Конденсат в области низкого давления над крылом Airbus A340 , проходящий через влажный воздух.Закрылки (зеленые) используются в различных конфигурациях для увеличения площади крыла и увеличения подъемной силы. В сочетании со спойлерами (красными) закрылки максимизируют сопротивление и минимизируют подъемную силу при приземлении.
Проектирование и анализ крыльев самолетов — одно из основных приложений науки аэродинамики — раздела механики жидкости . В принципе, свойства воздушного потока вокруг любого движущегося объекта можно найти, решив уравнения гидродинамики Навье -Стокса . Однако, за исключением простых геометрических форм, эти уравнения, как известно, трудно решить, и используются более простые уравнения. [2]
Чтобы крыло создавало подъемную силу , оно должно быть ориентировано под подходящим углом атаки . Когда это происходит, крыло отклоняет поток воздуха вниз, когда он проходит через крыло. Поскольку крыло оказывает на воздух силу, изменяющую его направление, воздух также должен оказывать на крыло равную и противоположную силу. [3] [4] [5] [6]
Форма поперечного сечения
Аэродинамический профиль ( американский английский ) или аэродинамический профиль ( британский английский ) — это форма крыла, лопасти (пропеллера , ротора или турбины ) или паруса (как видно в поперечном сечении ). Крылья с несимметричным сечением — норма в дозвуковом полете . Крылья с симметричным поперечным сечением также могут создавать подъемную силу, используя положительный угол атаки для отклонения воздуха вниз. Симметричные профили имеют более высокие скорости сваливания , чем изогнутые профили той же площади крыла [7] , но используются в пилотажных самолетах [8] , поскольку они обеспечивают практические характеристики независимо от того, находится ли самолет в вертикальном или перевернутом положении. Другой пример - парусные лодки, где парус представляет собой тонкую мембрану без разницы в длине пути между одной стороной и другой. [9]
Для скоростей полета, близких к скорости звука ( трансзвуковой полет ), используются аэродинамические профили сложной асимметричной формы, чтобы минимизировать резкое увеличение сопротивления, связанное с воздушным потоком, близким к скорости звука. [10] Такие профили, называемые сверхкритическими , плоские сверху и изогнутые снизу. [11]
Задние устройства, такие как закрылки или флапероны (комбинация закрылков и элеронов)
Крылья , предотвращающие увеличение сопротивления и уменьшение подъемной силы вихрями на законцовках крыла.
Двугранник , или положительный угол крыла по отношению к горизонтали, увеличивает устойчивость спирали вокруг оси крена, тогда как анэдральность , или отрицательный угол крыла по отношению к горизонтали, снижает устойчивость спирали.
Крылья самолета могут иметь различные устройства, такие как закрылки или предкрылки, которые пилот использует для изменения формы и площади поверхности крыла для изменения его рабочих характеристик в полете.
Элероны (обычно возле законцовок крыла) для вращения самолета по или против часовой стрелки вокруг его длинной оси.
Спойлеры на верхней поверхности для нарушения подъемной силы и обеспечения дополнительной тяги самолета, который только что приземлился, но все еще движется.
Генераторы вихрей уменьшают отрыв потока на низких скоростях и больших углах атаки, особенно над поверхностями управления. [12]
Ограждения крыла удерживают поток на крыле, предотвращая отделение пограничного слоя от направления растекающегося крена.
Складные крылья позволяют разместить больше самолетов в ограниченном пространстве ангара авианосца .
Вертолеты , в которых используется вращающееся крыло с переменным углом наклона для создания направленных сил. [14]
Пропеллеры , лопасти которых создают подъемную силу для движения.
Космический челнок НАСА , который использует свои крылья только для планирования во время спуска на взлетно- посадочную полосу . Эти типы самолетов называются космическими самолетами . [15]
Парусники , в которых используются гибкие тканевые паруса в качестве вертикальных крыльев с переменной полнотой и направлением движения по воде.
Суда на подводных крыльях , в которых используются жесткие конструкции в форме крыльев, чтобы поднять судно из воды, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость.
В природе
В природе крылья развились у насекомых , птерозавров , динозавров ( птиц , Scansoriopterygidae ) и млекопитающих ( летучих мышей ) как средство передвижения . Различные виды пингвинов и других летающих и нелетающих водоплавающих птиц, таких как гагарки , бакланы , кайры , буревестники , гаги и турпаны, а также ныряющие буревестники , являются заядлыми пловцами и используют свои крылья для передвижения по воде. [17]
Формы крыльев в природе
Семена крылатых деревьев, вызывающие авторотацию при спуске.
В 1948 году Фрэнсис Рогалло изобрел натяжное крыло , похожее на воздушный змей, поддерживаемое надутыми или жесткими стойками, что открыло новые возможности для самолетов. [18] Незадолго до этого Домина Джалберт изобрела гибкие толстые крылья с набегающим профилем без лонжеронов. Эти две новые ветви крыльев с тех пор были тщательно изучены и применены в новых отраслях авиации, особенно меняя ландшафт личной авиации для отдыха. [19]
^ Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт. Основы физики (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья . п. 378. ...эффект крыла заключается в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую составляющую скорости. Тогда сила реакции отклоненной воздушной массы должна воздействовать на крыло, придавая ему равную и противоположную направленную вверх составляющую.
^ «Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, что вызывает чистое отклонение или поворот потока, локальная скорость изменяется по величине, направлению или и тому, и другому. Изменение скорости создает чистую силу, действующую на тело. тело» «Подъем от поворота потока». Исследовательский центр Гленна . Проверено 29 июня 2011 г.
^ «Причиной аэродинамической подъемной силы является ускорение воздуха крылом вниз...» Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин. «Физика полета – обзор». Университет Гете во Франкфурте . Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.
^ «...рассмотрим парус, который представляет собой не что иное, как вертикальное крыло (генерирующее боковую силу для движения яхты). ...очевидно, что расстояние между критической точкой и задней кромкой более или менее одинаково на с обеих сторон. Это становится в точности верным в отсутствие мачты - и очевидно, что наличие мачты не имеет никакого значения для создания подъемной силы. Таким образом, создание подъемной силы не требует разных расстояний вокруг верхней и нижней поверхностей " . Хольгер Бабинский Как работают крылья? Физическое образование, ноябрь 2003 г., PDF
^ Джон Д. Андерсон-младший. Введение в полет, 4-е изд., стр. 271.
^ «Сверхкритические крылья имеют плоский вид, перевернутый сверху» . Центр летных исследований Драйдена НАСА .
