Вихревая подъемная сила — это часть подъемной силы, возникающая из-за действия вихрей на передней кромке. [1] Она создается крыльями с сильно стреловидными, острыми передними кромками (более 50 градусов стреловидности) или сильно стреловидными расширениями корневой части крыла, добавленными к крылу умеренной стреловидности. [2] Иногда ее называют нелинейной подъемной силой из-за ее быстрого увеличения с углом атаки [3] и контролируемой подъемной силой отрыва, чтобы отличить ее от обычной подъемной силы, которая возникает при присоединенном потоке.
Вихревой подъем работает путем захвата вихрей, образующихся из резко стреловидной передней кромки крыла. Вихрь, образованный примерно параллельно передней кромке крыла, захватывается потоком воздуха и остается прикрепленным к верхней поверхности крыла. Когда воздух обтекает переднюю кромку, он течет над захваченным вихрем и втягивается внутрь и вниз, создавая подъемную силу.
Прямое или умеренно стреловидное крыло может испытывать, в зависимости от его сечения аэродинамического профиля, срыв потока на передней кромке и потерю подъемной силы в результате отрыва потока на передней кромке [4] и неподъемного следа над верхней частью крыла. Однако на сильно стреловидном крыле отрыв передней кромки все еще происходит, но вместо этого создает вихревую пелену, которая сворачивается над крылом, создавая поток по размаху снизу. Поток, не увлекаемый вихрем, проходит над верхней частью вихря и снова присоединяется к поверхности крыла. [5] Вихрь создает высокое отрицательное поле давления на верхней части крыла. Подъемная сила вихря увеличивается с углом атаки (AOA), как видно на графиках подъемной силы~AOA, которые показывают вихрь или неприсоединенный поток, добавляющийся к нормальной присоединенной подъемной силе в качестве дополнительного нелинейного компонента общей подъемной силы. [6] Подъемная сила вихря имеет ограничивающую AoA, при которой вихрь лопается или разрушается.
Четыре основные конфигурации, которые использовали вихревой подъем, это, в хронологическом порядке, дельта-крыло с углом наклона 60 градусов; оживальное дельта-крыло с его резко стреловидной передней кромкой у корня; умеренно стреловидное крыло с расширением передней кромки, которое известно как гибридное крыло; и острая кромка носовой части, или вихревой подъемный пояс. [7] Крылья, которые создают вихревой подъем, использовались на исследовательских самолетах с дельта-крылом, таких как Convair XF-92A и Fairey Delta 2. Ранние истребители с дельта-крылом, такие как F-102 , F-106 , и современники, такие как дельта-истребители Dassault, имели изогнутые передние кромки, которые были тупыми и не создавали значительных вихрей. Сверхзвуковой авиалайнер Concorde имел острые передние кромки. Крылья с вихревым подъемом над внутренней секцией — это крылья средней стреловидности с легко идентифицируемым LERX, используемые на высокоманевренных боевых самолетах, таких как Northrop F-5 и McDonnell Douglas F/A-18 Hornet . Острые носовые обводы с вихревым подъемом используются на General Dynamics F-16 Fighting Falcon .
Вихревой подъем обеспечивает высокую подъемную силу с увеличением угла атаки на скоростях посадки и в маневренном полете. Высокий угол атаки, необходимый для выполнения требований посадки, в прошлом ограничивал видимость пилота и приводил к усложнению конструкции для размещения опущенного носа, как в случае с Fairey Delta 2 и Concorde . Для умеренно стреловидных крыльев добавление LERX снижает волновое сопротивление и улучшает характеристики поворота, а также обеспечивает гораздо более широкий диапазон положений полета. [8] Использование вихревого подъема ограничено разрушением или разрывом вихря и присущей ему нестабильностью при рыскании. Существует значительное сопротивление из-за увеличения подъемной силы и потери всасывания передней кромки, что является частью нормального присоединенного потока вокруг передней кромки. [9]
Животные, такие как колибри и летучие мыши , которые питаются пыльцой и нектаром, способны парить. Они создают вихревой подъем острыми передними кромками своих крыльев и изменяют форму и кривизну своих крыльев, чтобы создать устойчивость подъемной силы. [10]
