Фольга — это твердый объект такой формы, что при помещении в движущуюся жидкость под подходящим углом атаки подъемная сила ( сила, создаваемая перпендикулярно потоку жидкости) существенно превышает сопротивление ( сила, создаваемая параллельно потоку жидкости). Если жидкость представляет собой газ , крыло называется аэродинамическим профилем или аэродинамическим крылом, а если жидкостью является вода, крыло называется подводным крылом .
Фойл создает подъемную силу в первую очередь из-за своей формы и угла атаки . При ориентации под подходящим углом фольга отклоняет встречную жидкость, в результате чего на фольгу действует сила в направлении, противоположном отклонению. Эту силу можно разделить на две составляющие: подъемную силу и сопротивление . Это «поворот» жидкости вблизи фольги создает изогнутые линии тока, что приводит к более низкому давлению с одной стороны и более высокому давлению с другой. Эта разница давлений сопровождается разницей скоростей в соответствии с принципом Бернулли , поэтому для крыльев, создающих подъемную силу, результирующее поле потока вокруг крыльев имеет более высокую среднюю скорость на одной поверхности, чем на другой. [1] [2] [3] [4]
Более детальное описание поля течения дают упрощенные уравнения Навье–Стокса , применимые, когда жидкость несжимаема . А поскольку влияние сжимаемости воздуха на низких скоростях незначительно, эти упрощенные уравнения можно использовать для аэродинамических профилей до тех пор, пока воздушный поток существенно меньше скорости звука (примерно до 0,3 Маха ). [5] [6] Для судов на подводных крыльях при высоких скоростях, порядка 50 узлов (26 м/с) по Фальтинсену, [7] кавитация и вентиляция – с проникновением воздуха вдоль стойки от поверхности воды к крылу – могут происходить. Оба эффекта могут оказать существенное влияние на подъемную силу крыла.
Самый простой вид фольги – плоская пластина. Если пластина установлена под углом ( углом атаки ) к потоку, она будет отклонять жидкость, проходящую над и под ней, и это отклонение приведет к возникновению подъемной силы на пластине. Однако, хотя он и создает подъемную силу, он также создает большое сопротивление. [8]
Поскольку даже плоская пластина может создавать подъемную силу, важным фактором в конструкции крыла является минимизация сопротивления. Примером этого является руль направления лодки или самолета. При проектировании руля направления ключевым фактором проектирования является минимизация сопротивления в нейтральном положении, что уравновешивается необходимостью создания достаточной подъемной силы, с которой можно поворачивать судно с разумной скоростью. [9]
Другие типы крыльев, как естественные, так и искусственные, наблюдаемые как в воздухе, так и в воде, имеют особенности, которые задерживают или контролируют возникновение сопротивления, вызванного подъемной силой , отрыва потока и срыва (см. Полет птиц , Плавник , Профиль крыла , Плакоидная чешуя , Бугорок , Генератор вихрей , Утка (многосвязная), Выдувной закрылок , Прорезь передней кромки , Предкрылки передней кромки ), а также Вихри законцовок крыла (см. Крыло ).
Вес, который может поднять крыло, пропорционален его коэффициенту подъемной силы, плотности жидкости, площади крыла и квадрату его скорости. Ниже показана подъемная способность плоской плиты с пролетом 10 метров и площадью 10 квадратных метров, движущейся со скоростью 10 м/с на разных высотах и глубинах воды. Он использует подъемную силу на высоте 11 км в качестве точки отсчета, чтобы показать, как подъемная сила увеличивается с уменьшением высоты (увеличением плотности воздуха). Это также показывает влияние эффекта земли , а затем эффект увеличения плотности при переходе от воздуха к воде. [10]
высота 11 км: подъем 1,0 (база для сравнения) 5 м 3,4 в экранном эффекте 4.1глиссирование водной глади 1280только что погрузился 1,420глубина 5 м 2840 10 км 2860