Эллиптическое крыло — это крыло в плане, передняя и задняя кромки которого приблизительно равны двум сегментам эллипса . Его не следует путать с кольцевыми крыльями , которые могут иметь эллиптическую форму.
Относительно небольшое количество самолетов приняли эллиптическое крыло, еще меньшее количество из которых достигло массового производства ; большинство самолетов, которые использовали эту особенность, были введены в действие в 1930-х и 1940-х годах. Возможно, самым известным самолетом с эллиптическим крылом является Supermarine Spitfire , британский истребитель времен Второй мировой войны . Другим крупным применением был Heinkel He 70 "Blitz", немецкий быстрый почтовый самолет и разведывательный бомбардировщик ; ранние версии бомбардировщика He 111 также использовали такую конфигурацию крыла, прежде чем более простая конструкция была принята по экономическим причинам.
Теоретически наиболее эффективным способом создания подъемной силы является ее распределение в эллиптическом размахе крыла. [1] Чисто эллиптические формы не обладают никаким существенным преимуществом, и крылья с другими формами в плане можно оптимизировать для получения эллиптического распределения подъемной силы в размахе крыла.
Базовая эллиптическая форма крыла также имеет недостатки:
Для того, чтобы крыло имело эллиптическое распределение площади, не обязательно, чтобы и передняя, и задняя кромки были изогнуты. Если одна из них прямая, как в полуэллиптической форме плана, крыло все равно может иметь эллиптическое распределение площади. Было выпущено несколько самолетов этого типа; одним из самых успешных является американский Seversky P-35 .
В послевоенную эпоху профиль полуэллиптического крыла был широко изучен на предмет его свойств в отношении эффекта земли ; было высказано предположение, что он будет пригоден для экранопланов (которые летают близко к воде, в эффекте земли, чтобы избежать более высокого индуктивного сопротивления, которое возникает вне эффекта земли). Низкий уровень индуктивного сопротивления, создаваемый полуэллиптическим крылом, будет полезен для этих транспортных средств. [6]
Британский теоретик аэродинамики Фредерик Ланчестер был, пожалуй, первым человеком, подробно написавшим об эллиптическом крыле, сделав это в 1907 году. [7] Людвиг Прандтль независимо переоткрыл это в 1917–1918 годах . Несмотря на это раннее преимущество, эллиптическое крыло изначально рассматривалось скорее как теоретическая концепция, чем как концепция для практического применения, отчасти из-за насущной необходимости компромисса между аэродинамическими свойствами самолета и другими аспектами его конструкции. Пройдет немало времени, прежде чем будет сделано практическое использование формы плана . [7]
Первым самолетом, использовавшим эллиптическое крыло, был Bäumer Sausewind , немецкий легкий спортивный самолет, совершивший свой первый полет 26 мая 1925 года. Его конструкторы, братья Гюнтер, впоследствии присоединились к немецкому производителю самолетов Heinkel и применили свои разработки, включая эллиптическое крыло, в нескольких различных проектах, реализованных фирмой. [8] В начале 1930-х годов Heinkel разработал быстрый почтовый самолет и разведывательный бомбардировщик Heinkel He 70 "Blitz", который отличался эллиптическим крылом. Он показал превосходные характеристики для своей эпохи, установив восемь индивидуальных мировых рекордов скорости на расстоянии, достигнув, как сообщается, максимальной скорости 377 км/ч (222 мили в час). [9]
Вскоре после этого Хейнкель разработал бомбардировщик He 111 , который совершил свой первый полет 24 февраля 1935 года. По сравнению с предшествующим He 70, это был более крупный самолет, который изначально маскировался под гражданский авиалайнер, несмотря на то, что изначально разрабатывался для обеспечения зарождающихся Люфтваффе быстрым средним бомбардировщиком ; этот обман был вызван ограничениями, наложенными на Германию после Первой мировой войны , которые запрещали разработку или развертывание бомбардировщиков. [8] Несмотря на то, что этот тип производился в огромных количествах до и во время Второй мировой войны , только ранние серийные модели He 111 были оснащены эллиптическим крылом. [10] Главной причиной отказа от эллиптического крыла He 111 в пользу крыла с прямыми передней и задней кромками была экономия, последняя конструкция могла быть изготовлена с большей эффективностью. [11]
Возможно, авиастроительной компанией, наиболее часто ассоциируемой с эллиптическим крылом, была британская компания Supermarine . В начале 1920-х годов главный конструктор компании Реджинальд Митчелл разработал Supermarine S.4 , британский гоночный гидросамолет с эллиптическим крылом ; свой первый полет он совершил в 1924 году. В то время как прямые преемники S.4 имели крыло, разработанное другим конструктором, Митчелл оставался сторонником плановой формы. [12] К 1934 году Митчелл и его конструкторский состав были заняты проектированием нового истребителя для Королевских ВВС . Они решили использовать полуэллиптическую форму крыла, чтобы решить два противоречивых требования: крыло должно было быть тонким, чтобы обеспечить высокое критическое число Маха , но оно должно было быть достаточно толстым, чтобы вместить убирающееся шасси, вооружение и боеприпасы. Эллиптическая форма плана является наиболее эффективной аэродинамической формой для не скрученного крыла, приводящей к наименьшему количеству индуцированного сопротивления . Полуэллиптическая форма плана была наклонена так, что центр давления, который находится вблизи положения четверти хорды на всех скоростях, кроме самых высоких, находился близко к главному лонжерону, предотвращая скручивание крыльев. Spitfire совершил свой первый полет 5 марта 1936 года. [12]
Эллиптическое крыло было выбрано довольно рано. С точки зрения аэродинамики оно было наилучшим для наших целей, поскольку индуцированное сопротивление, вызванное созданием подъемной силы, было минимальным при использовании этой формы: эллипс был ... теоретически совершенством ... Чтобы уменьшить сопротивление, мы хотели минимально возможное отношение толщины к хорде, соответствующее необходимой прочности. Но около корня крыло должно было быть достаточно толстым, чтобы вместить убранные шасси и пушки ... Митчелл был чрезвычайно практичным человеком ... Эллипс был просто формой, которая позволяла нам сделать максимально тонкое крыло с пространством внутри для необходимой конструкции и вещей, которые мы хотели втиснуть. И выглядело это хорошо.
Беверли Шенстоун [13]
Митчелла иногда обвиняли в копировании формы крыла He 70 компании Heinkel. Переписка между Эрнестом Хейнкелем и Митчеллом в 1930-х годах подтверждает осведомленность Митчелла о He 70 и его характеристиках. [7] Однако Беверли Шенстоун , аэродинамик из команды Митчелла, заметил, что: «Наше крыло было намного тоньше и имело совершенно иное сечение, чем у Heinkel. В любом случае, было бы просто напрашиваться на неприятности, копируя форму крыла с самолета, разработанного для совершенно иных целей». [14]
Почти все американские истребители Republic P-47 Thunderbolt были оснащены эллиптическими крыльями; только последние серийные модели отличались, вместо этого имея квадратные законцовки крыла, похожие на варианты Spitfire для полетов на малых высотах. [7] Aichi D3A , японский пикирующий бомбардировщик, эксплуатируемый Императорским флотом Японии , также использовал эллиптическое крыло, которое имело значительное сходство с крылом He 70. [15] Истребитель Mitsubishi A5M также использовал эллиптическую конструкцию крыла. [16] Несколько других типов имели формы в плане, которые относительно мало отличались от эллиптических. Истребитель Hawker Tempest II , который позже превратился в Hawker Fury и Hawker Sea Fury , также использовал почти эллиптическую форму крыла в плане, хотя и квадратную на концах. [17] [18]
Сообщается, что с 2009 года британская авиастроительная компания Swift Aircraft разрабатывает двухместный сверхлегкий самолет , легкий спортивный самолет и самолет категории CS-23, Swift Aircraft Swift , который имеет эллиптические крылья. [19]