Факты из аэродинамики 5. Крыло⁠⁠

Сегодня я расскажу, какие бывают крылья. Вообще, крыло на самолете одно, но есть левая и правая консоль. Исключение самолет с двумя крыльями -- биплан и пример такого Ан-2.

С прямым крылом все просто: легко в производстве, отлично себя чувствует на небольших скоростях. Пример самолеты первой и второй мировых войн, современные поршневые самолеты.

Стреловидное крыло (40...60град) имеет преимущества на околозвуковых скоростях и сверхзвуковых скоростях. Современные авиалайнеры развивают скорость до 900км/ч, а на больших высотах это может быть уже M=0,8 (в авиации М=1 это скорость звука при данных условиях полета). Поэтому у всех крупных самолётов угол стреловидности завис от 35...45 град, не более.

Абзац со звездочкой*
Поток воздуха на стреловидном крыле можно разложить на две составляющие: перпендикулярно крылу и вдоль передней кромки. Тот вектор скорости, что вдодь передней кромки в создании подъемной силы не участвует, лишь создает сопротивление. А второй вектор, который перпендикулярен кромке крыла (Vn) имеет МЕНЬШУЮ скорость, нежели поток воздуха, который был изначально (V) (сложение векторов, все дела).
Таким ообразом, все негативные эффекты околозвуковой скорости наступят позже.

Пример, условно: негатив при M=0.8. Фактическая скорость V М=0.9, но на крыле (Vn) всего лишь М=0.6 из-за стреловидности крыла

Еще одно инженерное решение для самолетов с большим углом стреловидности. Чтобы тот поток воздуха, что скользит по кромке крыла, был нам на пользу, ставят аэродинамические гребни (МиГ17)

На некотрых истребителях вместо гребней есть "аэродинамический зуб" (МиГ23, например). Создаваемый им вихрь не дает воздуху перетекать, а при маневрировании (на як130 тоже есть) закрученный поток воздуха намного позже отлипает от крыла (при больших углах атаки, срыв на крыле позже кароч)

Для полета на сверхзвуковых скоростях крыло делают такого размера, чтобы оно вписвалось в конус Маха, иначе будет огромное сопротивление на выступающих за конус частях. Примером маленького стреловидного крыла может служить МиГ21. (а -- это скорость звука)

Вернемся на небольшие скорости. Есть понятие "удлинение крыла". Это размах крыла, поделенный на САХ (средняя аэродинм. хорда, в прошлых постах объяснял). Пример летательного аппарата с большим удлинением -- планеры.

Интересно то, что по формуле подъемной силы крыла имеет значение площадь крыла, а не удлинение, например. Но для низких скоростей выгоднее большое удлинение. Пример крыла небольшого удлинения, но большой площади -- крыло экраноплана. Его аэродинамику я не объясню, лишь догадываюсь: для экранного эффекта от водной/земной поверхности при прочих равных условиях выгоднее крыло малого удлинения

Итак, теперь про крылья изменяемой стреловидности. Площадь крыла не изменятся при повороте консоли, так что формула подъемной силы и сама подъемная сила должна быть постоянной.
Теперь перечитываем все выше и получаем: на взлетно-посадочных и маневренных режимах важны: большое удлинение крыла и малая стреловидность, а на больших скоростях наоборот. Вот вам хит 80ых, крыло изменямой стреловидности

Но весь этот поворотный шарнир крыла -- очень тяжелый элемент планера. Был найден компромисс: наплывы крыла (Су27, МиГ29 и т.д.). Имеется умеренная стреловидность большого удлинения (само крыло) для малых скоростей и большая стреловидность, малое удлинение (наплыв) на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Еще аэродинамический фокус (я писал про этот эффект в посте про БИ-1) смещается незначительно за счет использования наплыва.

Не могу пройти мимо истребителей. Для малых скоростей есть отклоняемые носки крыла, отклоняемые флаппероны (Су-30см). Для устойчивости на больших углах атаки от наплывов образуется полезный вихрь, сохраняющий путевую устойчивость самолета. Для сверхзвуковых скоростей есть цельноповоротный стабилизатор, ведь из-за образовавшихся скачков уплотнения эффективности обычных рулей высоты (как на поршневых самолетах) недостаточно.

Все. Не отвлекаюсь. Я про крыло рассказывал.

Но самый "нежный" переход от дозвука на сверхзвук у крыла оживальной формы (ту144). Для маневренного воздушного боя недостаточно, а для пассажирского самолета -- в самый раз