Що таке підіймальна сила крила літака

Оскільки зрозумів, що окремого матеріалу, де описую поняття підіймальної сили немає, вирішив більш детально описати, які сили діють на літак в польоті, а також що таке підіймальна сила крила літака.

Які сили діють на літак?

Розглянемо сили, які діють на літак у польоті:

• Маса: на літак діє сила тяжіння, яка притягує його до землі
• Лобовий опір: сила, що гальмує літак, вона чинить опір руху і спрямована завжди, в протилежну від напрямку руху, сторону.
• Тяга: сила, що створюється двигуном та повітряним гвинтом (лопатями) і змушує літак вперед.
• Підіймальна сила: сила, що створюється крилом, як наслідок його форми та кута атаки. Спрямована перпендикулярно вектору швидкості руху літака.

Описані сили стараються врівноважити одна одну.

Що таке підіймальна сила?

Спробую розказати про фактори, що впливають на її величину якомога простіше.

Почнемо з формули підіймальної сили:

Отож, беручи до уваги формулу, розглянемо від чого залежить підіймальна сила:

• C_L : коефіцієнт підіймальної сили, чим більший коефіцієнт — тим більша сила.
• V: швидкість руху літака щодо потоку повітря.
• ρ: густина повітря, чим щільніше повітря, тим більша підіймальна сила
• S: площа крила, чим вона більша — тим більша підіймальна сила.

З формули вище зрозуміло, що є декілька варіантів як збільшити підіймальну силу:

1. Збільшення площі крила (S): можна, проте це також збільшить опір та масу літака.
2. Підвищення швидкості польоту (V): тут також є свої обмеження (Mach < 1).
3. Збільшення коефіцієнта підіймальної сили (Cy): залежить від кута атаки.

Загадкова природа виникнення підіймальної сили

Найбільше сумнівів викликає питання природи виникнення підіймальної сили.

Існує теорія про те, що при різній довжині верхньої та нижньої поверхні крила (несиметричний профіль) швидкість потоку повітря на верхній та нижній кромках крила відрізняється (зверху протікає швидше, ніж унизу).

Як це зазвичай описують: повітря обтікає профіль крила зверху і знизу, якщо профіль є несиметричним (випуклим зверху), потік повітря зверху швидше обходить крило, ніж унизу. Тут згадується закон Бернуллі, який описує, що тиск зменшується при збільшенні швидкості потоку (над крилом), а відповідно, буде різниця тисків і вуаля! Та чи дійсно це основа основ??? Невже можна просто зробити випукле крило і воно буде “правильним”?

Якщо випукла форма і допомагає створити різницю тисків знизу і зверху крила, це явно не причина тому, що літак летить. Будь-яке випукле крило в перевернутому стані також “генеруватиме” підіймальну силу за певних умов (кут атаки крила).

Основна складова підіймальної сили створюється саме завдяки куту атаки та як результат гальмування і “відхилення” частини повітряних потоків донизу, що і створює ту саму різницю тисків, а отже й основну складову підіймальної сили.

Висновки про підіймальну силу, які варто сприймати критично

По-перше, основною причиною того, що літак тримається в повітрі є кут атаки, а не особливості аеродинамічного профілю крила.

До моменту звалювання та критичного значення кута атаки, при його збільшенні, підіймальна сила також росте. При критичному значенні відбувається “зрив” потоку повітря і загальне значення підіймальної сили різко падає.