Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Крыла представляет собой тип плавника , который производит подъем при перемещении через воздух или какой - либо другой жидкости . Соответственно, крылья имеют обтекаемые поперечные сечения , которые подвержены действию аэродинамических сил и действуют как аэродинамические поверхности . Аэродинамическая эффективность крыла выражается его аэродинамическим сопротивлением . Подъемная сила, создаваемая крылом при заданной скорости и угле атаки, может быть на один-два порядка больше, чем полное сопротивление крыла. Высокое отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению требует значительно меньшей тяги. чтобы крылья двигались по воздуху с достаточной подъемной силой.

Подъемные конструкции, используемые в воде, включают различные виды фольги , например, подводные крылья . Гидродинамика - это руководящая наука, а не аэродинамика. Подводные фольги применяются в гидросамолетах , парусных лодках и подводных лодках .

Этимология и использование [ править ]

На протяжении многих веков слово «крыло», от древнескандинавского vængr , [1] касались в основном передовых конечностей из птиц (в дополнение к архитектурному прохода). Но в последние века значение этого слова расширилось, и теперь оно включает в себя отростки насекомых , летучих мышей , птерозавров , бумерангов , некоторых парусных лодок и самолетов , создающие подъемную силу , или перевернутый аэродинамический профиль гоночного автомобиля, который создает направленную вниз силу для увеличения тяги. [ необходима цитата ]

Аэродинамика [ править ]

Конденсация в области низкого давления над крылом Airbus A340 , проходящая через влажный воздух
Закрылки (зеленые) используются в различных конфигурациях для увеличения площади крыла и увеличения подъемной силы. В сочетании со спойлерами (красный) закрылки увеличивают лобовое сопротивление и минимизируют подъемную силу при посадке.

Проектирование и анализ крыльев самолетов - одно из основных приложений науки аэродинамики , которая является разделом механики жидкостей . В принципе, свойства воздушного потока вокруг любого движущегося объекта может быть найдено путем решения уравнений Навье-Стокса по гидродинамике . Однако, за исключением простой геометрии, эти уравнения, как известно, трудно решить, и используются более простые уравнения. [2]

Чтобы крыло создавало подъемную силу , оно должно быть ориентировано под подходящим углом атаки . Когда это происходит, крыло отклоняет воздушный поток вниз, когда он проходит через крыло. Поскольку крыло воздействует на воздух силой, чтобы изменить свое направление, воздух также должен оказывать на крыло равную и противоположную силу, что приводит к разному давлению воздуха на поверхности крыла. [3] [4] [5] [6]

Форма поперечного сечения [ править ]

Аэродинамическая поверхность ( американский английский ) или аэрокрыло ( британский английский ) является формой крыла, лопасти (в виде воздушного винта , ротор или турбины ), или парус (как видно в поперечном сечении ). Крылья с несимметричным поперечным сечением - норма для дозвукового полета . Крылья с симметричным поперечным сечением также могут создавать подъемную силу за счет использования положительного угла атаки для отклонения воздуха вниз. Симметричные профили имеют более высокие скорости сваливания, чем изогнутые профили той же площади крыла [7], но используются вПилотажные самолеты [ необходима цитата ], поскольку они обеспечивают практические характеристики независимо от того, находится ли самолет в вертикальном или перевернутом положении. Другой пример - парусники, где парус представляет собой тонкую мембрану без разницы в длине пути между одной стороной и другой. [8]

Для скоростей полета, близких к скорости звука ( трансзвуковой полет ), используются профили сложной асимметричной формы, чтобы минимизировать резкое увеличение сопротивления, связанное с потоком воздуха, близким к скорости звука. [9] Такие профили, называемые сверхкритическими профилями , плоские сверху и изогнутые снизу. [10]

Особенности дизайна [ править ]

Крыло посадочного BMI Airbus A319-100 . В ламели на ее переднюю кромку и закрылки на его задней кромке расширены.

Крылья самолета могут иметь следующее:

  • Скругленное поперечное сечение передней кромки
  • Острое поперечное сечение задней кромки
  • Передовые устройства, такие как планки , прорези или удлинители
  • Устройства задней кромки, такие как закрылки или флапероны (комбинация закрылков и элеронов)
  • Крылья для предотвращения увеличения лобового сопротивления и уменьшения подъемной силы вихрями законцовки крыла.
  • Двугранный , или положительный угол крыла к горизонтали, увеличивает стабильность спирали вокруг оси крена, тогда как угловой угол крыла к горизонтали, отрицательный, снижает стабильность спирали.

Крылья самолета могут иметь различные устройства, такие как закрылки или предкрылки, которые пилот использует для изменения формы и площади крыла, чтобы изменить его рабочие характеристики в полете.

  • Элероны (обычно около законцовок крыла) для поворота самолета по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг его длинной оси.
  • Спойлеры на верхней поверхности для нарушения подъемной силы и обеспечения дополнительной тяги для самолета, который только что приземлился, но все еще движется.
  • Генераторы вихрей уменьшают разделение потока на низких скоростях и больших углах атаки, особенно над управляющими поверхностями. [11]
  • Ограждения крыла удерживают поток на крыле, предотвращая отрыв пограничного слоя от направления распределяющих валков.
  • Складные крылья позволяют больше места для хранения воздушного судна в ограниченном пространстве ангара палубы в качестве самолета - носителя
  • Крыло с изменяемой стреловидностью или «качающиеся крылья», которые позволяют расправлять крылья во время полета на малой скорости (т. Е. Взлет и посадка) и стреловидные крылья для высокоскоростного полета (включая сверхзвуковой полет ), например, в F-111 Aardvark. , то F-14 Tomcat , то Panavia Торнадо , то МиГ-23 , на МиГ-27 , то Ту-160 и Lancer в-1В военные самолеты
  • Стрейки для улучшения летных характеристик
  • Подбородок , который может переходить в крыло
  • Передняя откидная створка , устройство с высоким подъемом
  • Обтекатели , конструкции, основная функция которых состоит в создании гладких контуров и уменьшении сопротивления. Например, обтекатели гусеницы закрылка.

Крылья могут иметь другие второстепенные независимые поверхности .

Приложения и варианты [ править ]

Помимо самолетов с неподвижным крылом , формы крыла применяются:

  • Дельтапланы , которые используют крылья от полностью гибких ( парапланы , парашюты ), гибких (крылья с рамой паруса) до жестких.
  • Воздушные змеи с различными подъемными поверхностями.
  • Летающие модели самолетов
  • Вертолеты , в которых используется вращающееся крыло с переменным углом наклона для создания направленных сил.
  • Пропеллеры , лопасти которых создают подъемную силу для движения.
  • NASA Space Shuttle , которая использует свои крылья только скользят во время его спуска на взлетно - посадочную полосу. Эти типы самолетов называют космическими самолетами .
  • Некоторые гоночные автомобили , особенно автомобили Формулы-1 , используют перевернутые крылья (или аэродинамические поверхности ) для обеспечения лучшего сцепления с дорогой на высоких скоростях.
  • Парусники , которые используют гибкие тканевые паруса в качестве вертикальных крыльев с переменной полнотой и направлением движения по воде.
  • Суда на подводных крыльях , в которых используются жесткие конструкции в форме крыла, которые позволяют поднимать судно из воды, уменьшая сопротивление и увеличивая скорость.

В природе [ править ]

В природе крылья эволюционировали у насекомых , птерозавров , динозавров ( птиц ) и млекопитающих ( летучих мышей ) в качестве средства передвижения . Различные виды пингвинов и других летающих или нелетающих водоплавающих птиц, таких как птицы , бакланы , кайры , буревестники , гаги и скутеры, а также ныряющие буревестники , заядлые пловцы и используют свои крылья, чтобы продвигаться по воде. [12]

Формы крыльев в природе
  • Семена крылатых деревьев, вызывающие авторотацию при спуске

  • Смеха чайки , демонстрируя « крыло чайки » контур

  • Летучая мышь в полете

Натяжные конструкции [ править ]

В 1948 году Фрэнсис Рогалло изобрел крыло, похожее на воздушного змея, поддерживаемое надутыми или жесткими стойками, что открыло новые возможности для самолетов. [13] Почти вовремя Домина Джалберт изобрела гибкие крылья с крылом с набивным воздухом и крылом с аэродинамическими профилями. Эти две новые ветви крыльев с тех пор широко изучались и применялись в новых отраслях авиации, особенно изменяя ландшафт личной прогулочной авиации. [14]

См. Также [ править ]

  • Полет

Натуральный мир:

  • Полет летучей мыши
  • Птичий полет
  • Перо полета
  • Летающие и планирующие животные
  • Полет насекомых
  • Список парящих птиц
  • Самара (крылатые семена деревьев)

Авиация:

  • Самолет
  • Прочность клинка
  • Самолет FanWing и Flettner (экспериментальные типы крыла)
  • Динамика полета (самолет)
  • Типы воздушных змеев
  • Орнитоптер - самолет с машущим крылом (исследовательские прототипы, простые игрушки и модели)
  • Отто Лилиенталь
  • Конфигурация крыла
  • Корень крыла
  • Вингсьют летающий

Парусный спорт:

  • Паруса
  • Силы на парусах
  • Wingsail

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Интернет-словарь этимологии" . Etymonline.com . Проверено 25 апреля 2012 .
  2. ^ "Уравнения Навье-Стокса" . Grc.nasa.gov . 2012-04-16 . Проверено 25 апреля 2012 .
  3. ^ "... эффект крыла состоит в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую составляющую скорости. Затем сила реакции отклоненной воздушной массы должна действовать на крыло, чтобы дать ему равную и противоположную восходящую составляющую. В: Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт, Основы физики, 3-е издание , John Wiley & Sons, стр. 378
  4. ^ "Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, чтобы вызвать чистое отклонение или поворот потока, местная скорость изменяется по величине, направлению или по обоим направлениям. Изменение скорости создает результирующую силу на кузов » « Лифт от Flow Turning » . Исследовательский центр Гленна НАСА . Проверено 29 июня 2011 .
  5. ^ "Причиной аэродинамической подъемной силы является ускорение воздуха крылом вниз ..." Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин, Физика полета - проверено , архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.
  6. ^ «Неправильная теория лифта» . www.grc.nasa.gov .
  7. ^ EV Laitone, Испытания крыльев в аэродинамической трубе при числах Рейнольдса ниже 70 000, Эксперименты в жидкостях 23 , 405 (1997). DOI : 10.1007 / s003480050128
  8. ^ "... рассмотрим парус, который представляет собой не что иное, как вертикальное крыло (создающее боковую силу для движения яхты). ... очевидно, что расстояние между точкой застоя и задней кромкой более или менее одинаково на с обеих сторон. Это в точности верно в отсутствие мачты - и очевидно, что наличие мачты не имеет значения для создания подъемной силы. Таким образом, для создания подъемной силы не требуются разные расстояния вокруг верхней и нижней поверхностей ». Хольгер Бабинский Как работают крылья? Физическое образование, ноябрь 2003 г., PDF
  9. Джон Д. Андерсон младший. Введение в полет, 4-е издание, стр. 271.
  10. ^ 'Сверхкритические крылья имеют вид плоской вершины «вверх ногами». Центр летных исследований NASA Dryden http://www.nasa.gov/centers/dryden/about/Organizations/Technology/Facts/TF-2004-13-DFRC.html
  11. ^ Hahne, Дэвид Э .; Джордан, Фрэнк Л., младший (1991). Полупролетные натурные испытания крыла бизнес-джета с естественным ламинарным профилем обтекания . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, Управление научно-технической информации. п. 5.
  12. ^ "Плавание" . Stanford.edu . Проверено 25 апреля 2012 .
  13. ^ "Крыло Рогалло - история, рассказанная НАСА" . History.nasa.gov . Проверено 23 декабря 2012 .
  14. ^ Хопкинс, Эллен; Бледсо, Глен (2001). Золотые рыцари: парашютная команда армии США . Замковый камень. С.  21 . ISBN 9780736807753. Domina Jalbert таранит воздушное крыло.

Внешние ссылки [ править ]

  • Как работают крылья - Хольгер Бабинский, физическое образование, 2003 г.
  • Как летают самолеты: физическое описание подъемной силы
  • Демистификация науки о полете - Аудиосегмент в пятницу NPR Talk of the Nation Science
  • Объяснения и моделирование НАСА
  • Полет крыла StyroHawk
  • Посмотрите, как он летает