2. Возникновение подъемной силы крыла

Подъемная сила, возникшая в результате взаимодействия крыла и набегающего на него потока, является следствием изменений, полученных потоком, обтекающим крыло.

Основное изменение набегающего потока сводится к откло­нению его от первоначального направления в сторону, обратную подъемной силе. Так как взаимные действия двух тел всегда равны по величине и противоположны по направлению, то массы воздуха, обтекающие крыло, находятся под непрерывным дей­ствием силы, по величине равной подъемной силе, но обратно направленной.

Рис. 1. Движение крыла

Эта сила придает массе воздуха в пределах крыла некото­рое ускорение, а за его пределами после прохождения скорость, направленную перпендикулярно первоначальному напра­влению потока; величина приобретенной потоком скорости всегда во много раз меньше первоначальной.

Крыло по сущности своего действия прибор реактивный; действие его основано на непрерывном отбрасывании масс воздуха в направлении, обратном подъемной силе, развиваемой крылом, если имеется деформация потока, при которой поток отклоняется от первоначального направления. Подробности этого будут изложены ниже.

Для детального рассмотрения явлений, сопутствующих образованию подъемной силы, вернемся к теореме Бернулли, из которой видно, что при увеличении скорости струи статическое давление ее уменьшается, а при уменьшении скорости- растет.

Известно также, что увеличение скорости потока обязательно Связано с принудительным изменением его поперечного сечения, причем сужение потока влечет повышение скорости, а расширение всегда сопровождается уменьшением ее.

Помня это, рассмотрим аэродинамический спектр несимметричного крыла, обдуваемого горизонтальным потоком под некоторым небольшим углом атаки.

Поток воздуха, обтекая крыло, имеет, как видно, различные путевые условия. Над крылом, благодаря выпуклости, он сужается, скорость его резко возрастает, и поэтому здесь возникает значительное понижение давления. Под крылом поток претерпевает некоторое расширение, поэтому скорость его уменьшается и давление возрастает. Над крылом разреженный поток как бы подсасывает крыло вверх; уплотненный поток снизу дополняет этот эффект, вытесняя крыло в том же направлении.⁴

В результате возникает подъемная сила, направленная перпендикулярно потоку воздуха.

Всякая причина, вызывающая увеличение разности давлений под крылом и над крылом, неизбежно ведет к увеличению подъемной силы.

В образовании подъемной силы главное значение имеет разрежение над крылом, которое зависит от выпуклости профиля: чем выпуклость профиля и его толщина больше, тем большую подъемную силу оно развивает. Вогнутость нижней поверхности крыла увеличивает давление и способствует увеличению подъёмной силы, но влияние изогнутости нижней поверхности в количественном отношении несравненно слабее.

В случае двояковыпуклого несимметричного профиля выпуклость нижней поверхности уменьшает давление под крылом, а. следовательно, и общую разность давления; это приводит к уменьшению подъемной силы, но зато уменьшается и лобовое сопротивление.

О кривизне профиля крыла принято судить по степени изогнутости средней линии, проходящей на равном расстоянии между его верхней и нижней поверхностями. Кривизна средней линии профиля характеризуется отношением наибольшей стрелы прогиба к глубине крыла Увеличение кривизны средней линии профиля ведет к возрастанию подъемной силы крыла до некоторого предела, после чего подъемная сила умень­шается.

Изменение подъемной силы, в -зависимости от угла атаки, также происходит за счет изменения разности давлений над крылом и под крылом. С увеличением угла атаки разность давлений быстро растет, вызывая увеличение подъемной силы. Рисунок показывает распределение разрежения и повышение давлений при различных углах атаки.

В аэродинамической лаборатории не трудно определить давление в любой точке крыла с помощью манометра. Для этого изготовляют модель крыла с просверленными в ней насквозь отверстиями, которые соединяют с манометром при помощи резиновой трубки. Если желательно определить разрежение в точке 2, то снизу присоединяют трубку к соответствующему отверстию. По шкале манометра можно определить степень разрежения воздуха.

Для определения давления воздуха на крыло снизу ту же трубку присоединяют к верхней части отверстия.

Диаграмма распределения давления на крыло показывает, что наибольшую долю подъемной силы дает верхняя часть крыла

Так как крыло развивает подъемную силу в основном не за счет удара потока о нижнюю поверхность, а вследствие разрежения сверху, то оно обладает способностью давать несущий эффект не только при положительных, но и при небольших отрицательных углах атаки. Угол нулевой подъемной силы у несимметричного профили крыла всегда поэтому отрицательный, И чем больше толщина профиля, тем больше этот отрицательный угол. У некоторых толстых профилей угол нуле-кой подъемной силы достигает -15°. Профили же, обычно применяемые на практике, имеют угол нулевой подъемной силы в пределах от -2° до -10°. При увеличении угла атаки вначале крыло обтекается плавно, имея незначительные вихри за ребром обтекания; по достижении же критического угла происходит срыв струи и вихреобразование на верхней поверхности крыла. Вследствие вихреобразования, скорость потока над крылом уменьшается и давление увеличивается, вызывая падение подъемной силы. Такой же срыв струи может иметь место и при некоторых отрицательных углах атаки, но тогда вихреобразование будет происходить под крылом. Этот эффект называется сваливанием.