Аэродинамическое сопротивление и индуктивное сопротивление крыла

Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх имеет три составляющих: сопротивление давления, трения и индуктивное сопротивление:

Сх = Сх_{давления} + Сх_трення + Сх_{индуктивное}

Сопротивление давления определяется формой профиля.

Сопротивление трения зависит от шероховатости обтекаемых поверхностей.

В индуктивном сопротивлении, при обтекании крыла над верхней и под нижней поверхностями, давление воздуха разное. Внизу больше, наверху меньше. Собственно, это и определяет возникновение подъемной силы.

В середине крыла воздух течет от передней кромки к задней. Ближе к законцовкам картина обтекания меняется. Воздух, стремясь из зоны повышенного давления в зону пониженного давления, перетекает из-под нижней поверхности крыла на верхнюю через законцовки. Поток при этом закручивается. За концами крыла образуются два вихря. Их часто называют спутными струями.

Энергия, затрачиваемая на образование вихрей, и определяет индуктивное сопротивление крыла (см. рис. 40).

Рис. 40. Образование вихрей на законцовках крыла

Сила вихрей зависит от размеров, формы крыла, разницы давлений над верхней и под нижней поверхностями. За тяжелыми самолетами образуются очень мощные вихревые жгуты, которые сохраняют свою интенсивность на дистанции 10 - 15 км. Они могут представлять опасность для летящего сзади самолета, особенно когда в вихрь попадает одна консоль.

Эти вихри можно легко увидеть, если понаблюдать за приземлением реактивных самолетов. Из-за большой скорости касания посадочной полосы колесная резина горит. В момент приземления за самолетом образуется шлейф пыли и дыма, который мгновенно закручивается в вихрях (см. рис. 41).

Вихри за сверхлегкими летательными аппаратами (СЛА) намного слабее, но тем не менее ими нельзя пренебрегать, т.к. попадание параплана в подобный вихрь вызывает тряску аппарата и может спровоцировать сложение купола.

Рис. 41. Образование вихрей за приземляющимся истребителем Су-37

Существует несколько способов уменьшения индуктивного сопротивления:

• Увеличение удлинения крыла уменьшает площадь областей крыла, «работающих» на создание вихрей. Наверное, вы замечали, что все птицы-парители имеют крылья с весьма значительным удлинением (см. рис. 42).
• Установка концевых шайб затрудняет процесс перетекания воздуха через законцовки и, таким образом, уменьшает индуктивное сопротивление.
  Концевые шайбы - это расположенные вертикально плоскости, устанавливаемые на законцовках консолей (см. рис. 43).
• Отрицательная крутка крыла.
  Уменьшение углов атаки на законцовках консолей уменьшает разницу давлений на законцовках и, следовательно, интенсивность образования вихрей. Однако необходимо отметить, что в парапланеризме этот способ не применяется, т.к. существенно уменьшает стабильность купола.

Рис. 42. Паритель

Рис. 43. Уменьшение индуктивного сопротивления с помощью концевых шайб