Форма крыла самолета на что влияет
Исследовательская работа «Влияние формы крыла и носа самолёта на дальность и продолжительность полёта» Видео
Юлия Васильевна Кармакова
Исследовательская работа «Влияние формы крыла и носа самолёта на дальность и продолжительность полёта» Видео
Запуская с ребятами на переменах бумажные самолетики,я задумался: почему одни модели летят быстро и далеко, другие долго планируют и не падают, а некоторые не летят вовсе? Мне стало интересно, почему так происходит. Я решил выяснить, как форма крыла и носа влияет на дальность и продолжительность полёта модели самолёта. Предметом моего исследования стали модели самолётов, сделанные из бумаги.
Оказывается, увлечение бумажными самолетиками, захватило не только меня. Множество людей по всему миру мастерят и запускают бумажные модели самолётов. И в этом нет ничего удивительного, ведь в подобном увлекательном хобби сочетаются древнее восточное искусство оригами (складывание бумажных фигур,сложные теоретические науки: физика, аэродинамика, математика, топология и даже физическая культура, ведь надо суметь правильно запустить модель.
Проводится даже грандиозное соревнование «бумажных авиаторов» в мире Red Bull Paper Wings. В мае 2009 года на состязаниях, состоявшихся в Австрии, приняли участие спортсмены из 48 стран. Количество участников отборочных туров, проводящихся по всему миру, превысило 9500 человек.
Моими помощниками в исследовании стали мои родители, учитель и друзья.
Я выдвинул две гипотезы:
• возможно, на дальность полёта влияет форма носа самолёта;
• возможно, на продолжительность полёта влияет размах крыльев самолёта.
Я поставил перед собой цель: изучить, как форма крыла и носа самолёта влияет на его дальность и продолжительность полёта.
Чтобы достичь поставленной цели я поставил следующие задачи:
— создать коллекцию бумажных самолётов с различными формами носа и крыльев;
— провести эксперимент, который позволил бы мне определить модели с наибольшей и наименьшей дальностью полёта;
— сопоставить полученные результаты эксперимента с характеристиками существующих самолётов.
Для решения поставленных задач и доказательства моей гипотезы использовал следующие методы:
Исследование я проводил по плану:
1. Определение целей, задач, гипотезы исследования
2. Изучение и анализ литературы по проблеме исследования.
3. Проведение эксперимента
3.4. Анализ, обобщение и систематизация результатов
II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ
1.1. Что такое самолёт
Слово «самолёт» использовалось для обозначения летательных аппаратов ещё в XIX веке
Основные элементы самолёта:
• Крыло — создаёт при поступательном движении самолёта необходимую для полёта подъёмную силу за счёт возникающей в набегающем потоке воздуха разницы давлений на нижнюю и верхнюю поверхности крыла: давление на нижнюю поверхность самолётного крыла больше, чем давление на верхнюю его поверхность. На крыле располагаются аэродинамические органы управления, а также механизация крыла — то есть устройства, служащие для управления подъёмной силой и сопротивлением самолёта (закрылки, интерцепторы и др.).
• Фюзеляж — предназначен для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования, а также для крепления крыла, оперения, шасси, двигателей и т. п. (является как бы «телом» самолёта). Известны самолёты без фюзеляжа (например — «летающее крыло»).
• Оперение — аэродинамические поверхности, предназначенные для обеспечения устойчивости, управляемости и балансировки самолёта. Для управления самолётом на оперении располагают отклоняемые поверхности — аэродинамические рули (руль высоты, руль направления, или же делают поверхности оперения цельноповоротными (на многих сверхзвуковых самолётах).
• Шасси — система опор, необходимых для разбега самолёта при взлёте, пробега при посадке, а также передвижения и стоянки его на земле. Наибольшее распространение имеет колёсное шасси. Также известны конструкции шасси с лыжами, поплавками, полозьями. В СССР осуществлялись эксперименты с гусеничным шасси и шасси на воздушной подушке. Многие современные самолёты, в частности большинство самолётов военного назначения, а также пассажирских самолётов, имеют убираемое шасси.
• Силовая установка самолёта, состоящая из двигателя (например, воздушного винта, а также систем, обеспечивающих их работу — создаёт необходимую тягу, которая, уравновешивая аэродинамическое сопротивление, обеспечивает самолёту поступательное движение.
• Системы бортового оборудования — различное оборудование, которое позволяет выполнять полёты при любых условиях. Приблизительно последние 30-40 лет бортовая электроника является наиболее умным, сложным и дорогостоящим оборудованием, превосходящим по стоимости всю остальную конструкцию самолёта.
1.2. Какие типы самолётов существуют по назначению
• транспортные — транспортировка грузов
• почтовые — перевозка авиапочты
• санитарные — оказание срочной медицинской помощи
• пожарные — для тушения в основном лесных пожаров
• геологоразведочные — воздушная разведка недр
• экспериментальные — проведение лётных экспериментов (летающая лаборатория)
• спортивные — занятия авиационным спортом
• учебно-тренировочные — обучение лётного состава
• штурмовики (Су-25, А-10)
• перехватчики (МиГ-31, F-15)
• фронтовые бомбардировщики (Су-24)
• стратегические бомбардировщики (Ту-95, B-52)
• самолёты-разведчики (Ту-22Р, U-2)
• топливозаправщики (Ил-78, KC-135)
• противолодочные самолёты (Ил-38, P-8 Poseidon)
• патрульные самолёты (Ан-72)
• военно-транспортные самолёты (Ан-12, C-130)
• многоцелевые и специальные
1.3. Принцип полёта самолёта
2. Практическая часть
2.1. Подготовка материалов.
После изучения литературы я приступил к созданию моделей самолётов.
Сначала я подготовил необходимые материалы. Для создания моделей мне понадобились листы бумаги размером А3.
2.2. Создание макетов самолётов Я изготовил 15 самолетов разной формы.
(Приложение 1. Рисунок 1 – ««Модели самолётов»;
Рисунок 2 – «Презентация моделей самолётов»)
2.3. Проведение эксперимента
В день эксперимента каждую модель я пронумеровал и запускал по очереди.
(Приложение 1. Рисунок 3 – «Проведение эксперимента»)
При этом фиксировал дальность, направление и время полёта.
(Приложение 1. Рисунок 4 – «Проведение эксперимента»)
Полученные результаты заносил в таблицу. (Приложение 2. Таблица 1)
2.4. Анализ, обобщение и систематизация результатов эксперимента
Победителем по дальности полета стала модель самолета СУ-27 под №13, которая преодолела расстояние 8 м 60 см и находилась в полете 2,10 сек. У модели СУ-27 №13 треугольное крыло, длинный вытянутый фюзеляж, острый нос конусообразной формы (Приложение 3. Рисунок 5 – «1 место»). Специальная форма крыла, форма фюзеляжа и острый нос этой модели похожи на Як-130. Этот учебно-тренировочный самолет представляет собой двухместный двухдвигательный среднеплан с трехстоечным шасси. Строение самолета позволяет выполнять маневры на больших углах атаки, обеспечивают овладение летчиками всем потенциалом маневренных возможностей современных боевых самолетов.
Модель Мираж-I под номером 7 тоже можно считать победителем, так как в ней соединились и большая дальность полета (8 м 20 см) и продолжительное время нахождения в полете (2,38 сек.). (Приложение 3. Рисунок 6– «2 место»). Такое строение имеет самолет «Мираж», одно- или двухместный французский многоцелевой истребитель. Первый европейский истребитель, вдвое превысивший скорость звука
Такое строение имеет самолет МИГ-21, легкий фронтовой истребитель-перехватчик, который предназначен для борьбы с высотными сверхзвуковыми бомбардировщиками и тактическими и истребителями противника. Созданный ещё в 1958 г., МиГ-21 является первым советским реактивным истребителем второго поколения, что подразумевает использование ракет как основного вооружения и скорости, в 2 раза превышающей скорость звука! Успешно использовался во многих современных конфликтах и войнах. Стоит на вооружении многих стран мира. Последняя самая современная модификация МИГ-21 была разработана в 1993 г. и выпускалась для продажи зарубежным государствам.
Оставшиеся модели показали средние результаты.
Худшими моделями стали те, у которых строение крыльев имело много изгибов и изломов, что увеличивало сопротивление воздуха и снижало аэродинамические характеристики.
Из проделанногоопыта я узнал следующее:
• чтобы отправить самолет на максимальную дистанцию, нужно как можно сильнее бросить его вперед и вверх под углом примерно 45 градусов (по параболе).
• Для достижения максимального времени полета следует забросить самолет на максимальную высоту, чтобы он дольше планировал вниз.
В ходе эксперимента выдвинутые мною гипотезы подтвердилась: наилучших скоростных характеристик и устойчивости полёта достигают самолеты с острым носом и узкими длинными крыльями, а увеличение размаха крыльев позволяет существенно увеличить время полёта планера.
Если вас увлекли результаты моего эксперимента, вы можете стать его последователями. Однако перед тем, как вы возьмете бумагу и начнете делать модель,советую запомнить следующее:
— не так просто сложить бумажный самолетик, как кажется. Действия должны быть уверенными и точными, сгибы – идеально прямыми и в нужных местах.
-Кроме того, есть случаи, когда сгиб необходимо намеренно выполнить не очень точно. Например, если на одном из последних шагов требуется сложить толстую многослойную конструкцию пополам, сгиб не получится, если не сделать поправку на толщину в самом начале складывания.
— Конструкции самолетов существенно различаются в зависимости от цели их постройки. К примеру, самолеты для полетов на большие дистанции по форме напоминают дротик – они такие же узкие, длинные, жесткие, с ярко выраженным смещением центра тяжести к носу. Самолеты для максимально длительных полетов не отличаются жесткостью, зато имеют большой размах крыльев.
1. Анохин П. Л. «Бумажные летающие модели» изд. Досааф, год выпуска 1959
2. Джон Коллинз. «Самолеты из бумаги» изд. Манн, Иванов и Вербер.
3. С. В. Столяров. «Модели самолетов из бумаги» изд.Ярославль: Академия развития, год выпуска 2009 Журнал «Моделист-конструктор». Подписка за 1970г. №№ 3,6,8,11
4. А. Хакимуллин. «Бумажные самолеты» изд. Питер СПб, год выпуска 2015
5. Энциклопедия «Авиация». — М. : Научное издательство «Большая Российская Энциклопедия», 1994. — 736 с.
ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ ПРОФИЛЯ КРЫЛА НА ПОЛЁТНЫЕ КАЧЕСТВА АВИАМОДЕЛИ
Министерство образования и науки Республики Северная Осетия-Алания
Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования
Республиканский центр дополнительного образования
Творческое объединение «Авиамодельное»
Влияние формы профиля крыла на полётные качества авиамодели
Поляков Илья Николаевич,
педагог дополнительного образования РЦДО
руководитель т/о «Авиамодельное»
КРЫЛО И ЕГО НАЗНАЧЕНИЕ
Крыло самолета предназначено для создания подъемной силы, необходимой для поддержки самолета в воздухе.
Аэродинамическое качество крыла тем больше, чем больше подъемная сила и меньше лобовое сопротивление.
Подъемная сила и лобовое сопротивление крыла зависят от геометрических характеристик крыла. Геометрические характеристики крыла в основном сводятся к характеристикам крыла в плане и характеристикам профиля крыла.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА
Крылья современных самолетов по форме в плане могут быть: эллипсовидные (а), прямоугольные (б), трапециевидные (в), стреловидные (г) и треугольные (д)
Наилучшей в аэродинамическом отношении является эллипсовидная форма, но такое крыло сложно в производстве, поэтому редко применяется. Прямоугольное крыло менее выгодно с точки зрения аэродинамики, но значительно проще в изготовлении. Трапециевидное крыло по аэродинамическим характеристикам лучше прямоугольного, но несколько сложнее в изготовлении.
Стреловидные и треугольные в плане крылья в аэродинамическом отношении на дозвуковых скоростях уступают трапециевидным и прямоугольным, но на околозвуковых и сверхзвуковых имеют значительные преимущества. Поэтому такие крылья применяются только на самолетах, летающих на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.
Форма крыла в плане характеризуется размахом, площадью удлинением, сужением, стреловидностью и поперечным сечением.
Размахом крыла L называется расстояние между концами крыла по прямой линии.
Площадь крыла в плане S кр ограничена контурами крыла.
Удлинением крыла называется отношение размаха крыла к средней хорде.
На современных самолетах применяются в основном симметричные и двояковыпуклые несимметричные профили.
Основными характеристиками профиля являются: хорда профиля, относительная толщина, относительная кривизна.
Хордой профиля b называется отрезок прямой, соединяющий две наиболее удаленные точки профиля.
Картина обтекания профиля
Крыло создает подъемную силу, только тогда, когда оно движется относительно воздуха. Т.е. характер обтекания воздухом верхней и нижней поверхностей крыла непосредственно создает подъемную силу. Как это происходит?
Рассмотрим профиль крыла в потоке воздуха:
Здесь линии струек воздуха обозначены тонкими линиями. Профиль к линиям течения находится под углом атаки α – это угол между хордой профиля и линиями течения воздуха. Там, где линии течения сближаются, скорость потока возрастает, а абсолютное давление падает. И наоборот, где они становятся реже, скорость течения уменьшается, а давление возрастает. Отсюда получается, что в разных точках профиля воздух давит на крыло с разной силой. Разницу между местным давлением у поверхности профиля и давлением воздуха в невозмущенном потоке можно представить в виде стрелочек, перпендикулярных контуру профиля, так что направление и длина стрелочек пропорциональна этой разнице. Тогда картина распределения давления по профилю будет выглядеть так:
ЛОБОВОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ КРЫЛА
Лобовое сопротивление – это сопротивление движению крыла самолета в воздухе.
Зависит ли характер обтекания от размеров профиля и фактической скорости движения крыла относительно воздуха? Да, и очень сильно. Связано это с физическими свойствами воздуха, главными из которых являются упругость, плотность и вязкость.
Упругость (еще говорят, сжимаемость) важна только при скоростях движения, сопоставимых со скоростью звука. В авиамоделизме такие скорости встречаются лишь на концах лопастей воздушного винта.
Подъемная сила (рисунок ниже) создается движением частиц воздуха над и под крылом. Ее можно получить или в случае, когда крыло самолета движется относительно воздуха с некоторой скоростью, или если струю воздуха пустить мимо неподвижного крыла. Общая форма крыла показана на рисунках: верхняя сторона более выпуклая, чем нижняя. Однако, у различных типов самолетов крылья делаются разной формы, в соответствии с тем, для какой цели строится самолет.
Подъемная сила зависит от скорости частиц воздуха, обтекающих крыло. Малейшее увеличение их скорости вызывает более быстрое увеличение как подъемной силы, так и лобового сопротивления.
Если мы удвоим скорость движущегося крыла, подъемная сила увеличится вчетверо.
Такое же изменение произойдет и с лобовым сопротивлением. При любой скорости крыла относительно воздуха подъемная сила меняется также и с изменением угла, под которым крыло встречается с потоком воздуха. Нельзя забывать, что любое изменение подъемной силы влечет за собой соответствующее изменение величины лобового сопротивления, независимо от того, было ли это вызвано изменением скорости или изменением угла.
Угол, под которым крыло встречается с воздухом, называется углом атаки. Подъемная сила создается только в том случае, если этот угол не выходит из определенных пределов. Для каждого типа крыла, в зависимости от профиля, имеются определенные углы атаки, при которых создается подъемная сила. Если же выйти из этого предела, то лобовое сопротивление сильно увеличится, а подъемная сила станет ничтожной.
Частицы воздуха должны двигаться по верхней плоскости с большей скоростью, чем по нижней, так как им надо пройти более длинный путь, поскольку верхняя плоскость крыла более выпуклая, чем нижняя . Эта разница скоростей, с которой движутся частицы воздуха вокруг крыла, вызывает своеобразное явление «подсасывания». То не пустота (вакуум), а разность атмосферного давления, создающаяся над и под крылом.
Заметьте, что центр давления меняет свое положение, а лобовое сопротивление и подъемная сила – свою величину соответственно углу атаки, под которым крыло движется против воздуха. На рисунке крыло движется в воздухе под углом атаки 0°.
Центр давления находится на линии, которая делит хорду крыла на две равные части. Когда угол атаки меняется от 0° до положительного угла, например, +5°, центр давления перемещается вперед, подъемная сила, а также и сила лобового сопротивления значительно увеличиваются. Но если то нее крыло встретится с воздухом под отрицательным углом – 5°, центр давления передвинется к задней кромке крыла, вследствие чего подъемная сила уменьшается вместе с силой лобового сопротивления.
Если мы поставим движущееся крыло под углом атаки +10°, то центр давления немедленно переместится в переднюю часть крыла, и подъемная сила, а также сила лобового сопротивления достигнут большой величины. Дальнейшее увеличение угла атаки, например, до +15° (угол в 15 ο является максимальным углом для большинства крыльев), дает максимальную подъемную силу и максимальное лобовое сопротивление.
Если бы мы продолжали увеличивать угол атаки выше максимального для данного крыла, то подъемная сила стала бы постепенно или быстро уменьшаться. Скорость, с которой подъемная сила уменьшается, характерна для каждого типа крыла. По мере падения подъемной силы, величина лобового сопротивления быстро увеличивается. В настоящее время имеется свыше тысячи видов профилей крыльев, и каждый имеет свои особенности.
На рисунке крыло встречает воздух под углом более 15, мы видим, как частицы воздуха проходят по верхней поверхности крыла не плавно, а образуя завихрение. Это явление мы называем «срывом обтекания».
Поэтому не следует лететь под таким большим углом атаки, за исключением случаев, когда мы намеренно создаем его. Угол атаки, как это показано на рисунках, является углом, который образуется направлением движения и линией, касающейся задней кромки крыла и его нижней поверхности. (Если крыло двояковыпуклое, линия проводится внутри крыла от задней кромки к передней.)
Суммарная подъемная сила крыла зависит также от отношения между размахом крыла и хордой. Это отношение известно под названием «удлинения крыла». На рисунке вы ясно видите три крыла с одинаковым типом профиля; каждое имеет одинаковую площадь (24 кв. м), но различное удлинение. Крыло с удлинением, равным 6 (размах крыльев 12 ж и хорда 2 м), может дать нам при той же скорости и угле атаки большую подъемную силу, чем крыло В или С с меньшим удлинением. Наибольшее применяемое практически удлинение крыла редко превышает 8; оно зависит также от формы крыла.
При одинаковой плотности воздуха подъемная сила, как сказано выше, меняется со скоростью движения крыльев.
На рис. 9 показано, что если крыло А движется со скоростью – v км/час и дает подъемную силу 25 кг на каждый квадратный метр своей поверхности, то же самое крыло при удвоенной скорости (21″) имеет при том же угле атаки и той же плотности воздуха подъемную силу в 100 кг на 1 кв. м. Подъемная сила, как и лобовое сопротивление, увеличивается прямо пропорционально увеличению плотности воздуха. Это значит, что если крыло продолжает двигаться с той же скоростью и при том же угле атаки, тогда как плотность воздуха уменьшилась, скажем, вдвое, то подъемная сила, как и сила сопротивления, уменьшается наполовину.
С другой стороны, мы можем сохранить ту же подъемную силу при уменьшенной плотности воздуха, если увеличим скорость движения или произведем одновременно увеличение скорости II угла атаки.
На рисунке А показаны три профиля крыла, от очень тонкого скоростного до толстого, способного носить больший вес на 1 кв. м. Существенная разница состоит в величине лобового сопротивления. При одинаковых условиях тонкое крыло дает минимальное лобовое сопротивление, но в то же время имеет минимальную подъемную силу.
Большинство крыльев современных самолетов имеет на каждый килограмм силы лобового сопротивления до 18 кг подъемной силы. Это отношение опять-таки меняется в зависимости от профиля крыла и угла атаки.
Разделив полетный вес самолета на число квадратных метров площади его крыла , мы получим нагрузку на единицу поверхности крыла. Практика показывает, что нагрузка крыла должна быть не слишком малой, но и не слишком большой. Практически нагрузка на крыло принята от 40 до 100 кг на 1 кв. м. Нагрузка крыла оказывает определенное влияние на устойчивость самолета в воздухе, особенно когда полет происходит при плохой погоде, в неспокойном воздухе, кроме того, она влияет на посадочную скорость: чем больше нагрузка крыла, тем больше посадочная скорость.
Для малых скоростей
Самыми тихоходными летающими моделями являются комнатные модели класса F1D. Скорости полета у них настолько малы, что их аэродинамика вообще не изучена. Профиля крыла там, собственно и нет. Точнее он вырождается в тончайшую, толщиной в несколько микрон изогнутую пленку.
На свободнолетающих планерах – класс F1A используются профили с очень большой кривизной. Они позволяют летать на минимально-возможной скорости с очень большим значением подъёмной силы.
В этом случае скоростной напор невелик, и допустимый перепад давлений вдоль верхней дуги профиля – тоже. Работа на углах атаки, близких к критическому, создает угрозу к срыву обтекания и проваливанию модели. Для оптимизации обтекания применяют специальные меры. В частности, для увеличения толщины пограничного слоя (толстый пограничный слой более устойчив) используют для обтяжки крыла материал с повышенной шероховатостью. У более шероховатой поверхности силы трения о воздух больше, чем у гладкой. Это, конечно, снижает аэродинамическое качество, но позволяет использовать большие углы атаки и большая подъемная сила, что важно для увеличения продолжительности полета. Сейчас используется специальная двухслойная пленка с шероховатой поверхностью. В прошлом – микалентные длинноволокнистые сорта бумаги.
У резиномоторных моделей класса F1B помимо парения есть еще режим моторного полета. Поскольку скорость моторного полета невелика, на этих моделях часто используют те же профили что и на F1A. Некоторые моделисты используют профили с меньшей кривизной. Дело в том, что большое значение кривизны профиля обуславливает и значительное профильное сопротивление крыла. На моторном режиме нет потребности в высоком значении подъёмной силы, и повышенное профильное сопротивление на малых углах атаки снижает скорость набора высоты.
Особенно значима двурежимность работы крыла на таймерных моделях класса F1C. Здесь время моторного полета жестко ограничено пятью секундами, и при равной мощности мотора, высота взлета определяется лобовое сопротивление крыла. Если на таймерку поставить профиль с F1A, то высота взлета уменьшится, что не компенсируется более высоким подъёмной силой на этапе парения. Поэтому профиль для таймерных моделей выбирается как компромисс между малым значением лобового сопротивления при нулевой подъемной силе (таймерки взлетают вертикально) и высоким значением подъёмной силы.
Представляет интерес техническое решение, которое можно смело назвать бескомпромиссным. Чемпион России и Европы в классе F1C Леонид Фузеев из Саратова сделал крыло таймерки складным втрое. На этапе моторного взлета консоли крыла складываются, образуя симметричный профиль крыла в 2,5 раза меньшего размаха:
После набора высоты и остановки мотора крыло раскладывается в полный размах. По наблюдениям автора на финале последнего Чемпионата России, модель Фузеева взлетает не выше других призеров. Сказывается высокая толщина профиля сложенного крыла. Однако, на этапе парения она не оставляет надежд другим моделям, поскольку Леонид применил чисто планерный профиль Макарова-Кочкарева с большой кривизной.
Так подробно рассмотрены профили свободнолетающих моделей потому, что многолетняя история развития сформировала их весьма высокое техническое совершенство.
Для высоких скоростей
Такие профили плохо работают на взлетно-посадочных режимах, когда скорость полета невелика. Самолет с таким профилем имеет плохие штопорные характеристики и маленький критический угол атаки. Острый носик и почти плоская верхняя поверхность профиля легко провоцируют срыв обтекания. Поэтому сажать такие самолеты приходится на больших скоростях, что требует высокого мастерства пилота.
Для пилотажного самолета, наряду с другими требованиями, важна симметрия летных характеристик для прямого и перевернутого полета. Поэтому в их крыльях используются исключительно симметричные профили. Относительная толщина профиля определяется исходя из предполагаемых чисел Re при выполнении фигур. Для классического пилотажа типовая толщина профиля – 12-15 %. Чтобы обеспечить качественное исполнение срывных фигур, таких как «штопор» и «штопорная бочка» носик профиля имеет достаточно малый радиус скругления.
Фан-флаи тоже предназначены для выполнения пилотажных фигур, но на гораздо меньших скоростях. Для них важен плавный, а не резкий срывной режим. Толщина профиля здесь до 20% и максимально большой радиус скругления носика профиля. Почему радиус скругления так влияет на срывные характеристики? Обратимся к картине обтекания толстого профиля с тупым носиком на малом и большом углах атаки
Хорошо видно, что точка разделения верхнего и нижнего пограничных слоев при изменении угла атаки перемещается по образующей носика. Поэтому переход к срыву потока при увеличении угла атаки здесь происходит позже и более плавно.
Для острого носика такое перемещение приводит к локальному резкому повышению скорости обтекания в месте большой крутизны носика. Такое повышение провоцирует более ранний отрыв пограничного слоя сразу от носика профиля.
Помимо самолетов обычной схемы с оперением, бывают самолеты без оперения. Чаще всего киль все-таки сохраняется в том или ином виде, а вот стабилизатора нет вовсе. О достоинствах и недостатках такой аэродинамической схемы мы говорить здесь не будем. Балансировка и продольная устойчивость таких самолетов достигается за счет различных конструктивных ухищрений. Но, если крыло бесхвостки не стреловидное, а прямое, то единственный способ обеспечить балансировку и продольную устойчивость самолета – применить на крыле самобалансирующийся профиль:
Как видно, у таких профилей кривизна меняет вдоль хорды свой знак. В передней части профиля он выпуклый вверх, в задней – вниз. Такие профили еще называют S-образными, потому что средняя линия профиля напоминает латинскую букву S. Чем замечательны эти профили? У обычного несимметричного профиля при увеличении угла атаки точка приложения аэродинамической силы R смещается по хорде профиля вперед. При этом момент крыла, способствующий подъему носа самолета, увеличивается с ростом угла атаки. Крыло с таким профилем само по себе, без оперения устойчивым быть не может. У S-профилей наоборот. В диапазоне летных углов атаки увеличение этого угла приводит к смещению точки приложения аэродинамической силы по хорде профиля назад. В результате появляется момент на пикирование, стремящийся вернуть угол атаки к первоначальному значению.
К сожалению, в жизни не бывает, чтобы к бочке меда не добавили ложку дегтя. Так и здесь. Увесистая ложка дегтя: у S-профилей значительно более низкие предельные значения Су. Это заставляет конструктора самолета при равной с обычной аэродинамической схемой скорости полета делать у бесхвостки гораздо меньшую нагрузку на крыло, то есть значительно увеличивать площадь крыла при равном весе с самолетом обычной схемы.
Модели-копии в силу своего предназначения должны копировать все геометрические формы оригинала. В том числе и профиль крыла, иначе какая же это копия. Как будет летать такая модель?
При масштабном уменьшении аэродинамическое качество снижается. Безмоторные копии летают хуже своих оригиналов. Для моделей вязкость воздуха играет гораздо большую роль. Однако, снижение лётных свойств вовсе не катастрофично. От копий, как правило, и не требуется выдающихся аэродинамических характеристик. К тому же моторные модели, как правило, имеют большую энерговооруженность, чем копируемые оригиналы. В результате чего их летные свойства при точном копировании профиля крыла вполне удовлетворительны. Есть даже примеры обратной зависимости. На бипланах времен первой мировой войны широко использовались тонкие сильно изогнутые профили крыльев. Их проще было делать для расчалочных крыльев деревянно-полотняной конструкции. При переходе к уменьшенным копиям, такой профиль оказывается более оптимален, чем у оригинала.
Для моделей современных сверхзвуковых самолетов приходится отступать от копийности профиля крыла, поскольку очень тонкие профили оригиналов с острым носиком определяют крайне неудовлетворительные срывные свойства у копий. Приходится мириться с неполной копийностью.
Чем шире у модели диапазон полетных скоростей, тем труднее оптимизировать профиль ее крыла. Из всех видов крылатых моделей, один из самых больших диапазонов полетных скоростей у кроссовых радиопланеров F3B. В упражнении на продолжительность этому планеру выгодно лететь как можно медленнее, особенно в тихую погоду. Скорость полета не превышает 7 – 8 м/сек. В упражнении на скорость планера разгоняются до скоростей в 40 – 45 м/сек. Для расширения диапазона широко используют механизацию крыла. На кроссовых планерах вдоль всей задней кромки крыла размещена механизация, – на корневой половине консолей – закрылки, на концевой – элероны с закрылками. В результате пилот имеет возможность в полете менять эффективную кривизну профиля крыла при помощи механизации, оптимизируя ее под требуемый режим полета. Используется, как правило, три, реже четыре режима предустановленные в процессе регулировки и переключаемые в полете пилотом. В стартовом режиме кривизна максимальна. Это делается для увеличения максимально возможного значения подъёмной силы, которое определяет скорость затяжки на леере планера относительно буксировщика леера. В конечном итоге это определяет высоту старта при ограниченной правилами длине леера. Лобовое сопротивление при этом значительно, а аэродинамическое качество невелико. Но это и не важно, поскольку энергия поступает извне – от буксировщика. Крутые пилоты используют при старте два предустановленных режима – в начале и в конце с разной кривизной профиля. На режиме парения механизация возвращает кривизну профиля к исходной, где его аэродинамическое качество максимально. Для скоростных режимов механизация слегка приподнимает заднюю кромку крыла, создавая минимальную эквивалентную кривизну профиля. Лобовое сопротивление принимает свое наименьшее значение.