Крыло

Крыло — это тип плавника , который создает подъемную силу при движении в воздухе или другой жидкости . Соответственно, крылья имеют обтекаемое поперечное сечение , на которое действуют аэродинамические силы и действуют как аэродинамические профили . эффективность крыла Аэродинамическая выражается его подъемной силой . Подъемная сила, создаваемая крылом при заданной скорости и угле атаки, может быть на один-два порядка больше, чем общее сопротивление крыла. Высокое аэродинамическое качество требует значительно меньшей тяги для движения крыльев по воздуху с достаточной подъемной силой.

Подъемные конструкции, используемые на воде, включают в себя различные крылья , например подводные крылья . гидродинамика Руководящей наукой является , а не аэродинамика. Подводные крылья применяются в гидропланах , парусных лодках и подводных лодках .

Этимология и использование

На протяжении многих веков слово «крыло» от древнескандинавского vængr , ^{[ 1 ]} относились главным образом к передним конечностям птиц . (помимо архитектурного придела) Но в последние столетия значение этого слова расширилось и теперь включает в себя подъемные приспособления насекомых , летучих мышей , птерозавров , бумерангов , некоторых парусных лодок и перевернутые аэродинамические профили гоночных автомобилей , которые создают направленную вниз силу для увеличения тяги.

Аэродинамика

Проектирование и анализ крыльев самолетов — одно из основных приложений науки аэродинамики — раздела механики жидкости . решив Навье-Стокса уравнения гидродинамики В принципе, свойства воздушного потока вокруг любого движущегося объекта можно найти , . Однако, за исключением простых геометрических форм, 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 поток воздуха вниз, когда он проходит через крыло. Поскольку крыло оказывает на воздух силу, изменяющую его направление, воздух также должен оказывать на крыло равную и противоположную силу. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}

Форма поперечного сечения

Аэродинамический профиль ( американский английский ) или аэродинамический профиль ( британский английский ) — это форма крыла, лопасти ( пропеллера , ротора или турбины ) или паруса (как видно в поперечном сечении ). Крылья с несимметричным сечением — норма в дозвуковом полете . Крылья с симметричным поперечным сечением также могут создавать подъемную силу, используя положительный угол атаки для отклонения воздуха вниз. Симметричные профили имеют более высокие сваливания скорости , чем изогнутые профили той же площади крыла. ^{[ 7 ]} но используются в пилотажных самолетах ^{[ 8 ]} поскольку они обеспечивают практические характеристики независимо от того, находится ли самолет в вертикальном или перевернутом положении. Другой пример - парусные лодки, где парус представляет собой тонкую мембрану без разницы в длине пути между одной стороной и другой. ^{[ 9 ]}

Для скоростей полета, близких к скорости звука ( трансзвуковой полет ), используются аэродинамические профили сложной асимметричной формы, чтобы минимизировать резкое увеличение сопротивления, связанное с воздушным потоком, близким к скорости звука. ^{[ 10 ]} Такие профили, называемые сверхкритическими , плоские сверху и изогнутые снизу. ^{[ 11 ]}

Особенности конструкции

Крылья самолета могут иметь следующее:

Закругленное передней кромки поперечное сечение
Острое задней кромки поперечное сечение
Передовые устройства, такие как планки , слоты или удлинители.
Задние устройства, такие как закрылки или флапероны (комбинация закрылков и элеронов)
Крылья, предотвращающие вихрями на законцовках крыла. увеличение сопротивления и уменьшение подъемной силы
Двугранник , или положительный угол крыла по отношению к горизонтали, увеличивает устойчивость спирали вокруг оси крена, тогда как анэдральность , или отрицательный угол крыла по отношению к горизонтали, снижает устойчивость спирали.

Крылья самолета могут иметь различные устройства, такие как закрылки или предкрылки, которые пилот использует для изменения формы и площади поверхности крыла для изменения его рабочих характеристик в полете.

Элероны (обычно возле законцовок крыла) для вращения самолета по часовой стрелке или против часовой стрелки вокруг его длинной оси.
Спойлеры на верхней поверхности для нарушения подъемной силы и обеспечения дополнительной тяги самолета, который только что приземлился, но все еще движется.
Генераторы вихрей уменьшают отрыв потока на низких скоростях и больших углах атаки, особенно над поверхностями управления. ^{[ 12 ]}
Ограждения крыла удерживают поток на крыле, предотвращая отделение пограничного слоя от направления растекающегося крена.
Складные крылья позволяют разместить больше самолетов в ограниченном пространстве ангара авианосца .
Крыло изменяемой стреловидности или «качающиеся крылья», которые позволяют вытягивать крылья во время полета на низкой скорости (т. е. взлета и посадки) и стреловидные крылья для полета на высокой скорости (включая сверхзвуковой полет ), например, в F-111 Aardvark. , F-14 Tomcat , Panavia Tornado , МиГ-23 , МиГ-27 , Ту-160 и B-1B Lancer. боевые самолеты
Ремни для улучшения летных характеристик
Китай , который может сливаться с крылом
Откидной закрылок на передней кромке , устройство высокой подъемной силы.
Обтекатели — конструкции, основная функция которых — создавать плавные контуры и уменьшать сопротивление. Например, обтекатели закрылков.

Крылья могут иметь и другие незначительные независимые поверхности .

Приложения и варианты

Помимо самолетов с неподвижным крылом , формы крыльев могут применяться для:

Дельтапланы , в которых используются крылья от полностью гибких ( парапланы , планирующие парашюты ), гибких (крылья с каркасным парусом) до жестких.
Воздушные змеи , в которых используются различные поверхности для достижения подъемной силы и поддержания устойчивости. ^{[ 13 ]}
Летающие модели самолетов
Вертолеты , в которых используется вращающееся крыло с переменным углом наклона для создания направленных сил. ^{[ 14 ]}
Пропеллеры , лопасти которых создают подъемную силу для движения.
, НАСА Космический челнок который использует свои крылья только для планирования во время спуска на взлетно-посадочную полосу . Эти типы самолетов называются космическими самолетами . ^{[ 15 ]}
Некоторые гоночные автомобили , особенно автомобили Формулы-1 , используют перевернутые крылья (или аэродинамические профили ) для обеспечения большей тяги на высоких скоростях. ^{[ 16 ]}
Парусники , в которых используются 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 крыльев, чтобы поднять судно из воды, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить скорость.

На природе

В природе крылья развились у насекомых , птерозавров , динозавров ( птиц , Scansoriopterygidae ) и млекопитающих ( летучих мышей ) как средство передвижения . Различные виды пингвинов и других летающих и нелетающих водоплавающих птиц, таких как гагарки , бакланы , кайры , буревестники , гаги и турпаны, а также ныряющие буревестники , являются заядлыми пловцами, использующими свои крылья для передвижения по воде. ^{[ 17 ]}

Формы крыльев в природе

Семена крылатых деревьев, вызывающие авторотацию при спуске.
Смеющаяся чайка с очертаниями « крыльев чайки ».
Летучая мышь в полете
Муха -журавль : задние крылья превратились в жужжальца в форме голени.

Натяжные конструкции

В 1948 году Фрэнсис Рогалло изобрел натяжное крыло , похожее на воздушный змей, поддерживаемое надутыми или жесткими стойками, что открыло новые возможности для самолетов. ^{[ 18 ]} Примерно в это же время Домина Жальберт изобрела гибкие толстые крылья с набегающим профилем без лонжеронов. Эти две новые ветви крыльев с тех пор были тщательно изучены и применены в новых отраслях авиации, особенно меняя ландшафт личной авиации для отдыха. ^{[ 19 ]}

См. также

Полет

Природный мир

Авиация

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

Парусный спорт

Ссылки

^ «Онлайн-этимологический словарь» . Этимонлайн.com . Проверено 25 апреля 2012 г.
^ «Уравнения Навье-Стокса» . Исследовательский центр Гленна . 16 апреля 2012 г. Проверено 25 апреля 2012 г.
^ Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт. Основы физики (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья . п. 378. ...эффект крыла заключается в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую составляющую скорости. Тогда сила реакции отклоненной воздушной массы должна воздействовать на крыло, придавая ему равную и противоположную направленную вверх составляющую.
^ «Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, что вызывает чистое отклонение или поворот потока, локальная скорость изменяется по величине, направлению или и тому, и другому. Изменение скорости создает результирующую силу на тело" «Подъем от поворота потока» . Исследовательский центр Гленна . Проверено 29 июня 2011 г.
^ «Причиной аэродинамической подъемной силы является ускорение воздуха крылом вниз...» Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин. «Физика полета – обзор» . Университет Гете во Франкфурте . Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.
^ «Неверная теория подъема» . Исследовательский центр Гленна .
^ Лайтоне, Э.В. (1997). «Испытания крыльев в аэродинамической трубе при числах Рейнольдса ниже 70 000». Эксперименты с жидкостями . 23 (405): 405–409. дои : 10.1007/s003480050128 . S2CID 122755021 .
^ «Что такое акробатический и пилотажный полет?» . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 26 октября 2022 г.
^ «...рассмотрим парус, который представляет собой не что иное, как вертикальное крыло (генерирующее боковую силу для движения яхты). ...очевидно, что расстояние между критической точкой и задней кромкой более или менее одинаково на с обеих сторон. Это справедливо и в отсутствие мачты, и очевидно, что наличие мачты не имеет никакого значения для создания подъемной силы. Таким образом, создание подъемной силы не требует разных расстояний вокруг верхней и нижней поверхностей » . Хольгер Бабинский Как работают крылья? Физическое образование, ноябрь 2003 г., PDF
^ Джон Д. Андерсон-младший. Введение в полет, 4-е изд., стр. 271.
^ «Сверхкритические крылья имеют плоскую, перевернутую форму» . Центр летных исследований Драйдена НАСА .
^ Хане, Дэвид Э.; Джордан, Фрэнк Л. младший (1991). Полуразмахные натурные испытания крыла бизнес-джета с естественным ламинарным профилем . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства , Управление научной и технической информации. п. 5 – через Google Книги .
^ «Физика полета воздушного змея – аэродинамический подъем» . RealWorldPhysicsProblems.com . реальный мир-физика-проблемы.com . Проверено 28 января 2022 г.
^ Лопес, Харм Фредерик Альтуизиус. «Вертолетная физика» (PDF) . ColoradoCollege.edu . колледжа Колорадо Отделение физики . Проверено 28 января 2022 г.
^ «Аэродинамика ракеты» . Sciencelearn.org.nz . Правительство Новой Зеландии, Министерство бизнеса, инноваций и занятости . Проверено 28 января 2022 г.
^ Зехлинг, Мориц (20 января 2015 г.). «Аэродинамика гоночных автомобилей Формулы-1» . APlusPhysics.com . Плюс Физика . Проверено 28 января 2022 г.
^ «Плавание» . Стэнфордский университет . Проверено 25 апреля 2012 г.
^ «Крыло Рогалло — история, рассказанная НАСА» . History.nasa.gov . Проверено 23 декабря 2012 г.
^ Хопкинс, Эллен; Бледсо, Глен (2001). Золотые рыцари: парашютная команда армии США . Замковый камень. стр. 21 . ISBN 9780736807753 . Domina Jalbert таранное воздушное крыло.

Внешние ссылки

Как работают крылья - Хольгер Бабинский, Физическое образование , 2003 г.
Как летают самолеты: физическое описание подъемной силы
Демистификация науки полета - аудиосегмент из выступления NPR «Разговор о национальной науке в пятницу»
Объяснения и симуляции НАСА
Полет крыла StyroHawk
Посмотрите, как он летает

[1] «Онлайн-этимологический словарь» . Этимонлайн.com . Проверено 25 апреля 2012 г.

[Nasa_NS-2] «Уравнения Навье-Стокса» . Исследовательский центр Гленна . 16 апреля 2012 г. Проверено 25 апреля 2012 г.

[HR_378a-3] Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт. Основы физики (3-е изд.). Джон Уайли и сыновья . п. 378. ...эффект крыла заключается в том, чтобы придать воздушному потоку нисходящую составляющую скорости. Тогда сила реакции отклоненной воздушной массы должна воздействовать на крыло, придавая ему равную и противоположную направленную вверх составляющую.

[4] «Если тело имеет форму, перемещается или наклоняется таким образом, что вызывает чистое отклонение или поворот потока, локальная скорость изменяется по величине, направлению или и тому, и другому. Изменение скорости создает результирующую силу на тело" «Подъем от поворота потока» . Исследовательский центр Гленна . Проверено 29 июня 2011 г.

[Weltner_Physics_of_Flight_Reviewed-5] «Причиной аэродинамической подъемной силы является ускорение воздуха крылом вниз...» Вельтнер, Клаус; Ингельман-Сундберг, Мартин. «Физика полета – обзор» . Университет Гете во Франкфурте . Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г.

[6] «Неверная теория подъема» . Исследовательский центр Гленна .

[7] Лайтоне, Э.В. (1997). «Испытания крыльев в аэродинамической трубе при числах Рейнольдса ниже 70 000». Эксперименты с жидкостями . 23 (405): 405–409. дои : 10.1007/s003480050128 . S2CID 122755021 .

[8] «Что такое акробатический и пилотажный полет?» . Федеральное управление гражданской авиации . Проверено 26 октября 2022 г.

[Babinsky-9] «...рассмотрим парус, который представляет собой не что иное, как вертикальное крыло (генерирующее боковую силу для движения яхты). ...очевидно, что расстояние между критической точкой и задней кромкой более или менее одинаково на с обеих сторон. Это справедливо и в отсутствие мачты, и очевидно, что наличие мачты не имеет никакого значения для создания подъемной силы. Таким образом, создание подъемной силы не требует разных расстояний вокруг верхней и нижней поверхностей » . Хольгер Бабинский Как работают крылья? Физическое образование, ноябрь 2003 г., PDF

[10] Джон Д. Андерсон-младший. Введение в полет, 4-е изд., стр. 271.

[11] «Сверхкритические крылья имеют плоскую, перевернутую форму» . Центр летных исследований Драйдена НАСА .

[12] Хане, Дэвид Э.; Джордан, Фрэнк Л. младший (1991). Полуразмахные натурные испытания крыла бизнес-джета с естественным ламинарным профилем . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства , Управление научной и технической информации. п. 5 – через Google Книги .

[13] «Физика полета воздушного змея – аэродинамический подъем» . RealWorldPhysicsProblems.com . реальный мир-физика-проблемы.com . Проверено 28 января 2022 г.

[14] Лопес, Харм Фредерик Альтуизиус. «Вертолетная физика» (PDF) . ColoradoCollege.edu . колледжа Колорадо Отделение физики . Проверено 28 января 2022 г.

[15] «Аэродинамика ракеты» . Sciencelearn.org.nz . Правительство Новой Зеландии, Министерство бизнеса, инноваций и занятости . Проверено 28 января 2022 г.

[16] Зехлинг, Мориц (20 января 2015 г.). «Аэродинамика гоночных автомобилей Формулы-1» . APlusPhysics.com . Плюс Физика . Проверено 28 января 2022 г.

[17] «Плавание» . Стэнфордский университет . Проверено 25 апреля 2012 г.

[18] «Крыло Рогалло — история, рассказанная НАСА» . History.nasa.gov . Проверено 23 декабря 2012 г.

[19] Хопкинс, Эллен; Бледсо, Глен (2001). Золотые рыцари: парашютная команда армии США . Замковый камень. стр. 21 . ISBN 9780736807753 . Domina Jalbert таранное воздушное крыло.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

v т и Плавники , конечности и крылья
до	Водное передвижение Головоногий плавник Передвижение рыбы Движение плавников и ласт Хвостовой плавник Спинной плавник Рыбий плавник Флиппер Лопастеперая рыба Лучеперая рыба Грудные плавники Брюшной плавник
Конечности	Развитие конечностей Морфология конечностей разрядный стопоходящий копытень одноногий двуногий факультативное двуногое споткнулся четвероногий Членистоногие Головоногие моллюски Четвероногие дактилия цифра Перепончатая стопа
Крылья	Летающие и планирующие животные Крыло летучей мыши Птичье крыло киль скелет перья Крыло насекомого Крыло птерозавра Размах крыльев
Эволюция	Эволюция рыб Эволюция четвероногих Эволюция птиц Происхождение птиц Происхождение птичьего полета Эволюция китообразных Сравнительная анатомия Конвергентная эволюция Аналогичные структуры Гомологичные структуры
Связанный	Передвижение животных походка Передвижение робота Самара Наземное передвижение Компромиссы для передвижения в воздухе и воде Вращающееся передвижение Волнообразное передвижение