Подъемная сила крыла и ее применение в авиации

Освоение воздушного пространства человечество начало с помощью воздушных шаров, то есть летательных аппаратов со средней плотностью меньшей, чем у воздуха. Однако открытия в области аэродинамики создали условия для воплощения принципиально иных средств для перемещения в атмосфере, и привели к возникновению авиации.

На каждый аэроплан, летящий в небе, действуют четыре силы: тяжести, трения, тяги двигателя и еще одна, удерживающая его в воздухе. Впрочем, такой летательный аппарат, как планер, обходится без мотора, и использует для перемещения энергию атмосферных потоков. Так что же удерживает тяжелый самолет от падения под воздействием гравитации и компенсирует ее? Вектор, направленный вверх, - это подъемная сила, возникающая при омывании воздухом поверхностей крыла. Объяснить ее природу несложно. Если внимательно рассмотреть крыло самолета, то выяснится, что оно выпуклое. Во время движения молекулы воздуха снизу проходят меньшее расстояние, чем сверху. Это приводит к тому, что давление под плоскостью становится большим, чем над ним. Над крылом воздух как бы «растягивается», становясь более разряженным, чем под плоской нижней поверхностью. Именно эта разница давлений и есть подъемная сила, которая толкает летательный аппарат вверх, преодолевая силу гравитации.

Первые авиастроители столкнулись с необходимостью решения ряда технических задач, требующих новых на тот момент решений. Было ясно, что подъемная сила крыла зависит от геометрии его профиля скорости. При этом самолет в воздухе движется неравномерно. К тому же, для отрыва от земли и взлета требовалось большая энергия, чем для полета на постоянной высоте. Верхние слои атмосферы более разряжены, что также влияет на несущие свойства конструкции. Снижение и посадка требовали особых режимов пилотирования. Найденное решение проблемы заключалось в возможности изменения характеристик профиля крыла посредством его механизации. В конструкцию были включены подвижные элементы, называемые закрылками.

При отклонении их вверх подъемная сила снижается, а при их опускании она увеличивается. Современные самолеты имеют высокую степень механизации крыла - в их конструкции используются многие узлы и агрегаты, позволяющие эффективно управлять авиационной техникой на разных скоростных режимах и при различных условиях. Передняя часть оснащена предкрылками, внизу, как правило, есть тормозные щитки, но принцип остался тем же, что применялся в первых аэропланах: подъемная сила крыла самолета зависит от разницы скорости протекания воздушных потоков вблизи верхней и нижней поверхностей.

Закрылки механизированного крыла при взлете максимально опущены, что позволяет уменьшить длину разбега. При посадке их положение такое же, тогда ее осуществлять можно с минимальной скоростью. Выполняя горизонтальные маневры, пилот с помощью ручки управления или штурвала меняет положение закрылок таким образом, чтобы подъемная сила соответствовала его намерениям поднять самолет выше или снизиться. При полете на заданной высоте с постоянной скоростью элементы механизации крыла находятся в нейтральном, то есть среднем положении.