Підйомна сила крила та її застосування в авіації
Освоєння повітряного простору людство почало за допомогою повітряних куль, тобто літальних апаратів із середньою щільністю меншою, ніж у повітря. Однак відкриття в області аеродинаміки створили умови для втілення принципово інших засобів для переміщення в атмосфері, і призвели до виникнення авіації.
На кожен аероплан, що летить в небі, діють чотири сили: тяжкості, тертя, тяги двигуна і ще одна, що утримує його в повітрі. Втім, такий літальний апарат, як планер, обходиться без мотора, і використовує для переміщення енергію атмосферних потоків. Так що ж утримує важкий літак від падіння під впливом гравітації і компенсує її? Вектор, спрямований вгору, - це підйомна сила, що виникає при омивання повітрям поверхонь крила. Пояснити її природу нескладно. Якщо уважно розглянути крило літака, то з'ясується, що воно опукле. Під час руху молекули повітря знизу проходять меншу відстань, ніж зверху. Це призводить до того, що тиск під площиною стає більшим, ніж над ним. Над крилом повітря як би «розтягується», стаючи більш розрядженим, ніж під плоскою нижньою поверхнею. Саме ця різниця тисків і є підйомна сила, яка штовхає літальний апарат вгору, долаючи силу гравітації.
Перші авіабудівники зіткнулися з необхідністю вирішення низки технічних завдань, що вимагають нових на той момент рішень. Було ясно, що підйомна сила крила залежить від геометрії його профілю швидкості. При цьому літак у повітрі рухається нерівномірно. До того ж, для відриву від землі і зльоту було потрібно велика енергія, ніж для польоту на постійній висоті. Верхні шари атмосфери більше розряджені, що також впливає на несучі властивості конструкції. Зниження і посадка вимагали особливих режимів пілотування. Знайдене рішення проблеми полягало в можливості зміни характеристик профілю крила допомогою його механізації. У конструкцію були включені рухливі елементи, звані закрилками.
При відхиленні їх вгору підйомна сила знижується, а при їх опусканні вона збільшується. Сучасні літаки мають високий ступінь механізації крила - в їх конструкції використовуються багато вузли та агрегати, що дозволяють ефективно управляти авіаційною технікою на різних швидкісних режимах і при різних умовах. Передня частина оснащена предкрилками, внизу, як правило, є гальмівні щитки, але принцип залишився тим же, що застосовувався в першу аеропланах: підйомна сила крила літака залежить від різниці швидкості протікання повітряних потоків поблизу верхньої і нижньої поверхонь.
Закрилки механізованого крила при зльоті максимально опущені, що дозволяє зменшити довжину розбігу. При посадці їх положення таке ж, тоді її здійснювати можна з мінімальною швидкістю. Виконуючи горизонтальні маневри, пілот за допомогою ручки управління або штурвала змінює положення закрилків таким чином, щоб підйомна сила відповідала його намірам підняти літак вище або знизитися. При польоті на заданій висоті з постійною швидкістю елементи механізації крила знаходяться в нейтральному, тобто середньому положенні.