Подъёмная сила
Подъёмная си́ла — компонента полной аэродинамической или гидродинамической силы, направленная перпендикулярно вектору скорости движения тела в текущей среде (жидкости или газе)[1]. В военно-историческом контексте понимание природы подъёмной силы и управление ею легли в основу создания всех типов летательных аппаратов, определив развитие военной и морской авиации XX века.
Физическая природа и механизмы генерации
Генерация аэродинамической подъёмной силы аппаратов тяжелее воздуха (самолётов) обусловлена двумя взаимосвязанными физическими факторами:
Эффект Бернулли и профиль крыла
Авиационное крыло имеет асимметричный профиль — его верхняя часть более выпуклая, чем нижняя. При движении самолёта набегающий поток воздуха разделяется:
- Воздух над верхней поверхностью вынужден проходить больший путь и двигаться быстрее.
- Согласно закону Бернулли, в области с большей скоростью потока статическое давление падает.
- Под крылом скорость потока ниже, а давление выше. Эта разность давлений и выталкивает крыло вертикально вверх.
Угол атаки и закон Ньютона
Подъёмная сила возникает даже у симметричного или плоского крыла, если оно наклонено под углом к набегающему потоку (угол атаки). Поток воздуха, ударяясь о нижнюю поверхность крыла, отклоняется вниз. В соответствии с третьим законом Ньютона (законом равенства действия и противодействия), крыло получает противоположно направленный импульс — вверх.
Математически величину подъёмной силы описывает теорема Жуковского, сформулированная русским учёным Н. Е. Жуковским в 1904 году.
Подъёмная сила в аэростатических аппаратах
В аппаратах легче воздуха (дирижаблях, аэростатах) подъёмная сила имеет принципиально иную, нединамическую природу. Она создаётся за счёт архимедовой (выталкивающей) силы, действующей на оболочку, заполненную газом с плотностью меньшей, чем у окружающего воздуха (водород, гелий, нагретый воздух). Такая сила не требует движения аппарата для её поддержания, что позволяло дирижаблям Первой мировой войны сутками находиться в неподвижном полёте при ведении морской разведки.
Военно-историческое значение и инженерная эволюция
Регулирование и увеличение подъёмной силы определяло развитие конструкции боевых ЛА на разных этапах истории:
Механизация крыла палубной авиации
Ограниченная длина палуб авианосцев требовала генерации колоссальной подъёмной силы на малых скоростях (при взлёте и посадке). Для этого инженеры разработали механизацию крыла:
- Закрылки и предкрылки — выдвижные элементы, увеличивающие кривизну и площадь профиля крыла при посадке на авианосец, что резко повышает подъёмную силу.
- Складывающиеся крылья — историческое конструкторское решение, уменьшающее габариты палубных ЛА для их размещения в подпалубных ангарах, не влияющее на подъёмную силу в разложенном состоянии.
Вертикальный взлёт и изменяемая геометрия
- В вертолётах подъёмная сила создаётся вращением лопастей несущего винта, что позволило кораблям малого водоизмещения (крейсерам, эсминцам) получить собственную авиацию ПЛО, не нуждающуюся в полётной палубе.
- Во второй половине XX века для сверхзвуковых самолётов было создано крыло изменяемой стреловидности. На малых скоростях (взлёт/посадка) крылья разворачивались перпендикулярно фюзеляжу для максимальной подъёмной силы, а на сверхзвуке складывались назад, уменьшая лобовое сопротивление.
Безэкипажные системы
В современных палубных БПЛА управление подъёмной силой полностью автоматизировано. Бортовой компьютер ежесекундно корректирует положение механизации крыла и угол атаки, парируя воздушные потоки и качку авианосца, что обеспечивает ювелирную точность приземления аппарата на палубу без участия человека.
См. также
- ↑ Большая российская энциклопедия. Т. 26. — М., 2014. — С. 627.
Литература
- Жуковский Н. Е. Теоретические основы воздухоплавания. — М.: Гостехиздат, 1925.
- Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. — М.: Дрофа, 2003. — 840 с.
- Полмар Н. Авианосцы: В 2 т. / Пер. с англ. А. Г. Больных. — М.: АСТ, 2001.