Как толстые и тонкие аэродинамические поверхности соотносятся в подъемной силе?

Подъемная сила в основном является результатом AoA и развала. Толщина имеет очень небольшое влияние, настолько сильное, что некоторые аэродинамические теории полностью его игнорируют. В основном это влияет на лобовое сопротивление, и оно должно быть относительно высоким для дозвуковых самолетов, чтобы аэродинамический профиль мог работать в широком диапазоне углов атаки без сваливания. Он также должен быть высоким, чтобы момент инерции поперечных сечений был высоким и, следовательно, меньше нагрузка на элементы конструкции. И, пожалуй, самое очевидное, он должен быть высоким, чтобы топливные баки поместились внутри крыла.

На этот вопрос легко ответить, взглянув на знаменитую теорию сечений крыла Эббота. Вы обнаружите, что толщина влияет на подъемную силу, поскольку она увеличивается до 0,12 длины хорды (с). Эффект приводит к тому, что угол сваливания возникает позже, что позволяет иметь большую подъемную силу, но с неудобством, заключающимся в том, что у вас будет более резкое сваливание. В случае 0 изогнутых симметричных профилей (давайте вспомним 4-значный ряд NACA, такой как NACA от 0008 до 0012, следовательно, с толщиной от 0,08 с до 0,12 с) срыв становится более резким по мере приближения угла срыва. В случае выпуклых профилей это происходит более мягко. После толщины 0,12 с максимальный коэффициент подъемной силы снова имеет тенденцию к небольшому снижению (как вы можете видеть на рисунке, который вы можете найти здесь) .).

Как сказано в Abbott, мы должны учитывать, что для Рейнольдса около 2 миллионов увеличение толщины более 0,12 с можно считать незначительным.

Бабинский, Хольгер (2003) абсолютно правы, указывая на то, что избыточное давление под крылом будет способствовать подъемной силе.

Однако это не обязательно связано с «толщиной», которая больше связана с прочностью.

Масштаб чрезвычайно важен в авиационном дизайне: чтобы выдержать собственный вес, для увеличения воробья до детеныша волынщика требуется крыло, которое может выдержать несколько тысяч кг (не забывайте о маневрировании перегрузками). Это, без сомнения, потребует пропорционально более толстого крыла.$^1$.

Как упоминалось выше, кривизна или изгиб определяют подъемную силу при заданной скорости, площади крыла, угле атаки, удлинении и плотности воздуха.

На первый взгляд, тонкое крыло имело бы преимущество создания избыточного давления под крылом для увеличения подъемной силы, но более толстые крылья даже в самых больших самолетах также имеют этот трюк в рукавах, используя ... предкрылки и закрылки для полета на более низкой скорости. «Толстое» крыло также будет иметь кривизну на своей верхней поверхности, что приводит к еще одному очень важному соображению: числу Рейнольдса .

Reynolds Number = Velocity × Chord/Kinematic Viscosity

Кинематическая вязкость для воздуха 1,46×10$^-5$, единицы - метры и секунды

Это приведет к лучшему пониманию того, почему более крупные и быстрые самолеты летают более эффективно, используя «верхнюю подъемную силу». Взгляд на число Рейнольдса по сравнению с отношениями подъемной силы / сопротивления на инструментах Airfoiltools покажет заметное увеличение отношения L / D по мере того, как числа Рейнольдса увеличиваются с 10.$^3$-10$^4$типично для птиц до 10$^6$-10$^7$характерно для самолетов.

Более крупные и быстрые самолеты могут обтекать нижнюю часть крыла, повышая прочность и уменьшая сопротивление, полагаясь на более эффективную «верхнюю подъемную силу». Здесь родилась легенда о «толстом крыле», примером которой стали конструкции истребителей Luftstreitkrafte и крыла Дэвиса спустя годы. Толщина и кривизна также становятся важными, когда скорость приближается к трансзвуковым и сверхзвуковым областям (критическое число Маха), где эффекты сопротивления ударной волны благоприятствуют более тонким крыльям с меньшим изгибом.

Крылья птиц, как правило, слишком малы и медленны, чтобы в полной мере воспользоваться знаменитым эффектом подъема верхней части «Бернулли». Можно понять, что ныряющий ястреб может достигать более высоких чисел Рейнольдса, но они решают эту проблему с помощью ... изменяемой геометрии , складывая свои крылья!

$^1$первые авиастроители поддерживали свои любимые тонкие
крылья с нижним изгибом тросами и, складывая крылья
(бипланы), создавали очень прочные и легкие ферменные конструкции.
Акцент на снижении лобового сопротивления будет сделан позже с более высокими скоростями, обеспечиваемыми более мощными двигателями.