Как выглядит распределение давления на крыле планера?

Распределение давления по крылу планера ничем не отличается от распределения давления хорошо сконструированного самолета. Планер может поддерживать полет, летя немного вниз, поэтому направление движения не прямое, а немного вниз. Выполнение этого в поднимающемся воздухе приведет к устойчивому полету.

Посмотрите на рисунок выше: Угол траектории полета$\gamma$отрицателен и в неподвижном воздухе вектор траектории полета$\text{x}_k$параллелен направлению воздушной скорости. Из-за наклона траектории полета вектор подъемной силы наклонен вперед так, что его горизонтальная составляющая прямо противоположна силе сопротивления. Это показано справа, где я переместил векторы в замкнутую последовательность, которая демонстрирует, что все силы уравновешиваются.

С точки зрения планера подъемная сила направлена ​​прямо вверх и тянется прямо назад, но сила веса слегка наклонена вперед. В каком-то смысле кажется, что тяга планера — это сила его веса.

Теперь пусть весь воздушный пакет, в котором летит планер, движется вверх. Планер по-прежнему будет опускаться в этом воздухе, но относительно земли он будет набирать высоту, если восходящая скорость воздуха достаточно высока.

Я думаю, что вы подходите к этой проблеме неправильно. Если вы думаете о том, как летит планер, то на аэродинамическом профиле нет составляющей направленной вперед силы, противодействующей сопротивлению. По определению сопротивление — это сила, противодействующая движению корабля, а подъемная сила перпендикулярна силе сопротивления.

Предположим, мы сбрасываем планер с некоторой высоты в обычном полетном положении (т.е. фюзеляж параллелен земле). Единственный способ, которым этот планер будет лететь вперед (при отсутствии попутного ветра), — это опустить нос, создавая отрицательный угол атаки по отношению к земле. Подъемная сила, создаваемая аэродинамическим профилем, здесь будет иметь как горизонтальную, так и вертикальную составляющие относительно земли. Тем не менее, вы также теряете высоту в этой ориентации. Дело в том, что без начальной скорости (импульса движения) единственный способ создать скорость движения вперед — это преобразовать потенциальную энергию в кинетическую энергию за счет потери высоты, поэтому отрицательный угол атаки создаст скорость движения вперед, но будет стоить вам высоты.

Что касается ваших других вопросов, касающихся конструкции аэродинамического профиля планера по сравнению с конструкцией аэродинамического профиля реактивного самолета, аэродинамический профиль планера обычно имеет низкий изгиб, малую подъемную силу и низкое сопротивление. Это связано с тем, что, хотя аэродинамический профиль с большим изгибом создает большую подъемную силу, он также создает значительно более высокое сопротивление. Это приведет к тому, что планер быстрее потеряет поступательный импульс. Поскольку подъемная сила является функцией скорости, ваш планер за это время теряет подъемную силу и падает с неба. С двигателем этот аэродинамический профиль можно использовать для перевозки более тяжелых грузов (поскольку создается большая подъемная сила, а двигатель напрямую противодействует силам сопротивления). Планеры обычно легкие и поэтому требуют меньшей подъемной силы, чтобы оставаться в воздухе. Профили с низким лобовым сопротивлением позволяют им поддерживать импульс движения вперед и скорость без большой потери высоты.

В общем, вы всегда хотите, чтобы давление под крылом было выше, чем давление над крылом. Как только это условие не будет выполнено, самолет/планер начнет падать с неба. Также обратите внимание, что только потому, что давление внизу выше, чем давление вверху, не гарантирует, что самолет останется в воздухе. Восходящая сила, создаваемая этим давлением (F=P x Площадь), должна превышать направленную вниз силу, вызванную гравитацией (F=Масса x Сила тяжести).