Почему крылья современных самолетов часто заостренные, а не более прямоугольные?

Прямоугольные крылья легко построить: вам понадобится ребро только одного размера, и вы можете повторять его изготовление несколько раз, используя один и тот же приспособление. Ранние самолеты требовали много ручной сборки полуквалифицированными рабочими, и было логично упростить задачу.

Строящееся крыло SE5a ( источник фото )

Однако для создания наименьшего индуктивного сопротивления струя вниз за крылом должна иметь одинаковый угол по всему размаху крыла. Этого можно добиться с помощью смыва, но тогда смыв должен быть настроен на один угол атаки. Измените угол атаки, и ваше распределение подъемной силы по пролету создаст большее сопротивление, чем необходимо. Чтобы решить эту проблему, использовались эллиптические формы крыла в плане, но они сложны в изготовлении и склонны к срыву . Это когда законцовка крыла первой теряет подъемную силу во время сваливания и заставляет самолет сильно катиться. Если это произойдет близко к земле, авария неизбежна.

Поэтому вскоре дизайнеры остановились на чем-то, напоминающем эллиптическую форму в плане, но оставляющем больше площади на конце, так что у него меньше нагрузка и больше запас прочности. Особенно, когда это крыло покрыто листовым металлом, имеет смысл иметь только одно направление кривизны, поэтому трапециевидные формы в плане вскоре стали предпочтительным способом изготовления крыльев, когда алюминий стал основным конструкционным материалом для самолетов.

Планер СБ-11 использует прямоугольное внутреннее крыло и трапециевидное внешнее крыло. Таким образом, форму для внутреннего крыла можно было использовать для левой и правой стороны, что упростило конструкцию ( источник изображения ).

Трапециевидное крыло также полезно в другом отношении: консольные конструкции имеют высокие изгибающие моменты в основании крыла. Если у корня больше хорда , то лонжерон можно сделать толще, а если площадь на концах меньше, то при той же подъемной силе создается меньший изгибающий момент. Раскосы бипланов гасят изгибающий момент корня, но когда появились монопланы, прямоугольное крыло утратило большую часть своих преимуществ.

Теперь о закругленных законцовках крыла: это попытка приблизить крыло к идеальной эллиптической форме в плане, не теряя преимущества крыла с постоянной хордой на большей части размаха. Большая часть дизайна законцовки крыла также связана с эстетикой, и некоторые люди придерживаются квазирелигиозных убеждений о преимуществах определенной формы законцовки крыла. Для металлических крыльев законцовки можно изготовить, спрессовав алюминиевые листы для верхней и нижней части по форме и склепав их между собой, так как аэродинамические нагрузки на законцовку крыла малы. Законцовки крыла и обтекатели также были одними из первых деталей самолета, изготовленных из композитных материалов, что значительно упрощает трехмерное формирование. Ближе к основанию крыло требует гораздо большей прочности, и здесь трапециевидная форма в плане по-прежнему остается лучшим компромиссом на сегодняшний день.

Крылья направлены к концам крыльев, потому что большинство современных самолетов используют стреловидные крылья.

Стреловидное крыло, когда крыло стреловидное или хорда крыла уменьшается к законцовке крыла, предназначено для уменьшения волнового сопротивления. В основном это наблюдается в самолетах, летающих на околозвуковых (гражданские авиалайнеры) и сверхзвуковых (боевые самолеты), в то время как прямоугольные крылья используются в низкоскоростных самолетах авиации общего назначения.

Стреловидность крыла приводит к уменьшению нормальной скорости воздушного потока с точки зрения крыла на косинус угла стреловидности.

Источник: history.nasa.gov.

Это приводит к увеличению критического числа Маха, выше которого значительно возрастает волновое сопротивление.

Источник: history.nasa.gov.

Некоторые прямоугольные законцовки крыльев закруглены по той же причине — для уменьшения лобового сопротивления, хотя в данном случае они предназначены для уменьшения лобового сопротивления.

Источник: Спортивная авиация.

Однако эффект незначительный, поэтому многие самолеты обходятся без него.

Источник: Спортивная авиация.

Другая причина, по которой крылья авиалайнера становятся «заостренными» к кончику, носит конструктивный характер. Крыло практически похоже на консольную балку, и уменьшение поперечного сечения (больших и длинных крыльев) по направлению к кончику уменьшает изгибающие моменты корневого конца.

Еще одна причина «заостренной» конструкции современных крыльев - наличие «крылышек». Вместо того, чтобы заканчиваться коротким прямоугольником, крыло простирается до ближней точки, которая изгибается вверх.

Крылья в основном уменьшают сопротивление, обеспечивая плавное движение воздуха по крылу даже вблизи его законцовки. Это может увеличить эффективность использования топлива примерно на 5%, что довольно поразительно.

Подробнее об этом можно прочитать здесь: http://www.nytimes.com/2013/10/24/business/eye-catching-wingtips-but-they-arent-for-show.html

Это в сочетании с общим использованием стреловидных крыльев приводит к более «заостренной» конструкции крыла, о которой вы, возможно, имеете в виду.