Кіріспе
Ұшуға арналған мүше.
Қанат – ауа немесе басқа сұйықтық ортада қозғалғанда көтерілу күшін тудыратын жүзбе қанаттың бір түрі. Сәйкесінше, қанаттардың қимасы ағымдық болып келеді, олар аэродинамикалық күштерге түсіп, аэродинамикалық профильдер ретінде жұмыс істейді. Қанаттың аэродинамикалық тиімділігі көтерілу-созғыш қатынасы арқылы көрсетіледі. Белгілі бір жылдамдық және шабуыл бұрышында қанаттың тудыратын көтерілу күші, қанатқа түсетін жалпы созғыш күштен бір-екі рет артық болуы мүмкін. Жоғары көтерілу-созғыш қатынасы, қанатты жеткілікті көтерілу күшімен ауада жылжыту үшін айтарлықтай аз итермелеуді талап етеді. Суда қолданылатын көтерілу құрылымдарының қатарында әртүрлі фольгалар, мысалы, гидрофольгалар бар. Бұл жағдайда, аэродинамика емес, гидродинамика ғылымы басшылыққа алынады. Су асты фольгалары су асты ұшақтарында, желкенді қайықтарда және су асты кемелерінде қолданылады.
Этимологиясы мен қолданылуы
Көптеген ғасырлар бойы "қанат" сөзі, көне скандинав тіліндегі vængr сөзінен бастау алған, негізінен құстардың алдыңғы мүшелерін (архитектуралық дәлізден басқа) білдірген. Бірақ соңғы ғасырларда бұл сөздің мағынасы кеңейіп, жәндіктердің, жабықанаттардың, птерозаврлардың, бумерангтардың, кейбір желкенді қайықтардың және ұшақтардың көтерілу күшін жасайтын бөліктерін, сондай-ақ жарыс машинасының жабысуын арттыру үшін төмен қарай бағытталған күшті тудыратын инверттік қанат пішінін де қамтиды.
Аэродинамика
Ұшақ қанаттарының жобалануы мен талдауы – сұйықтық механикасының бір саласы болып табылатын аэродинамика ғылымының маңызды қолданыстарының бірі. Теориялық тұрғыдан алғанда, қозғалатын кез келген нысанның айналасындағы ауа ағынының сипаттамаларын сұйықтық динамикасының Навье-Стокстің теңдеулерін шешу арқылы анықтауға болады. Дегенмен, қарапайым геометриялық пішіндерден басқа, бұл теңдеулерді шешу өте қиын, сондықтан оны жеңілдетілген теңдеулермен алмастырады. Қанаттың көтерілу күшін тудыруы үшін, ол тиісті шабуыл бұрышында орналасуы керек. Мұндай жағдайда, қанаттың үстінен өтетін ауа ағыны төмен қарай бұрылады. Қанат ауаның бағытын өзгерту үшін күш қолданғандықтан, ауа да қанатқа тең және қарама-қарсы күш түсіруі тиіс.
Көлденең қима пішіні
Аэрофойл (американдық ағылшын тілінде) немесе аэрофойл (британдық ағылшын тілінде) – қанаттың, перненің (пропеллер, ротор немесе турбинаның), немесе желкеннің (көлденең қимасында көрінетін) пішіні. Дыбыс жылдамдығынан төменгі ұшуда асимметриялық көлденең қимасы бар қанаттар қалыпты жағдай. Симметриялық көлденең қимасы бар қанаттар да ауаны төмен қарай бұру арқылы шағылыстыру бұрышын пайдаланып, көтеру күшін тудыра алады. Симметриялық аэрофойлдардың тоқтау жылдамдығы бірдей қанат ауданындағы қисайған аэрофойлдарға қарағанда жоғарырақ, бірақ олар акробатикалық ұшақтарда қолданылады, себебі ұшақ тік немесе кері тұрған кезде де тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Кемелердегі желкендер де мысал болып табылады, онда желкен – екі жағы арасындағы қашықтық бірдей болатын жұқа мембрана. Дыбыс жылдамдығына жуық ұшу жылдамдықтарында (дыбыстық емес ұшуда) ауа ағынының жылдамдығына байланысты қарсылықтың күрт өсуін азайту үшін күрделі асимметриялық пішіндерге ие аэрофойлдар қолданылады. Мұндай аэрофойлдар, "суперкритикалық" аэрофойлдар деп аталады, жоғарғы бөлігі жалпақ, ал төменгі бөлігі қисық болады.
Тартылатын құрылымдар
1948 жылы Фрэнсис Рогалло көтерілген немесе қатты тіректермен ұсталып тұратын, жабық қанатты желкенді ойлап тапты, бұл ұшақтар үшін жаңа мүмкіндіктер ашты. Соған жуық уақытта Домина Жалберт ұшқыр тіректері жоқ, икемді, ауа толтырылатын қалың қанаттарды ойлап тапты. Осы екі жаңа қанат түрі ұшақтардың жаңа салаларында кеңінен зерттелді және қолданылды, әсіресе жеке демалыс авиациясы саласын өзгертіп берді.