Введение
Подъем от крыльев с большой стреловидностью
Вортексовый подъем – это часть общей подъемной силы, возникающая за счет действия вихрей передней кромки. Он создается крыльями с большой стреловидностью, острой передней кромкой (более 50 градусов стреловидности) или сильно стреловидными корневыми насадками, добавленными к крылу умеренной стреловидности. Иногда его называют нелинейным подъемом из-за его быстрого увеличения с углом атаки, а также подъемом, основанным на управляемом срыве потока, чтобы отличить его от обычного подъема, возникающего при обтекании крыла присоединенным потоком.
Как это работает
Вортексовый подъем работает за счет захвата вихрей, генерируемых резко отклоненной передней кромкой крыла. Вихрь, формирующийся приблизительно параллельно передней кромке крыла, удерживается воздушным потоком и остается зафиксированным на верхней поверхности крыла. Когда воздух обтекает переднюю кромку, он проходит над захваченным вихрем и притягивается внутрь и вниз, создавая подъемную силу. Крыло с прямой или умеренной стреловидностью, в зависимости от профиля, может испытывать срыв потока на передней кромке и потерю подъемной силы из-за разделения потока на передней кромке и не создающего подъемную силу следа над верхней поверхностью крыла. Однако на крыле с большой стреловидностью разделение потока на передней кромке все равно происходит, но вместо этого формирует вихревую пленку, которая скручивается над крылом, создавая продольный поток внизу. Поток, не вовлеченный в вихрь, проходит над вихрем и вновь прикрепляется к поверхности крыла. Вихрь создает область высокого отрицательного давления на верхней поверхности крыла. Вортексовый подъем увеличивается с углом атаки (AOA), что видно на графиках зависимости подъемной силы от AOA, где вихрь или не прикрепленный поток добавляется к нормальной прикрепленной подъемной силе в качестве дополнительного нелинейного компонента общей подъемной силы. Вортексовый подъем имеет предел угла атаки (AOA), при котором вихрь разрушается или срывается.
Приложения
Четыре основные конфигурации, использовавшие вихревой подъем, в хронологическом порядке: дельта-крыло с углом стреловидности 60 градусов; огивальное дельта-крыло с резко скошенной передней кромкой у корня; умеренно стреловидное крыло с корневым обтекателем передней кромки, известное как гибридное крыло; и остроскошеный передний обтекатель, или вихревой предкрылок. Крылья, генерирующие вихревой подъем, применялись на исследовательских самолетах с дельта-крыльями, таких как Convair XF-92A и Fairey Delta 2. Ранние истребители с дельта-крылом, такие как F-102 и F-106, а также их современники, например, самолеты Dassault с дельта-крылом, имели закругленные передние кромки, которые были тупыми и не создавали значительных вихрей. Сверхзвуковой авиалайнер "Конкорд" был оснащен острыми передними кромками. Крылья с вихревым подъемом во внутренней части – это умеренно стреловидные крылья с легко узнаваемым корневым обтекателем передней кромки (LERX), используемые на боевых самолетах с высокой маневренностью, таких как Northrop F-5 и McDonnell Douglas F/A-18 Hornet. Вихревые предкрылки используются на General Dynamics F-16 Fighting Falcon.
Преимущества и недостатки
Вортексовый подъем обеспечивает высокую подъемную силу с увеличением угла атаки на скоростях посадки и в маневренном полете. Высокий угол атаки, необходимый для выполнения требований к посадке, в прошлом ограничивал видимость пилотов и приводил к конструктивным сложностям, связанным с необходимостью опускания носовой части, как в случае с Fairey Delta 2 и Concorde. Для крыльев умественной стреловидности добавление LERX снижает волновое сопротивление, улучшает маневренность и обеспечивает гораздо более широкий диапазон углов атаки. Использование вортексового подъема ограничено разрушением или срывом вихря, а также присущей ему рыскающей неустойчивостью. Существует значительное сопротивление, обусловленное увеличением создания подъемной силы и потерей разрежения передней кромки, являющейся частью нормального обтекания передней кромки.
Среди животных
Такие животные, как колибри и летучие мыши, питающиеся пыльцой и нектаром, способны зависать в воздухе. Они создают вихревую подъемную силу за счет острых передних кромок крыльев и изменяют форму и изгиб крыльев для обеспечения стабильности этой подъемной силы.