Введение

Отношение размаха крыла самолета к его средней хорде.

В аэронавтике отношение сторон крыла определяется как отношение его размаха к средней хорде. Оно равно квадрату размаха крыла, деленному на площадь крыла. Таким образом, длинное и узкое крыло имеет высокое отношение сторон, а короткое и широкое – низкое. Отношение сторон и другие характеристики плана крыла часто используются для прогнозирования его аэродинамической эффективности, поскольку отношение подъёмной силы к сопротивлению увеличивается с ростом отношения сторон, что улучшает экономию топлива у самолетов с двигателями и углы планирования планеров.

Механизм

В качестве полезного упрощения можно представить, что самолет в полете воздействует на воздушный цилиндр диаметром, равным размаху крыльев. Большой размах крыльев воздействует на большой воздушный цилиндр, а маленький размах крыльев – на маленький. Чтобы создать одинаковую подъемную силу (изменение импульса за единицу времени), небольшой воздушный цилиндр необходимо отклонить вниз с большей мощностью (изменением энергии за единицу времени), чем большой. Это связано с тем, что для придания одинакового изменения импульса меньшей массе воздуха требуется большее изменение скорости, а следовательно, и значительно большее изменение энергии, поскольку энергия пропорциональна квадрату скорости, а импульс – только линейно. Наклонная назад составляющая этого изменения скорости пропорциональна индуцированному сопротивлению – силе, необходимой для компенсации этой мощности на данной воздушной скорости. Важно помнить, что это сильное упрощение, и крыло самолета воздействует на гораздо большую область воздуха вокруг себя.

Переменное соотношение сторон

Самолеты, приближающиеся к скорости звука или превышающие ее, иногда оснащаются крыльями изменяемой стреловидности. Эти крылья обеспечивают высокое удлинение при минимальной стреловидности и низкое – при максимальной. В дозвуковом потоке крылья с большой стреловидностью и малым удлинением менее эффективны, чем крылья с высоким удлинением. Однако, при переходе потока в трансзвуковую и затем сверхзвуковую область, ударная волна, возникающая на верхней поверхности крыла, вызывает волновое сопротивление, которое пропорционально размаху крыла. Таким образом, большой размах, полезный на низких скоростях, создает избыточное сопротивление на трансзвуковых и сверхзвуковых скоростях. Изменяя стреловидность, можно оптимизировать крыло для текущей скорости полета. Однако дополнительный вес и сложность подвижной конструкции крыла приводят к тому, что такая система не применяется во многих проектах.

Птицы и летучие мыши

Отношение сторон крыльев у птиц и летучих мышей значительно различается. Птицы, совершающие длительные перелеты или долго парящие в воздухе, такие как альбатросы и орлы, часто имеют крылья с высоким отношением сторон. В отличие от них, птицы, которым необходима хорошая маневренность, например, перепелятник, обладают крыльями с низким отношением сторон.

Соотношение прозрачности и увлажненности

Отношение смоченной площади учитывает всю смоченную поверхность планера, а не только крыло. Это более точная мера аэродинамической эффективности самолета, чем удлинение крыла. Оно определяется как:

где – размах, а – смоченная площадь. Наглядные примеры демонстрируют Boeing B-47 и Avro Vulcan. Оба самолета имеют очень схожие летные характеристики, несмотря на их принципиальные различия. B-47 имеет крыло с большим удлинением, в то время как Avro Vulcan – с малым. Однако их отношение смоченной площади практически одинаково.