| Informacja o artykule | ||
|---|---|---|
| Kategoria: | Teoria lotu |  |
| Źródło treści: | SKYbrary |  |
| Content control: | SKYbrary | |
Opis
Opór indukowany jest nieuchronną konsekwencją siły nośnej i jest wytwarzany przez przejście spirali aerodynamicznej (np.np. skrzydła lub płata ogonowego) przez powietrze. Powietrze przepływające nad górną częścią skrzydła ma tendencję do przepływu do wewnątrz, ponieważ zmniejszone ciśnienie nad górną powierzchnią jest mniejsze niż ciśnienie na zewnątrz końcówki skrzydła. Pod skrzydłem powietrze przepływa na zewnątrz, ponieważ ciśnienie pod skrzydłem jest większe niż ciśnienie na zewnątrz końcówki skrzydła. Bezpośrednią konsekwencją tego zjawiska, jeśli chodzi o końcówki skrzydeł, jest ciągły wyrzut powietrza w górę wokół końcówki skrzydła – zjawisko to nazywamy „efektem końcówki” lub „efektem końcowym”. Jednym ze sposobów zrozumienia, dlaczego wysoki współczynnik kształtu skrzydła jest lepszy niż niski, jest to, że przy wysokim współczynniku kształtu, proporcja powietrza, które porusza się w ten sposób jest zmniejszona i dlatego więcej powietrza wytwarza siłę nośną.
W przypadku skrzydła bardziej ogólnie, strumienie powietrza z góry i z dołu skrzydła płyną pod kątem do siebie, gdy spotykają się wzdłuż krawędzi spływu skrzydła. Łączą się one tworząc wiry, które patrząc od tyłu obracają się zgodnie z ruchem wskazówek zegara od strony lewego skrzydła i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara od strony prawego. Tendencja jest taka, że wiry te przesuwają się na zewnątrz w kierunku końcówki skrzydła łącząc się ze sobą. Większość z tych wirów jest oczywiście całkowicie niewidoczna, ale w bardzo wilgotnym powietrzu centralny rdzeń wiru może stać się widoczny, ponieważ ciśnienie powietrza w jego środku zmniejszyło się – a więc ochłodziło – wystarczająco, aby nastąpiła kondensacja. Większe obciążenie skrzydła w zakręcie również zwiększy siłę – i stopień redukcji ciśnienia – tak, że widoczne rdzenie wirów są jeszcze bardziej prawdopodobne podczas zakrętów. Jeśli jest się blisko tych wirów, można je czasem usłyszeć!
Większość powietrza spływającego z górnej części skrzydła – „downwash” – ciągnie się mniej więcej poziomo w kierunku empennage, ponieważ jest równoważona przez odpowiadający mu upwash przed krawędzią natarcia skrzydła. Natomiast ruch powietrza w górę, który prowadzi do „konsolidacji” wirów na końcówce, odbywa się tuż za końcówką, podczas gdy odpowiadający mu ruch w dół odbywa się tuż przy krańcu rozpiętości skrzydła, tak że kierunek netto przepływu powietrza przez skrzydło jest skierowany w dół. Podnoszenie tworzone przez skrzydło – które z definicji jest pod kątem prostym do przepływu powietrza, jest zatem pochylone nieco do tyłu i w ten sposób „przyczynia się” do powstania oporu – oporu indukowanego.
Pomimo, że zawsze musi istnieć przynajmniej pewien opór indukowany, ponieważ skrzydła mają skończoną grubość, projektanci starają się, gdzie to tylko możliwe, zmniejszyć ten opór. Wymagana powierzchnia skrzydła może być osiągnięta przy użyciu różnych stosunków rozpiętości do cięciwy (współczynników kształtu). Im większy współczynnik kształtu skrzydła, tym mniejsze zakłócenia powietrza powstają na końcówce. Jednak w przypadku większości samolotów istnieją zarówno praktyczne ograniczenia maksymalnej rozpiętości skrzydła dla manewrów naziemnych, jak i problemy konstrukcyjne, które oznaczają, że w końcu koszt odpowiedniego wzmocnienia długiego, cienkiego skrzydła staje się zbyt duży. Fakt, że samoloty przewożą większość paliwa w skrzydłach jest również czynnikiem wpływającym na konstrukcję skrzydła. Typowe współczynniki kształtu samolotów transportowych wynoszą od 6:1 do 10:1.
Inne sposoby zmniejszenia oporu indukowanego i siły wiru szczytowego w konstrukcji skrzydła również opierają się na zmniejszeniu ilości ruchu powietrza w górę na końcówce skrzydła poprzez dążenie do generowania względnie większej siły nośnej z dala od końcówek. Pomaga w tym zwężenie skrzydła w kierunku końcówki, a także skręt skrzydła. Boeing 767 jest przykładem skrzydła skręcanego. Wewnętrzne skrzydło jest ustawione pod większym kątem natarcia (AOA) niż skrzydło zewnętrzne i dlatego generuje proporcjonalnie większą siłę nośną, podczas gdy końcówka, przy bardzo małym kącie natarcia, generuje bardzo mało siły nośnej. Winglety (sharklety) również stały się popularne, zarówno zwykłe wersje obrócone do góry, jak i starsze dwukierunkowe wersje „płotków na końcówkach skrzydeł” z serii Airbus A320. Dobrze zaprojektowane winglety mogą zapobiec około 20% rozlewaniu się strumienia powietrza na końcówce – a zatem 20% indukowanego oporu.
Indukowany opór i jego wiry na końcówce skrzydła są bezpośrednią konsekwencją wytworzenia siły nośnej przez skrzydło. Ponieważ współczynnik siły nośnej jest duży, gdy kąt natarcia jest duży, opór indukowany jest odwrotnie proporcjonalny do kwadratu prędkości, podczas gdy wszystkie inne opory są wprost proporcjonalne do kwadratu prędkości. Skutkiem tego jest to, że opór indukowany jest stosunkowo nieistotny przy dużej prędkości w przelocie i opadaniu, gdzie prawdopodobnie stanowi mniej niż 10% całkowitego oporu. We wznoszeniu jest on ważniejszy, stanowiąc co najmniej 20% całkowitego oporu. Przy małych prędkościach tuż po starcie i w początkowym wznoszeniu, ma on maksymalne znaczenie i może wytwarzać aż 70% całkowitego oporu. Wreszcie, patrząc na potencjalną siłę wirów na końcówkach skrzydeł, cała ta teoria dotycząca oporu indukowanego musi być moderowana przez wpływ masy samolotu. Opór indukowany zawsze będzie wzrastał wraz z masą samolotu.
SKYclip
Poniższy SKYclip porusza zagadnienie En-Route Wake Vortex Encounter.
- Wake Vortex Propagation and Decay
- Wing Tip Drag Reduction Devices
.