В аэронавтике соотношение сторон крыла - это отношение его размаха к его средней хорде. Он равен квадрату размаха крыла, деленному на площадь крыла. Таким образом, длинное узкое крыло имеет высокое удлинение, тогда как короткое широкое крыло имеет низкое удлинение.
Соотношение сторон и другие особенности формы в плане часто используются для прогнозирования аэродинамический КПД крыла, потому что коэффициент подъемной силы увеличивается с увеличением удлинения, улучшая экономию топлива в самолетах с двигателем и угол планирования планеров.
Соотношение сторон - это соотношение квадрат размаха крыла к площади проекции крыла , что равно отношению размаха крыла к стандартному среднему хорду :
Как Полезное упрощение: самолет в полете можно представить, чтобы он воздействовал на круговой цилиндр воздуха с диаметром, равным размаху крыльев. Большой размах крыльев влияет на большой цилиндр воздуха, а малый размах крыльев влияет на маленький цилиндр воздуха. Небольшой воздушный цилиндр необходимо толкать вниз с большей силой (изменение энергии в единицу времени), чем большой цилиндр, чтобы создать равную восходящую силу (изменение количества движения в единицу времени). Это связано с тем, что для того, чтобы придать такое же изменение импульса меньшей массе воздуха, необходимо придать ему большее изменение скорости и гораздо большее изменение энергии, потому что энергия пропорциональна квадрату скорости, в то время как импульс только линейно пропорционален скорости. Составляющая этого изменения скорости с наклоном назад пропорциональна индуцированному сопротивлению, которое является силой, необходимой для получения этой мощности на этой воздушной скорости.
Взаимодействие между невозмущенным воздухом за пределами воздушного цилиндра и движущимся вниз цилиндром воздуха происходит на законцовках крыла и может рассматриваться как вихри на концах крыла.
Важно помнить, что это резкое упрощение, и крыло самолета влияет на очень большую площадь вокруг себя.
Крыло с очень большим удлинением (AR = 51,33) моторного планера Eta обеспечивает L / D передаточное отношение из 70Хотя длинное узкое крыло с высоким удлинением имеет аэродинамические преимущества, такие как лучшее соотношение подъемной силы и сопротивления ( также подробности ниже), есть несколько причин, по которым не все самолеты имеют крылья с высоким удлинением:
Летательные аппараты, которые приближаются к скорости звука или превышают ее, иногда имеют крылья с изменяемой стреловидностью . Эти крылья обеспечивают высокое соотношение сторон в не развернутом состоянии и низкое соотношение сторон при максимальной развертке.
В дозвуковом потоке круто стреловидные и узкие крылья неэффективны по сравнению с крылом с большим удлинением. Однако когда поток становится трансзвуковым, а затем сверхзвуковым, ударная волна , сначала генерируемая вдоль верхней поверхности крыла, вызывает волновое сопротивление на летательном аппарате, и это сопротивление пропорционально размаху полета. крыло. Таким образом, большой пролет, ценный на малых скоростях, вызывает чрезмерное сопротивление на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.
Изменяя стреловидность крыла, можно оптимизировать его для текущей скорости полета. Однако дополнительный вес и сложность подвижного крыла означают, что оно не часто используется.
Соотношение сторон крыльев птиц и летучих мышей значительно различается. Птицы, которые летают на большие расстояния или проводят длительные периоды полета, такие как альбатросы и орлы, часто имеют крылья с большим удлинением. Напротив, птицы, которым требуется хорошая маневренность, такие как евразийский перепелятник, имеют крылья с низким удлинением.
Для крыла с постоянной хордой хорды c и размаха b соотношение сторон задается следующим образом:
Если крыло стреловидное, c измеряется параллельно направлению прямого полета.
Для большинства крыльев длина хорды не является постоянной, а меняется вдоль крыла, поэтому удлинение AR определяется как квадрат размаха b, деленный на площадь S крыла.. В символах
Для такого крыла с переменной хордой стандартная средняя хорда SMC определяется как
Показатели соотношения сторон AR, связанные с подъемной силой и сопротивлением. передаточное отношение и вихри законцовки крыла проиллюстрированы в формуле, используемой для расчета коэффициента лобового сопротивления самолета
где
- самолет коэффициент лобового сопротивления | |
- самолет коэффициент аэродинамического сопротивления, | |
- коэффициент подъемной силы самолета, | |
- это отношение длины окружности к диаметру круга, pi, | |
- число эффективности Освальда | |
- соотношение сторон. |
Коэффициент сжатия при увлажнении учитывает всю площадь увлажненной поверхности планера, , а не просто крыло. Это лучший показатель аэродинамической эффективности самолета, чем удлинение крыла. Он определяется как:
где - это пролет, а - смоченная поверхность.
Иллюстративный примеры предоставлены Boeing B-47 и Avro Vulcan. Оба самолета имеют очень похожие характеристики, хотя и радикально отличаются. У B-47 крыло с высоким удлинением, а у Avro Vulcan - крыло с низким удлинением. Однако они имеют очень похожее соотношение сторон во влажном состоянии.