Кінцеві вихори мають значний вплив на аеродинаміку літака, його стійкість та керованість
При С y рівному нулю – індуктивний опір також дорівнює нулю. Головний внесок в індуктивний опір роблять вихрові джгути. Дуже поширена помилка в галузі аеродинаміки, що ці вихрові джгути - єдині винуватці індуктивного опору.
Це не так. Навіть крило дуже великого розмаху все одно має індуктивний опір, але набагато менший за абсолютною величиною. У крила два кінці. Інтенсивність відсмоктування енергії в кінцевий вихровий джгут залежить від погонної підйомної сили крила, що визначається різницею тисків. Звідси очевидне рішення: оскільки кінця два, треба зменшити погонну підйомну силу, тобто. збільшити розмах крила за тієї ж його площі. А це означає збільшення подовження крила. Наближено вважатимуться, що кінцевий джгут сильно знижує погонную підйомну силу з відривом до двох хорд від кінця крила. Тому для крил подовження 4 і менше, крайові ефекти радикально впливають на підйомну силу та індуктивний опір крила, найбільшою мірою визначаючи аеродинамічний якість крила в цілому.
Як і розрядження на верхній поверхні крила, вихрові джгути по кінцях крила можна побачити на власні очі при пілотажі надзвукових літаків. Коли літак різко маневрує, з кінців крил зриваються джгути білої пелени з конденсату вологи, що міститься у повітрі.
РАЗОМ фактори, що впливають на індуктивний опір:
-Розмір підйомної сили. Чим більша сила тяжіння літака та перевантаження, тим більша підйомна сила, відповідно більший індуктивний опір. (Перевантаженнямназивається відношення підйомної сили до сили тяжіннялітака). Індуктивний опір пропорційний квадрату підйомної сили.
-Швидкість літака. Чим більша швидкість, тим менший індуктивний опір. Це відбувається тому, що вертикальні швидкості, індуковані вихором, накладаючись на збільшену поступальну швидкість (по трикутнику) дають меншу зміну місцевого кута атаки. Відповідно менше нахил вектора підйомної сили назад, а отже і менший індуктивний опір. Індуктивний опір обернено пропорційно квадрату швидкості.
-Подовження крила. Кінцеві вихори на крилі великого подовження впливають на відносно меншу частину крила. Індуктивний опір обернено пропорційно подовженню крила.
На малюнку показано вплив подовження крила графіка підйомної сили. Чим більше подовження, тим менше потрібно кут атаки для тієї ж підйомної сили і збільшується чутливість на зміну кута атаки.
На наступному малюнку показано залежність лобового опору крила від підйомної сили за різних значень подовження крила. З нього видно, що крило з великим подовженням має менший опір, оскільки індуктивний опір залежить від подовження крила. При великих подовженнях крила опір мало змінюється при зростанні підйомної сили, але великих Су (малих приладових швидкостях) опір починає різко збільшуватися.
Використання крил великого подовження на літаках обмежено такими факторами:
- Великий згинальний момент крила. Його зменшують, розміщуючи у крилі паливо та навішуючи на крило двигуни.
- Зменшення наявних кутових швидкостей крену (особливо на малих швидкостях). При крененні літака на напівкрилі, що опускається, місцеві кути атакизбільшуються, а на піднімається – зменшуються. Виникає різницю підйомних сил напівкрил, що перешкоджає крененню (демпфуючий момент). Чим більше подовження крила, тим на більшу величину буде збільшуватися кут атаки в районі законцювання крила при тій же кутовій швидкості крену, отже, буде більший момент, що демпфує.
- Зменшення відстані від землі до закінчування крила при створенні крену на зльоті або посадці.
Формула індуктивного опору : Xi = ½ rV 2 Cx iS,
де ? rV 2 - швидкісний напір; Cx i – коефіцієнт індуктивного опору; S – площа крила.
Коефіцієнт індуктивного опору залежить від коефіцієнта підйомної сили та подовження крила: Cxi = Су2/l.
Розглянемо, як змінюється індуктивний опір за швидкістю. Припустимо, швидкість зросла вдвічі, отже, швидкісний натиск збільшиться вчетверо (½ rV 2 ). Отже, для збереження підйомної сили Сузменшиться вчетверо (Y = ½ rV 2 CyS(7)). Це спричинить зменшення коефіцієнта індуктивного опору в шістнадцять разів (Су 2 /l). Підставляючи зміни швидкісного напору і CxIв формулу індуктивного опору, отримаємо, що воно зменшиться в чотири рази.
Методи зменшення індуктивного опору:
Плоскі пластини, розташовані на кінцях крил обмежують розвиток кінцевого вихору, не виробляючи підйомної сили, а значить, не збільшуючи згинальний момент крила. Тим не менш, вони підвищують шкідливий опір літака, що на великих швидкостях може звести нанівець ефект зменшення опору.
Форма закінчування крила впливає на силу кінцевого вихору. На Боїнгу-787 використовується загнуте назад закінчування крила.
Паливні баки на законцівках крилграють ту ж роль, що і плоскі пластини, але при цьому ще, за рахунок ваги палива, зменшують згинальний момент крила.
Крильця(7) (загнуті вгору законцювання крила, winglets). Вони спрофільовані та встановлені так, що виробляють невелику силу, спрямовану вперед (негативний опір). Крильця частково блокують потік повітря від нижньої поверхні крила до верхньої, зменшуючи силу кінцевого вихору. Крім того, маленький вихор із закінчування взаємодіє з кінцевим вихором крила і послаблює його.