Подъемная сила (рисунок ниже) создается движением частиц воздуха над и под крылом. Ее можно получить или в случае, когда крыло самолета движется относительно воздуха с некоторой скоростью, или если струю воздуха пустить мимо неподвижного крыла. Общая форма крыла показана на рисунках: верхняя сторона более выпуклая, чем нижняя. Однако, у различных типов самолетов крылья делаются разной формы, в соответствии с тем, для какой цели строится самолет.
Подъемная сила зависит от скорости частиц воздуха, обтекающих крыло. Малейшее увеличение их скорости вызывает более быстрое увеличение как подъемной силы, так и лобового сопротивления.
Если мы удвоим скорость движущегося крыла, подъемная сила увеличится вчетверо.
Такое же изменение произойдет и с лобовым сопротивлением. При любой скорости крыла относительно воздуха подъемная сила меняется также и с изменением угла, под которым крыло встречается с потоком воздуха. Нельзя забывать, что любое изменение подъемной силы влечет за собой соответствующее изменение величины лобового сопротивления, независимо от того, было ли это вызвано изменением скорости или изменением угла. Точка приложения равнодействующей подъемных сил всех отдельных участков крыла называется центром давления (ЦД).
Угол, под которым крыло встречается с воздухом, называется углом атаки. Подъемная сила создается только в том случае, если этот угол не выходит из определенных пределов. Для каждого типа крыла, в зависимости от профиля, имеются определенные углы атаки, при которых создается подъемная сила. Если же выйти из этого предела, то лобовое сопротивление сильно увеличится, а подъемная сила станет ничтожной.
Воздушный змей летает потому, что его плоскость поставлена против ветра под известным углом, и поэтому возникает подъемная сила, способная удерживать в воздухе вес змея и вес длинного шнура, другой конец которого находится на земле.
Процесс, в результате которого крыло самолета создает подъемную силу, тот же, что у змея, но в принципе имеется значительная разница. У самолета воздух должен всегда плавно протекать вдоль верхней и нижней поверхностей крыла.
Частицы воздуха должны двигаться по верхней плоскости с большей скоростью, чем по нижней, так как им надо пройти более длинный путь, поскольку верхняя плоскость крыла более выпуклая, чем нижняя (рис. II, В). Эта разница скоростей, с которой движутся частицы воздуха вокруг крыла, вызывает своеобразное явление «подсасывания», величину которого можно выразить в килограммах, как подъемную силу. То не пустота (вакуум), а разность атмосферного давления, создающаяся над и под крылом. На современных самолетах эта разница едва ли превосходит 1%. Даже при этой малой разнице каждый квадратный метр крыльев многих современных самолетов может нормально поднять тяжесть в 200 кг и более.
Покажем силу атмосферного давления: если бы разность давления между нижней и верхней поверхностями крыла равнялась 50% атмосферного давления, тогда каждый квадратный метр поверхности крыла мог бы поднять тяжесть в 5т на уровне моря.
Заметьте что центр давления меняет свое положение, а лобовое сопротивление и подъемная сила — свою величину соответственно углу атаки, под которым крыло движется против воздуха. На рис. 3 крыло движется в воздухе под углом атаки 0°.
Центр давления находится на линии, которая делит хорду крыла на две равные части. Когда угол атаки меняется от 0° до положительного угла, например, +5° (рис. 4, Л), центр давления перемещается вперед, подъемная сила, а также и сила лобового сопротивления значительно увеличиваются. Но если то нее крыло встретится с воздухом под отрицательным углом —5°, центр давления передвинется к задней кромке крыла, вследствие чего подъемная сила уменьшается вместе с силой лобового сопротивления.
Если мы поставим движущееся крыло под углом атаки +10° (рис. 5), то центр давления немедленно переместится в переднюю часть крыла, и подъемная сила, а также сила лобового сопротивления достигнут большой величины. Дальнейшее увеличение угла атаки (рис. 6), например, до +15° (угол в 15
