Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Вихри законцовок крыла

Вихри законцовок крыла

Wingtip Vortices

Формирование вихрей

Formation of Vortices

Крыло, производя подъемную силу, создает также и индуктивное сопротивление. Когда угол атаки крыла положителен, то существует разность давлений между верхней и нижней поверхности крыла. Давление в верхней части крыла меньше, чем атмосферное, а в нижней части крыла больше или равно атмосферному. Так как воздух всегда перемещается от высокого давления к низкому, и путь наименьшего сопротивления находится в направлении к законцовкам крыла, то возникает движение воздуха по размаху крыла, направленное от основания крыла наружу от фюзеляжа вокруг законцовок. В результате происходит «утечка» воздуха со стороны законцовок, таким образом формируется вихрь воздуха, названный вихрем законцовки. [Рисунок 4-10]

Рисунок 4-10. Вихри законцовки крыла.

В то же время поток воздуха на верхней поверхности крыла перемещается к фюзеляжу. Этот воздушный поток формирует аналогичный вихрь со стороны основания крыла, но фюзеляж ограничивает это поток и этот вихрь незначительный. Следовательно, самое сильное отклонение потока воздуха происходит на внешних законцовках, где ничем неограниченный боковой сток потока воздуха наибольший.

Так как воздух закручивается вверх вокруг законцовок, то при объединение со струей набегающего потока образовывается вихрь быстро перемещающийся назад. Эти вихри увеличивают сопротивление из-за затрат энергии, на их образование. Всякий раз, когда крыло производит подъемную силу, возникает индуктивное сопротивление и вихри законцовок крыла.

Так же, увеличение подъемной силы вследствие увеличения УА приводит к увеличению индуктивного сопротивления. Это происходит, потому что, увеличение угла атаки приводит к бо`льшему перепаду давлений между верхней и нижней частью крыла, и соответственно еще бо`льшему боковому потоку воздуха, что в свою очередь влечет образование более сильного вихря, который увеличивает индуктивное сопротивление.

На рисунке 4-10 легко увидеть формирование вихрей законцовки крыла. Интенсивность или сила вихрей непосредственно пропорциональны весу самолета и обратно пропорциональны размаху крыла и скорости самолета. Чем более тяжелый и чем он медленнее, тем больший угол атаки необходим и тем сильнее вихри законцовок. Таким образом, максимальные вихри законцовок крыла возникают во время взлета, набора высоты, и приземления. Эти вихри приводят к турбулентности в спутном следе, которая является опасной помехой для полета.

The action of the airfoil that gives an aircraft lift also causes induced drag. When an airfoil is flown at a positive AOA, a pressure differential exists between the upper and lower surfaces of the airfoil. The pressure above the wing is less than atmospheric pressure and the pressure below the wing is equal to or greater than atmospheric pressure. Since air always moves from high pressure toward low pressure, and the path of least resistance is toward the airfoil’s tips, there is a spanwise movement of air from the bottom of the airfoil outward from the fuselage around the tips. This flow of air results in “spillage” over the tips, thereby setting up a whirlpool of air called a “vortex.” [Figure 4-10]

Figure 4-10. Wingtip vortices.

At the same time, the air on the upper surface has a tendency to flow in toward the fuselage and off the trailing edge. This air current forms a similar vortex at the inboard portion of the trailing edge of the airfoil, but because the fuselage limits the inward flow, the vortex is insignificant. Consequently, the deviation in flow direction is greatest at the outer tips where the unrestricted lateral flow is the strongest.

As the air curls upward around the tip, it combines with the wash to form a fast-spinning trailing vortex. These vortices increase drag because of energy spent in producing the turbulence. Whenever an airfoil is producing lift, induced drag occurs, and wingtip vortices are created.

Just as lift increases with an increase in AOA, induced drag also increases. This occurs because as the AOA is increased, there is a greater pressure difference between the top and bottom of the airfoil, and a greater lateral flow of air; consequently, this causes more violent vortices to be set up, resulting in more turbulence and more induced drag.

In Figure 4-10, it is easy to see the formation of wingtip vortices. The intensity or strength of the vortices is directly proportional to the weight of the aircraft and inversely proportional to the wingspan and speed of the aircraft. The heavier and slower the aircraft, the greater the AOA and the stronger the wingtip vortices. Thus, an aircraft will create wingtip vortices with maximum strength occurring during the takeoff, climb, and landing phases of flight. These vortices lead to a particularly dangerous hazard to flight, wake turbulence.

Уход от турбулентности в спутном следе

Avoiding Wake Turbulence

Вихри законцовки крыла максимальны, когда самолет «тяжелый, с убранной механизацией крыла, и медленный». Это бывает обычно при прилете и отлете самолета, потому что угол атаки при этом максимален дабы крыло производило максимальную подъемную силу необходимую для взлета и посадки. Чтобы минимизировать вероятность попадания в турбулентный след:

  • Избегайте полета через траекторию взлета или посадки другого самолета.
  • Поворачивайте самолет при взлете перед той точкой где поворачивал предыдущий взлетевший самолет.
  • Избегайте следования по траектории полета другого самолета на высотах менее 1,000 футов. [Рисунок 4-11]
  • Приближайтесь к взлетно-посадочной полосе выше пути следования предыдущего самолета при приземлении за другим самолетом, касание ВПП производите дальше той точки где предыдущий самолет произвел касание. [Рисунок 4-12]

Зависший вертолет создает вихри воздуха вниз от лопастей главного ротора(ов) подобного вихрям самолета. Пилоты малых самолетов должны избегать полетов рядом с зависшем вертолетом, по крайней мере на расстоянии до трех даиметров окружности ротора, чтобы не попасть в вихри. При движении вертолета вперед энергия вихри ротора преобразуется в пару сильных, высокоскоростных вихрей спутной струи, подобных вихрям законцовки крыла большого самолета с жеским крылом. Вертолетных вихрей нужно избегать, потому что зачастую скорость перемещения вертолета невелика что приводит к образованию исключительно сильной турбулентности в спутном следе.

Рисунок 4-11. Избегайте следования по траектории полета другого самолета на высотах менее 1,000 футов.

Рисунок 4-12. Избегайте турбулентности от другого самолета.

Уходя от турбулентности необходимо принять во внимание такой важный фактор как ветер, потому что вихри законцовки крыла дрейфуют под действием ветра и со скорости ветра. Например, ветер со скоростью 10 узлов заставляет вихри дрейфовать приблизительно на 1,000 футов в минуту в направлении ветра. При следовании за другим самолетом пилот должен принять во внимание скорость ветра намечая точки взлета или приземления. Если пилот не уверен в точках взлета или посадки другого самолета, необходимо выждать приблизительно 3 минуты в течение которых турбулентность рассеится. Для получения дополнительной информации о турбулентности в спутном следе обратитесь к Рекомендательному Циркуляру 90-23.

Wingtip vortices are greatest when the generating aircraft is “heavy, clean, and slow”. This condition is most commonly encountered during approaches or departures because an aircraft’s AOA is at the highest to produce the lift necessary to land or take off. To minimize the chances of flying through an aircraft’s wake turbulence:

  • Avoid flying through another aircraft’s flightpath.
  • Rotate prior to the point at which the preceding aircraft rotated, when taking off behind another aircraft.
  • Avoid following another aircraft on a similar flightpath at an altitude within 1,000 feet. [Figure 4-11]
  • Approach the runway above a preceding aircraft’s path when landing behind another aircraft, and touch down after the point at which the other aircraft wheels contacted the runway. [Figure 4-12]

A hovering helicopter generates a down wash from its main rotor(s) similar to the vortices of an airplane. Pilots of small aircraft should avoid a hovering helicopter by at least three rotor disc diameters to avoid the effects of this down wash. In forward flight this energy is transformed into a pair of strong, high-speed trailing vortices similar to wing-tip vortices of larger fixed-wing aircraft. Helicopter vortices should be avoided because helicopter forward flight airspeeds are often very slow and can generate exceptionally strong wake turbulence.

Figure 4-11. Avoid following another aircraft at an altitude within 1,000 feet.

Figure 4-12. Avoid turbulence from another aircraft.

Wind is an important factor in avoiding wake turbulence because wingtip vortices drift with the wind at the speed of the wind. For example, a wind speed of 10 knots causes the vortices to drift at about 1,000 feet in a minute in the wind direction. When following another aircraft, a pilot should consider wind speed and direction when selecting an intended takeoff or landing point. If a pilot is unsure of the other aircraft’s takeoff or landing point, approximately 3 minutes provides a margin of safety that allows wake turbulence dissipation. For more information on wake turbulence, see Advisory Circular 90-23.


Система Orphus