до одной четвертой подъемной силы.
Рис. 2
Интуитивно понятно, что аэродинамические силы зависят от площади крыла, угла атаки, плотности воздуха и скорости потока воздуха (для современного самолета, скорость которого значительно больше скорости ветра, за скорость потока можно принять скорость движения самолета относительно воздуха, каковая в случае горизонтального полета совпадает со скоростью полета относительно земли). Наука утверждает, что эта зависимость (как и большинство фундаментальных законов природы) выражается предельно простой формулой:
Зависимость подъемной силы от площади крыла (S) и плотности воздуха () прямо пропорциональная. Т. е. сделали крыло в два раза больше – получайте в два раза большую подъемную силу, поднялись на большую высоту, где плотность воздуха в два раза меньше, чем у земли, – все аэродинамические силы уменьшились вдвое и т. д. Влияние формы профиля крыла и текущего значения угла атаки выражается в безразмерном коэффициенте Су.
Зависимость аэродинамических сил от скорости потока – квадратичная. Скорость выросла в два раза – сопротивление выросло в четыре раза, скорость увеличилась в три раза – сопротивление уже в девять раз больше и т. д. Это, наверное, самое главное из того, что «должен знать каждый». По крайней мере, каждый, кто хочет при случае поговорить о проблемах военной авиации.
Квадратичный характер зависимости подъемной силы от скорости объясняет многое из того, что мы знаем и видим. Вот, например, летит по экрану телевизора американская «крылатая ракета». Из сигарообразного фюзеляжа торчат в стороны два крохотных узеньких крылышка. И с такими несерьезными крылышками «ракета» (точнее говоря – беспилотный самолет) летит сотни километров и не падает. Почему? Большая скорость (порядка 250 метров в секунду), возведенная «в квадрат», позволяет создать достаточную подъемную силу даже на таком маленьком крыле. «Крылатая ракета» является примером предельно «однорежимного» самолета. Все скорости: «взлетная», крейсерская, максимальная для нее равны. А как же спроектировать нормальный самолет, которому надо взлетать с земли и у которого максимальная скорость значительно больше взлетной? Например – типичный современный истребитель взлетает на скорости 250 км/час и разгоняется в воздухе до скорости 2500 км/час. Десять «в квадрате» равняется сто. Этот бесспорный факт приводит нас к мысли о том, что необходимое для полета на максимальной скорости крыло могло бы быть в сто раз меньше по площади, чем «взлетное» крыло. Или, другими словами, крыло при полете на максимальной скорости превращается в лишнюю обузу, которая мало того что имеет вес, но еще и создает огромное дополнительное сопротивление.
Надеюсь, читатель уже требует объяснений. В самом деле – что такое «большое крыло»? Большое – это сколько? Например, крыло площадью 18,3 кв. м – это «большое» или «маленькое» крыло?
Давайте посчитаем. Крыло именно такой площади имели три истребителя, стоявшие на вооружении
