Глава 2 Крыло в замкнутом потоке

Рассмотрим простое крыло, имеющее профиль Жуковского – Чаплыгина, который впервые был предложен в 1910 году. До этого изобретения, крылья самолетов делали плоскими, а подъемная сила возникала за счет угла наклона крыла, простым реактивным отражением набегающего потока воздуха.

Подъемная сила крыла, имеющего профиль Жуковского – Чаплыгина, обусловлена разностью давления среды на крыло сверху и снизу, поскольку давление зависит от относительной скорости движения крыла и среды. На рис. 6 показано, что верхнюю поверхность крыла поток среды обтекает по большему пути, чем нижнюю.

Рис. 6. Эффект подъемной силы крыла

Поток стремится сохранять свою целостность, поэтому, его скорость относительно верхней выпуклой поверхности крыла выше, чем относительная скорость вдоль плоской нижней поверхности крыла. Разность давления среды на крыло (градиент) поднимает крыло вверх (вытесняет в сторону меньшего давления среды). Не играет роли, движется ли крыло в среде, или поток среды (воздуха, воды и т. п.) обтекает крыло. Можно сказать, что здесь «работает геометрия»: путь относительного движения среды по верхней поверхности крыла больше, чем по нижней. Данная система не является реактивной, поэтому ее применение в движителях замкнутого цикла представляется весьма перспективным.

На рис. 6 (справа) показано, что крыло, установленное внутри аэродинамической трубы на упругих амортизаторах, демонстрирует наличие подъемной силы при продувании трубы. При этом, на весь корпус трубы действует вертикальная сила.

Предположим, что мы создали циркулирующий поток среды (газ или жидкость) в замкнутом корпусе, похожем на бублик (тороид). Поставим внутри потока несколько крыльев, радиально, как показано на рис. 7.

Рис. 7. Крыло в замкнутом потоке среды

Мы получим простое решение, которое может быть проверено экспериментально, и иметь перспективы внедрения в аэрокосмической технике. Некоторые технические проблемы есть, но они решаются. Например, проходя в области крыла, линейный поток среды меняется, и в нем возникают турбулентности. Для выравнивания потока, позади крыла необходимо устанавливать плоские или трубчатые элементы (ламинаризаторы). Величина подъемной силы зависит от скорости движения потока относительно крыла, хотя ее направление, в данном случае, будет неизменным. Величину силы можно регулировать. Разумеется, замедление или ускорение циркулирующего потока среды потребует расхода энергии насоса, вентилятора или другого привода движения потока среды. Далее, мы рассмотрим аналогичную перспективную схему, более экономную, с точки зрения энергетики, чем крыло, находящееся в замкнутом потоке среды.