עילוי, גרר ופרופיל הכנף

ארבעת הכוחות

בטיסה ישרה ואופקית במהירות קבועה: עילוי = משקל; דחף = גרר.

הפרופיל (Airfoil)

זוויות

• זווית התקפה (Angle of attack – AOA): בין המיתר לזרימה היחסית. הטייס שולט בה.
• זווית התקנה (Angle of incidence): בין המיתר לציר האורך של המטוס. קבועה בתכנון.

איך נוצר עילוי

1. ברנולי: האוויר מעל הכנף זורם מהר יותר – הלחץ שם נמוך יותר. הפרש הלחצים דוחף את הכנף כלפי מעלה.
2. ניוטון: הכנף מסיטה אוויר כלפי מטה (Downwash), והתגובה דוחפת אותה למעלה.

שני ההסברים משלימים.

מרכז הלחץ (Center of pressure)

הנקודה שבה העילוי ״פועל״. זזה קדימה כשזווית ההתקפה עולה (בפרופילים רגילים), ואחורה כשהיא יורדת.

משוואת העילוי

L = CL × ½ρV² × S

• כפול מהירות = פי 4 עילוי.
• כפול שטח = כפול עילוי.
• צפיפות נמוכה – צריך מהירות גבוהה יותר.

זווית ההתקפה ו-CL

• CL עולה עם זווית ההתקפה – עד זווית ההתקפה הקריטית (בדרך כלל כ-15°–20°).
• מעליה – הזרימה מתנתקת מהכנף – הזדקרות (Stall) – העילוי קורס.

הזדקרות

• הזדקרות קורית תמיד באותה זווית התקפה – בכל מהירות, בכל גובה ובכל מצב.
• מהירות ההזדקרות משתנה – עם משקל, מקדם עומס (פנייה), מדפים, קרח.
• בפנייה – מקדם העומס עולה, ולכן מהירות ההזדקרות עולה: Vs × √n. ב-60° – 2G – מהירות ההזדקרות עולה בכ-41%.
• קרח, לכלוך, חספוס – מעלים את מהירות ההזדקרות ומקטינים את הזווית הקריטית.

תכנון להזדקרות בטוחה

הכנף צריכה להזדקר מהשורש קודם – כך שההגאים (בקצה) עדיין יעילים:

• פיתול גאומטרי (Washout): זווית ההתקנה קטנה יותר בקצה.
• פסי הזדקרות (Stall strips): משולשים קטנים בשפת ההתקפה ליד השורש – גורמים לשורש להזדקר קודם.
• חריצים בקצה (Slots).
• מחוללי מערבולות.

מתריע הזדקרות (Stall warning): לשונית בשפת ההתקפה (סוגרת מתג), צופר אוויר, או מערכת לפי זווית התקפה – מתריע 5–10 קשר לפני ההזדקרות.

גרר

גרר טפילי (Parasite drag)

כל גרר שלא קשור לייצור עילוי. גדל עם ריבוע המהירות.

גרר מושרה (Induced drag)

גרר שנוצר כתוצאה מייצור העילוי.

• האוויר בלחץ גבוה מתחת לכנף מסתובב סביב הקצה אל הלחץ הנמוך שמעל – מערבולות קצה כנף (Wingtip vortices).
• המערבולות מטות את הזרימה כלפי מטה – וקטור העילוי נוטה אחורה, והרכיב האחורי שלו הוא הגרר המושרה.
• גדל במהירות נמוכה ובזווית התקפה גבוהה. יורד עם המהירות (הפוך לריבוע המהירות).

הקטנת גרר מושרה

• יחס מפתח גבוה – כנף ארוכה וצרה.
• כנפונים (Winglets) וקצוות מיוחדים.
• אפקט קרקע – ליד הקרקע, המערבולות קטנות – הגרר המושרה יורד, והמטוס ״צף״ בנחיתה.

עקומת הגרר הכולל

• גרר טפילי – עולה עם המהירות.
• גרר מושרה – יורד עם המהירות.
• נקודת החיתוך – גרר כולל מינימלי = יחס עילוי לגרר מקסימלי (L/D max) – מהירות גלישה הטובה ביותר, טווח מרבי (בבוכנה).

צורת כנף

שכבת הגבול (Boundary layer)

שכבת אוויר דקה על פני הכנף, שמהירותה עולה מאפס (על העור) למהירות הזרימה.

• למינרית – חלקה, גרר נמוך, מתנתקת בקלות.
• טורבולנטית – יותר גרר, אבל ״נדבקת״ טוב יותר – מעכבת הפרדה.
• מחוללי מערבולות – מכניסים אנרגיה לשכבת הגבול ומעכבים הפרדה.

נקודות למבחן

• זווית התקפה – מיתר לזרימה; התקנה – מיתר לציר.
• L = CL × ½ρV² × S – מהירות בריבוע.
• הזדקרות – תמיד באותה זווית התקפה.
• בפנייה – מהירות הזדקרות עולה.
• Washout – השורש מזדקר קודם.
• גרר טפילי – עולה עם המהירות; מושרה – יורד.
• L/D max – גרר כולל מינימלי.
• יחס מפתח גבוה – גרר מושרה נמוך.