Profil
Profil je průřez křídlem letounu rovnoběžný s jeho podélnou osou. Vlastnosti profilu jsou určovány jako vlastnosti přímého křídla o nekonečném rozpětí.
Oproti běžným podzvukovým asymetrickým profilům s oblou náběžnou hranou bývají nadzvukové profily povětšinou symetrické s ostrými hranami, jak na náběžné, tak na odtokové hraně.
Dalším rysem nadzvukových profilů je snaha zachovat jim co nejmenší tloušťku. Důvodem těchto odlišností nadzvukových od podzvukových profilů je odlišná povaha nadzvukového proudění, především tedy tvorba rázových vln, kdy se optimalizací profilu snažíme dosáhnout co nejnižšího vlnového odporu.
Zajímavostí při letu nadzvukovou rychlostí je fakt, že na tvaru profilu závisí součinitel odporu, kdežto součinitel vztlaku nikoli. Ten je tedy pro všechny typy profilů neměnný a lze jej vypočítat dle vztahu:
Kde CL značí součinitel vztlaku, M - Machovo číslo letu a α - úhel náběhu dosazovaný v radiánech.
Profil "rovná deska":
Tento profil je aerodynamicky nejefektivnějším nadzvukovým profilem, ale uvažovat o něm můžeme pouze v teoretické rovině. Podstatou tohoto profilu je totiž skutečnost, že křídlo vyrobené za jeho použití by byla dvourozměrná deska, tudíž křídlo s nulovou tloušťkou, což je technologicky nemožné vyrobit. Rovná deska však nachází dobré uplatnění při teoretických aerodynamických výpočtech.
Aerodynamické tlaky na tomto profilu jsou vždy rovnoměrně rozloženy po obou stranách a v celé hloubce profilu, jak můžeme vidět na následujícím obrázku.
Z rozložení tlaků vyplívá, že výsledná aerodynamická síla R má působiště v polovině hloubky profilu, což zapříčiňuje nulový klopný moment a k tětivě profilu svírá vždy pravý úhel, z čehož plyne, že při zanedbání odporu vzniklého třením by při nulovém úhlu náběhu tento profil měl nulový odpor.
Součinitele odporu CD lze u tohoto profilu výpočíst pomocí následujícího vzorce:
Kde CD značí součinitel odporu, M - Machovo číslo letu, α - úhel náběhu v radiánech a CDtř - třecí složku odporu.
Dvoj-vypuklý profil:
Dvoj-vypuklý (někdy taky nazývaný čočkový) profil je jedním ze dvou nejefektivnějších, reálně používaných profilů u nadzvukových letounů.
Tlak na tomto profilu od náběžné hrany směrem k odtokové lineárně klesá a jeho rozdíl mezi horní a spodní stranou profilu je v každém zlomku hloubky profilu totožný, jak můžete vidět na obrázku níže.
Výsledná aerodynamická síla R má, podobně jako u profilu rovná deska, působiště v polovině hloubky profilu, což vynuluje klopný moment, ale na rozdíl od rovné desky je vůči tětivě profilu mírně nakloněná směrem dozadu (proti směru letu), z čehož vyplývá, že i v případě, že při výpočtech zanedbáme třecí složku odporu, bude profil vykazovat nějaký odpor. Tuto složku odporu nazýváme tvarovým odporem a je způsobena nenulovou tloušťkou profilu.
Výpočet součinitele odporu je díky této skutečnosti o něco složitější, než u rovné desky a lze realizovat dle vzorce:
Kde CD značí součinitel odporu, M - Machovo číslo letu, α - úhel náběhu, d - největší tloušťku profilu, t - hloubku profilu a CDtř - třecí složku odporu.
Dvou-klínový profil:
Dvou-klínový, nebo taky kosočtvercový, profil je vůbec nejefektivnějším profilem pro nadzvukové lety, který lze reálně vyrobit. Vůči dvoj-vypuklému profilu o stejných rozměrech redukuje tvarový odpor při nadzvukové rychlosti téměř o čtvrtinu.
Aerodynamické tlaky jsou od náběžné hrany po bod největší tloušťky profilu stálé, poté se téměř skokově sníží a směrem dál k odtokové hraně jsou opět konstantní (probíhá zde proudění okolo expanzní hrany). Průběh tlaků na dvou-klínovém profilu můžete vidět na následujícím obrázku.
Výsledná aerodynamická síla má, podobně jako u dvoj-vypuklého profilu, působiště v polovině hloubky profilu a je mírně skloněna proti směru letu.
Výpočet součinitele odporu se provádí pomocí obdobného vzorce jako u dvoj-vypuklého profilu, jen s jinými konstantami:
Kde CD značí součinitel odporu, M - Machovo číslo letu, α - úhel náběhu v radiánech, d - největší tloušťku profilu, t - hloubku profilu a CDtř - třecí složku odporu.
Pro názorné porovnání si uveďme příklad výpočtu součinitele odporu všech tří předešlých profilů při stejných počátečních parametrech: M = 1,8; α = 5° = 0,0873 rad; d = 0,05 m; t = 1 m; CDtř = 0,0325.
Profil "rovná deska":
Dvoj-vypuklý profil:
Dvou-klínový profil:
