Půdorys
Aerodynamika křídla, jak v podzvukových, tak v nadzvukových rychlostech, nezávisí pouze na profilu, ale podstatně ji ovlivňuje taky půdorys (tvar křídla při pohledu "z hora").
U nadzvukových letounů se nejčastěji používají 3 tipy půdorysů a to šípový, trojúhelníkový (delta) a lichoběžníkový.
Šípové křídlo:
Šípový půdorys křídla byl historicky prvním používaným půdorysem u vysokorychlostních letounů. Objevil se již koncem druhé světové války na německém stroji Messerschmitt Me 262. Geometrii šípového křídla můžeme vidět na následujícím obrázku.
Na náběžné hraně šípové nosné plochy dochází k rozkladu vzdušné rychlosti na dvě složky, a to složku kolmou a rovnoběžnou s náběžnou hranou.
Pro vznik aerodynamických sil je podstatná pouze kolmá složka rychlosti. Ta je vždy menší než dopředná rychlost letounu, z čehož plyne, že při stejné rychlosti bude šípové křídlo mít menší odpor (ale také vztlak) než přímé křídlo ekvivalentních rozměrů.
Složka rychlosti rovnoběžná s náběžnou hranou způsobuje, převážně při vyšších úhlech náběhu, víření vzduchu na náběžné hraně, což způsobuje snížení tlaku nad křídlem, díky čemuž dojde k mírnému nárůstu vztlaku oproti situaci s hladkým obtékáním.
Výhody:
- Nízký aerodynamický odpor.
Nevýhody:
- Nižší vztlak => vyšší pádová rychlost.
- Vysoká citlivost na přetažení.
Speciální případy šípového křídla:
Šípové křídlo
s měnitelnou
geometrií:
Jde o šípové křídlo s měnitelným úhlem šípu, kdy je celé křídlo zavěšeno na otočném závěsu a je jím možné za letu pohybovat. V praxi bylo toto řešení použito např. na letounu F 14 (na obrázku) či MIG 23.
Tento typ křídla celkem účině eliminoval nevýhody klasického šípu při zachování jeho výhod.
Nevýhodou tohoto uspořádání byla však poměrně složitá a masivní konstrukce otočného čepu.
Šípové křídlo se záponrým úhlem šípu:
V podstatě se jedná o šípové křídlo otočené dopředu proti směru letu. Použito bylo pouze u několika experimentálních letounů, jako například americký X-29 (na obrázku) nebo ruský SU 47.
U této konfigurace je výhodou menší citlivost na přetažení a vyšší vztlak než u klasického (kladného) šípu.
Na druhou stranu je tato konstrukce, díky silnějšímu vzájemnému působení aerodynamických a elastických (od vlastní konstrukce křídla) sil, více náchylná na vznik flutteru (samovolného, nebuzeného kmitání) ve vyšších rychlostech. Toto se dá sice eliminovat zvýšením tuhosti konstrukce, ale pouze za cenu vysokého zvýšení její hmotnosti.
Navíc by při vysokých nadzvukových rychlostech mohla nastat situace, kdy se rázová vlna vznikající na přídi letounu dotkne konců křídel. To by mělo za následek okamžité zvýšení dynamického namáhání konstrukce a mimo jiné také značné zvýšení aerodynamického odporu.
Delta křídlo:
Delta, neboli trojúhelníkové, křídlo postupným vývojem, u vysokorychlostních letounů, nahradilo křídlo šípové. Delta umocňuje výhody a potlačuje některé z nevýhod šípu. Na
následujícím obrázku máme zobrazen letoun Mirage 2000 využívající právě
konstrukci delta křídla.
Podobně jako u šípového křídla zde na náběžné hraně dochází k rozkladu rychlostí na kolmou a rovnoběžnou složku a při vyšších úhlech náběhu také ke tvorbě vírů. Díky větší hloubce mohou být u delta křídla použity profily s nižší procentuální tloušťkou než u šípu.
Výhody:
- Nižší
aerodynamický odpor než šíp.
- Nižší citlivost na přetažení než šíp.
Nevýhody:
- Nižší
vztlak než šíp =>
vyšší
pádová rychlost.
- Obtížné umístění vztlakové mechanizace - aktivace klapek umístěných na odtokové hraně by posunula působiště vztlaku výrazně dozadu, což by mohlo v krajním případě vést až ke ztrátě kontroly nad letounem => opět vyšší pádová rychlost.
Z moderních nadzvukových letounů využívá delta křídlo například Eurofighter Typhoon, či Jas 39 Gripen.
Přímé křídlo s malou štíhlostí:
V současné době nejpoužívanější půdorysný tvar nosných ploch nadzvukových letounů, povětšinou lichoběžníkového tvaru (na obrázku vlevo). Někdy se k němu přidává tzv. vírový náběh (na obrázku vpravo), což je ploška vystupující z náběžné hrany u kořene křídla směrem dopředu, potažmo lze využít trupu jako vztlakového tělesa.
U přímého křídla s malou štíhlostí můžeme opět pro snížení odporu použít menší procentuální hloubku profilu. Navíc nám tato konstrukce nosných ploch dovolí snížit jejich rozpětí, což napomáhá proudění v transsonické oblasti. Menší rozpětí taktéž redukuje momentové zatížení nosných ploch.
Výhody:
- Nižší odpor v transsonické oblasti rychlostí oproti deltě.
- Nižší momentové zatížení => nižší hmotnost konstrukce.
- Snadná instalace vztlakové mechanizace => nižší přistávací rychlost.
- V případě použití vírových náběhů podstatně nižší citlivost na přetažení než u šípu či delty.
Nevýhody:
- Nižší vnitřní objem křídla => méně prostoru pro uskladnění paliva.
Přímým křídlem s malou štíhlostí disponují např. letouny: MIG 25, MIG 29, SU 27, SU 37, F 15, F16, F22, F35 atd.