Як літають літаки

Літати небом, як птахи, було давньою мрією людства. З чого тільки не намагалися люди робити собі крила. Пробували пір'я та шкіру, тонкі гілочки, папір. Але знадобилися тисячі років, щоб зрозуміти: сама собою наявність крил ще не дає нам злетіти. Людині не вистачить сил підняти себе у повітря і, тим більше, утриматися у висоті. Лише до кінця 19 століття відкриття в галузі природничих наук та технічний прогрес дозволили наблизитися до заповітної мети. Чи не розмахувати крилами сильніше, а змусити їх рухатися щодо повітря, утворюючи підйомну силу.

Урок фізики: чому літаки літають

Навіть дорослі, які вивчали фізику в школі, дивуються, як ці махини, сучасні транспортники та авіалайнери, здатні підніматися у повітря, перевозити вантажі чи літати на далекі відстані. Все залежить не від ваги та об'єму машини, а конструкції крила.

У 1880-х роках англійський фізик Гораціо Філліпс довів, що аеродинаміка у вигнутої форми значно більша, ніж у плоскої. Адже пташині крила теж мають опуклу будову. Повітря над виступаючою частиною хіба що «губить тиск» і тисне на крило менше, ніж знизу. Різниця тисків тягне птах і літак вгору, наче виштовхує їх. Це називається підйомна сила. Коли вона стає більше ваги літального апарату, той злітає у висоту.

У 1904 році, розрахувавши підйомну силу, видатний російський фізик Микола Жуковський відкрив повітряну науку, аеродинаміку і перетворив мрію про підкорення неба в реальність.

Під час польоту на крило літака діють чотири сили: сила тяги, створювана двигунами, сила тяжіння, спрямована до Землі, сила лобового опору повітря, що перешкоджає руху літака, і, нарешті, підйомна сила, яка забезпечує набір висоти. При польоті з постійною швидкістю сума сил повинна дорівнювати 0: сила тяги компенсує силу лобового опору, а підйомна - силу тяжіння.

Будова крила не просто важлива, вона і уможливлює політ повітряного засобу, незалежно від габаритів та ваги. Ви запитаєте, а як хвіст? Він теж потрібний, щоб зберігати у повітрі рівновагу.

Отже, підйомна сила утримує літальний апарат на висоті. Для її появи необхідний рух, тобто швидкість. Пам'ятаєте, як летить повітряний змій? Вам доведеться добре розігнатися, щоб підняти його у повітря. Але варто зупинитися, як він одразу впаде. Набирати швидкість та підтримувати підйомну силу літаку допомагають двигуни.

Крило Airbus A350-1000, літака з ультрасучасною аеродинамікою.

Швидкість

Історія двигуна - це окрема сторінка в авіації. Їх постійно вдосконалювали і продовжують це робити, намагаючись знайти найпростіший спосіб літати далеко та швидко. Перші літакові двигуни складалися з поршнів, як у автомобіля. Вони обертали величезні пропелери, а ті загрібали повітря, наче гігантською лопатою. Літальний апарат розганявся, але летів не надто швидко.

«Ілля Муромець» Сікорського, перший пасажирський літак Росії, пересувався між хмарами зі швидкістю 105 км/год. Зараз він створив би пробку на будь-якому швидкісному шосе!

Сучасні авіалайнери набирають в середньому 800-1000 км/год. А надзвукові Конкорди легко розганяються до 2000 км/год і більше.Епоха небесних швидкостей почалася з появою реактивних двигунів. Вони випускають струмінь гарячого газу і тягнуть повітряний засіб уперед з такою силою, що на землі можна було б перевернути догори дригом великий самоскид. Уявіть, як повітряна куля різко піднімається вгору, випускаючи струмінь повітря, і зрозумієте, як працює реактивний двигун.

Сьогодні, коли весь світ спантеличений переходом на електричну тягу, авіація не відстає. Компанія Rolls-Royce вже представила повністю електричний літак Spirit of Innovation. Він здійснив перший політ, пробувши у повітрі 15 хвилин. Очікується, що проектна швидкість пасажирського літака на акумуляторах складе щонайменше 500 км/год.

Отже, літаки літають повітрям на різних швидкостях і не падають завдяки наявності аеродинамічних крил, підйомної сили та тяги, яку забезпечують двигуни. Цікаво, що сучасний авіалайнер здатний летіти навіть на одному двигуні кілька годин. Це збільшить витрату палива, зменшить висоту, але не вплине на безпеку польоту.

ІЛ-76 ЛЛ, нащадок найпопулярнішого в СРСР реактивного літака ІЛ-76

Висота

До речі, про висоту. Як відомо, більшість авіалайнерів у наші дні переміщуються на точно заданій позначці. Вона знаходиться в межах від 5000 до 10000 м над рівнем моря. Цікаво, навіщо забиратися так високо? Невже заради чудового вигляду з ілюмінатора? А ось і ні. Все знов пояснюється фізикою.

При польоті на позначці 10 000 м повітряне судно витрачає на 80% менше пального, ніж при польоті з такою ж швидкістю, але на висоті 1 км. Чим вища відстань від землі, тим нижча щільність повітря. Літаку легше долати опір повітряних потоків.

Може, тоді варто підніматися ще вище? На жаль, для створення тяги двигуну необхідний мінімальний запас повітря. Для людини дихання стає утрудненим на висоті 5 км і зовсім неможливим на 9 км над рівнем моря. Кожен літак також має атмосферну межу висоти. Він називається «практична стеля». Наприклад, для Ту-154 чи Airbus він приблизно однаковий і становить близько 12 000 метрів.

Airbus A350-1000 на МАКС-21, Жуковський

Авіалінії та аеропорти

Сьогодні літаки пересуваються повітрям, підкоряючись суворим правилам. Існують маршрути, розклад та всім відомі точки початку та закінчення шляху. Вони називаються аеропортами. У світі збудовано близько 45 тис. аеропортів. Рекордсмен за їхньою кількістю ― США. Росія посідає 4-е місце у світі. Тут налічується 1218 різних аеропортів, не лише цивільних, а й військових та випробувальних.

Повітряні маршрути відомі та узгоджені. Деякі з них з'єднують сусідні міста і тривають не більше 30 хвилин, включаючи зліт і посадку. Інші такі довгі, що їх можна назвати чемпіонськими.

• Сінгапур (Сінгапур)-Нью-Йорк (США);
• Доха (Катар)-Окленд (Нова Зеландія);
• Перт (Австралія)-Лондон (Велика Британія).

Рекорд належить рейсу Лондон-Сідней. Літак Боїнг-787 Dreamliner здійснив його за 19 годин і 19 хвилин, пролетівши без посадки через повітряний простір 11 країн.

Де літаки не літають

Так, дороги у хмарах часом завантажені не менше ніж на землі. І незважаючи на це, існують місця на планеті, де літаки ніколи не пролітають.

• Тихий океан. Не те щоб авіамаршрути повністю обходять найбільший океан. Просто повітряні судна намагаються триматися ближче до узбережжя.Існує правило, за яким авіалайнер повинен перебувати від найближчого аеропорту не більше, ніж о третій годині літа. Ось з міркувань безпеки літаки і не залітають надто далеко від берега.
• спірні території та місця військових конфліктів. Є близько 10 місць на політичній карті, де польоти заборонені, щоб уникнути терористичних дій. Заборони тимчасові, але буває так, що ситуація вже давно врегульована, а гуркіт моторів так і не чути. Так сталося, наприклад, у Ефіопії. Військовий конфлікт закінчився 25 років тому, але деякі авіакомпанії досі вважають небо над цією державою закритим.
• Тибет. Тут річ не в політиці, а в географії. Різниця висот між гірськими вершинами та ешелонами авіатрас дуже мала. Це підвищує ризик потрапити до зони турбулентності. Тибетські гори зазвичай облітають із півдня, над Індією.

Науково-технічні міфи, частина 1. Чому літають літаки?

У сучасному світі багато людей цікавляться наукою та технікою і намагаються хоча б загалом зрозуміти, як працюють речі, які їх оточують. Завдяки цьому прагненню до освіти існує науково-просвітницька література та сайти, подібні до Гіктаймса. А оскільки читати і сприймати ряди формул більшості людей важко, то теорії, що викладаються в подібних виданнях, неминуче піддаються значному спрощенню в спробі донести до читача «суть» ідеї за допомогою простого і зрозумілого пояснення, яке легко сприйняти і запам'ятати. На жаль, деякі з подібних «простих пояснень» є в корені невірними, але при цьому виявляються настільки «очевидними», що, не піддаючись особливому сумніву, починають кочувати з одного видання в інше і нерідко стають домінуючою точкою зору, незважаючи на свою хибність.

Як один із прикладів спробуйте відповісти на просте запитання: «звідки виникає підйомна сила в крилі літака»?

Якщо у Вашому поясненні фігурують «різна довжина верхньої та нижньої поверхні крила», «різна швидкість потоку повітря на верхній та нижній кромках крила» та «закон Бернуллі», то я змушений Вам повідомити, що Ви швидше за все стали жертвою найпопулярнішого міфу, який викладають інколи навіть у шкільній програмі.

Давайте для початку нагадаємо, про що йдеться

1. Крило має несиметричний профіль знизу та зверху
2. Безперервний потік повітря поділяється крилом на дві частини, одна з яких проходить над крилом, а інша під ним
3. Ми розглядаємо ламінарне обтікання, в якому потік повітря щільно прилягає до поверхні крила.
4. Оскільки профіль несиметричний, то для того, щоб знову зійтись за крилом в одній точці «верхньому» потоку, потрібно пройти більший шлях, ніж «нижньому», тому повітрі над крилом доводиться рухатися з більшою швидкістю, ніж під ним.
5. Відповідно до закону Бернуллі статичний тиск у потоці зменшується зі зростанням швидкості потоку, тому в потоці над крилом статичний тиск буде нижчим.
6. Різниця тисків у потоці під крилом та над ним і становить підйомну силу

Існує історія (я правда не знаю наскільки вона правдива), що одним із перших людей, які запропонували, подібну теорію був не хто інший, як сам Альберт Ейнштейн.Відповідно до цієї історії в 1916 році він написав відповідну статтю і на її основі запропонував свою версію «ідеального крила», яке, на його думку, максимізувало різницю швидкостей над крилом і під ним, і у профіль виглядало приблизно так:

В аеродинамічній трубі продули повноцінну модель крила з цим профілем, але на жаль - її аеродинамічні якості виявилися надзвичайно поганими. На відміну – парадоксально! - від багатьох крил з ідеально симетричним профілем, у яких шлях повітря над крилом і під ним мав бути принципово однаковим. У міркуваннях Ейнштейна явно щось було неправильно. І ймовірно найбільш явним проявом цієї неправильності було те, що деякі пілоти як акробатичний трюк стали літати на своїх літаках догори ногами. У перших літаків, які намагалися перевернутися в польоті, виникали проблеми з паливом і маслом, яке не текло туди, куди потрібно, і випливало там, де не потрібно, але після того, як у 30-х роках минулого століття ентузіастами аеробатики було створено паливні і масляні системи, здатні працювати тривалий час у перевернутому положенні, політ «нагору ногами» став звичайним видовищем на авіашоу. У 1933, наприклад, один американець і зовсім здійснив політ нагору ногами з Сан-Дієго в Лос-Анджелес. Якимось чарівним чином перевернуте крило, як і раніше, генерувало підйомну силу, спрямовану вгору.

Подивіться на цю картинку - на ній зображено літак, аналогічний тому, на якому було встановлено рекорд польоту в перевернутому положенні. Зверніть увагу на звичайний профіль крила (Boeing-106B airfoil) який, згідно з наведеними вище міркуваннями, повинен створювати підйомну силу від нижньої поверхні до верхньої.

1. Підйомна сила крила залежить від його орієнтації щодо потоку повітря, що набігає. кута атаки
2. Симетричні профілі (у тому числі і банальний плоский лист фанери) також створюють підйомну силу

Простіше кажучи, повітря «не знає», що йому треба рухатися з певною швидкістю навколо крила, щоб виконати якусь умову, яка нам здається очевидною. І хоча швидкість потоку над крилом справді вища, ніж під ним, це є не причиною утворення підйомної сили а наслідком того, що над крилом існує область зниженого тиску, а під крилом – область підвищеного. Потрапляючи з нормального тиску в розріджену область, повітря розганяється перепадом тисків, а потрапляючи в область з підвищеним тиском - гальмується. Важливий приватний приклад такої «не-бернуллівської» поведінки наочно демонструють екраноплани: при наближенні крила до землі його підйомна сила зростає (область підвищеного тиску підтискається землею), тоді як у рамках «бернуллівських» міркувань крило на пару із землею формують щось на зразок тунелю, що звужується. у рамках наївних міркувань мало б розганяти повітря та притягувати за рахунок цього крило до землі подібно до того, як це робиться в схожих за змістом міркуваннях про «взаємне тяжіння пароплавів, що проходять на паралельних курсах». Причому у разі екраноплану ситуація багато в чому навіть гірша, оскільки одна з «стінок» цього тунелю рухається з високою швидкістю назустріч крилу, додатково «розганяючи» тим самим повітря та сприяючи ще більшому зниженню підйомної сили.Однак реальна практика «екранного ефекту» демонструє прямо протилежну тенденцію, наочно демонструючи небезпеку логіки міркувань про підйомну силу побудованих на наївних спробах вгадати поле швидкостей потоку повітря навколо крила.

Хоч як це дивно, значно більш наближене до істини пояснення дає інша невірна теорія підйомної сили, відкинута ще ХІХ столітті. Сер Ісаак Ньютон припускав, що взаємодію об'єкта з повітрям, що набігає, можна моделювати, припустивши, що набігаючий потік складається з крихітних частинок, що ударяються об'єкт і відскакують від нього. При похилому розташуванні об'єкта щодо потоку, що набігає, частинки будуть переважно відображатися об'єктом вниз і в силу закону збереження імпульсу при кожному відхиленні частинки потоку вниз об'єкт отримуватиме імпульс руху вгору. Ідеальним крилом у подібній моделі був би плоский повітряний змій, нахилений до потоку, що набігає:

Підйомна сила в цій моделі виникає за рахунок того, що крило спрямовує частину повітряного потоку вниз, це перенаправлення вимагає застосування певної сили до потоку повітря, а підйомна сила є відповідною силою протидії повітряного потоку на крило. І хоча вихідна «ударна» модель взагалі кажучи невірна, у подібному узагальненому формулюванні це пояснення дійсно вірне. Будь-яке крило працює за рахунок того, що відхиляє частину потоку повітря, що набігає, вниз і це, зокрема, пояснює, чому підйомна сила крила пропорційна щільності потоку повітря і квадрату його швидкості. Це дає нам перше наближення до правильної відповіді: крило створює підйомну силу тому що лінії струму повітря після проходження крила в середньому виявляються спрямованими вниз. І чим сильніше ми відхиляємо потік вниз (наприклад, збільшуючи кут атаки) — тим підйомна сила виявляється більшою.

Трохи несподіваний результат, правда? Однак він поки що ніяк не наближає нас до розуміння того, чому повітря після проходження крила виявляється рухомим униз. Те, що Ньютонівська ударна модель неправильна, було показано експериментально дослідами, які продемонстрували що реальний опір потоку нижче, ніж передбачає Ньютонівська модель, а підйомна сила, що генерується, — вище. Причиною цих розбіжностей і те, що у моделі Ньютона частинки повітря не взаємодіють друг з одним, тоді як реальні лінії струму що неспроможні перетинати одне одного, оскільки це показано малюнку вище. «Відскакуючі» під крилом вниз умовні «частинки повітря» зіштовхуються з іншими і починають «відштовхувати» їх від крила ще до того, як вони з ним зіткнуться, а частинки повітряного струму, що опинилися над крилом, «випихають» частинки повітря, розташовані нижче, у порожній простір, що залишається за крилом:

Іншими словами, взаємодія «відскочив» і «набігає» потоків створює під крилом область високого тиску (червону), а «тінь», що пробивається крилом у потоці, утворює область низького тиску (синю). Перша область відхиляє потік під крилом вниз ще до того, як цей потік стикається з його поверхнею, а друга змушує потік над крилом згинатися вниз, хоча він з крилом не стикався взагалі. Сукупний тиск цих областей за контуром крила, власне, і утворює в результаті підйомну силу.При цьому цікавий момент полягає в тому, що область високого тиску, що неминуче виникає перед крилом, у правильно спроектованого крила стикається з його поверхнею лише по невеликій ділянці в передній кромці крила, тоді як область високого тиску під крилом і область низького тиску над ним стикаються з крилом на значно велику площу. В результаті підйомна сила крила формується двома областями навколо верхньої та нижньої поверхонь крила може бути набагато більшою, ніж сила опору повітря, яку забезпечує вплив області високого тиску, розташованої перед кромкою передньої крила.

Оскільки наявність областей різного тиску згинає лінії струму повітря, часто зручно визначати ці області саме з цього згину. Наприклад, якщо лінії струму над крилом «загинаються вниз», то цій галузі існує градієнт тиску спрямований зверху вниз. І якщо на досить великому видаленні над крилом тиск є атмосферним, то з наближенням до крила зверху вниз тиск повинен падати і безпосередньо над крилом воно виявиться нижче атмосферного. Розглянувши аналогічне «викривлення вниз», але вже під крилом, ми отримуємо, що якщо почати з досить низької точки під крилом, то, наближаючись до крила знизу вгору, ми прийдемо в ділянку тиску, який буде вищий за атмосферний. Аналогічно «розштовхування» ліній струму перед передньою кромкою крила відповідає існуванню перед цією кромкою області підвищеного тиску. У рамках такої логіки можна сказати, що крило створює підйомну силу, згинаючи лінії струму повітря навколо крила. Оскільки лінії струму повітря як би «прилипають» до поверхні крила (ефект Коанда) і одна до одної, то, змінюючи профіль крила, ми змушуємо повітря рухатися навколо нього по викривленій траєкторії і формувати через це необхідний нам градієнт тисків. Наприклад, задля забезпечення польоту нагору ногами досить створити необхідний кут атаки, направивши ніс літака у бік землі:

Знов трохи несподівано, правда? Проте це пояснення вже ближче до істини, ніж вихідна версія «повітря прискорюється над крилом, тому що над крилом йому потрібно пройти більшу відстань, ніж під ним». Крім того, в його термінах найлегше зрозуміти явище, яке називається «зривом потоку» або «скиданням літака». У нормальній ситуації збільшуючи кут атаки крила, ми збільшуємо тим самим викривлення повітряного потоку і відповідно підйомну силу. Ціною за це є збільшення аеродинамічного опору, оскільки область низького тиску поступово зміщується з положення «над крилом» у положення «злегка за крилом» і починає пригальмовувати літак. Однак після певної межі ситуація несподівано різко змінюється. Синя лінія на графіку – коефіцієнт підйомної сили, червона – коефіцієнт опору, горизонтальна вісь відповідає куту атаки.

Справа в тому, що «прилипання» потоку до обтічної поверхні обмежена, і якщо ми спробуємо надто сильно викривити потік повітря, то він почне «відриватися» від поверхні крила.Область низького тиску, що утворюється за крилом, починає «засмоктувати» не потік повітря, що йде з провідної кромки крила, а повітря з області, що залишилася за крилом, і підйомна сила генерована верхньою частиною крила повністю або частково (залежно від того, де стався відрив) зникне, а лобовий опір збільшиться.

Для звичайного літака звалювання це вкрай неприємна ситуація. Підйомна сила крила зменшується зі зменшенням швидкості літака або зменшенням щільності повітря, а також поворот літака вимагає більшої підйомної сили, ніж просто горизонтальний політ. У нормальному польоті всі ці фактори компенсують саме вибором кута атаки. Чим повільніше летить літак, чим менш щільне повітря (літак забрався на велику висоту або сідає в спеку) і чим крутіше поворот, тим більше доводиться робити цей кут. І якщо необережний пілот переходить певну межу, то підйомна сила впирається в стелю і стає недостатньою для утримання літака в повітрі. Додає проблем і опір повітря, що збільшився, що веде до втрати швидкості і подальшого зниження підйомної сили. А внаслідок цього літак починає падати — «звалюється». Принагідно можуть виникнути проблеми з управлінням через те, що підйомна сила перерозподіляється по крилу і починає намагатися «повернути» літак або керуючі поверхні опиняються в області зірваного потоку і перестають генерувати достатнє зусилля, що управляє. А у крутому повороті, приміром, потік може зірвати лише з одного крила, внаслідок чого літак почне не просто втрачати висоту, а й обертатися – увійде до штопора. Поєднання цих факторів залишається однією з найчастіших причин авіакатастроф.З іншого боку, деякі сучасні бойові літаки спеціально проектуються таким спеціальним чином, щоб зберігати керованість у таких закритих режимах атаки. Це дозволяє подібним винищувачам за необхідності різко гальмувати у повітрі. Іноді це використовується для гальмування в прямолінійному польоті, але частіше затребуване у віражах, оскільки менше швидкість, тим менше при інших рівних радіус повороту літака. І так-так, Ви вгадали — саме це та «надманевреність», якою заслужено пишаються фахівці, які проектували аеродинаміку вітчизняних винищувачів 4 і 5 поколінь.

Однак ми поки що так і не відповіли на основне питання: звідки, власне, виникають області підвищеного і зниженого тиску навколо крила в потоці повітря, що набігає? Адже обидва явища («прилипання потоку до крила» та «над крилом повітря рухається швидше»), якими можна пояснити політ, є наслідком певного розподілу тисків навколо крила, а чи не його причиною. Але чому формується саме така картина тиску, а не якась інша?

На жаль, відповідь на це питання неминуче вимагає залучення математики. Уявімо, що наше крило є нескінченно довгим і однаковим по всій довжині, так що рух повітря навколо нього можна моделювати в двовимірному зрізі. І давайте припустимо, для початку, що в ролі нашого крила виступає нескінченно довгий циліндр у потоці ідеальної рідини. В силу нескінченності циліндра таку задачу можна звести до розгляду обтікання кола у площині потоком ідеальної рідини.Для настільки тривіального та ідеалізованого випадку існує точне аналітичне рішення, що передбачає, що при нерухомому циліндрі загальний вплив рідини на циліндр буде нульовим.

А тепер розглянемо якесь хитре перетворення площини на себе, яке математики називають конформним відображенням. Виявляється, можна підібрати таке перетворення, яке з одного боку зберігає рівняння руху потоку рідини, а з іншого трансформує коло у фігуру, що має схожий на крило профіль. Тоді трансформовані тим самим перетворенням лінії струму рідини для циліндра стають рішенням для струму рідини навколо нашого імпровізованого крила.

Наше вихідне коло в потоці ідеальної рідини має дві точки, в яких лінії струму стикаються з поверхнею кола, а отже ті ж дві точки будуть існувати і на поверхні профілю після застосування до циліндра перетворення. І в залежності від повороту потоку щодо вихідного циліндра («кута атаки») вони розташовуватимуться в різних місцях поверхні сформованого «крила». І майже завжди це означатиме, що частина ліній струму рідини навколо профілю повинна буде огинати задню, гостру кромку крила, як показано на малюнку вище.

Це потенційно можливе для ідеальної рідини. Але не для справжньої.

Наявність у реальній рідині або газі навіть невеликого тертя (в'язкості) призводить до того, що потік подібний до зображеного на картинці негайно порушується — верхній потік зрушуватиме точку, де лінія струму стикається з поверхнею крила доти, доки вона не виявиться строго на задній кромці крила. (постулат Жуковського-Чаплигіна, він же аеродинамічна умова Кути).І якщо перетворити «крило» назад в «циліндр», то лінії струму, що зрушилися, виявляться приблизно такими:

Але якщо в'язкість рідини (або газу) дуже мала, то рішення, що вийшло подібним шляхом, повинно підходити і для циліндра. І виявляється, що таке рішення справді можна знайти, якщо припустити, що циліндр обертається. Тобто фізичні обмеження, пов'язані з перетіканням рідини навколо задньої кромки крила призводять, до того, що рух рідини з усіх можливих рішень буде прагнути прийти до одного конкретного рішення, в якому частина потоку рідини обертається навколо еквівалентного циліндра, відриваючись від нього в певній точці . А оскільки циліндр, що обертається, в потоці рідини створює підйомну силу, то її створює і відповідне крило. Компонент руху потоку, що відповідає цій «швидкості обертання циліндра» називається циркуляцією потоку навколо крила, а теорема Жуковського говорить про те, що аналогічну характеристику можна узагальнити для довільного крила, і дозволяє кількісно розраховувати підйомну силу крила на її основі. У рамках цієї теорії підйомна сила крила забезпечується за рахунок циркуляції повітря навколо крила, яка породжується і підтримується у крила, що рухається зазначеними вище силами тертя, що виключають перетік повітря навколо його гострої задньої кромки.

Дивний результат, чи не так?

Описана теорія звичайно сильно ідеалізована (нескінченно довге однорідне крило, ідеальний однорідний потік газу/рідини без тертя навколо крила), але дає досить точне наближення для реальних крил і звичайного повітря.Тільки не сприймайте у її рамках циркуляцію як свідчення того, що повітря справді обертається навколо крила. Циркуляція - це просто число, що показує, наскільки повинен відрізнятися по швидкості потік на верхній і нижній кромках крила, щоб рішення рухів потоку рідини забезпечило відрив ліній струму строго на задній кромці крила. Не варто також сприймати «принцип гострої задньої кромки крила» як необхідну умову для виникнення підйомної сили: послідовність міркувань натомість звучить як «якщо у крила гостра задня кромка, то підйомна сила формується так».

Спробуємо підсумувати. Взаємодія повітря з крилом формує навколо крила області високого та низького тиску, які викривляють повітряний потік так, що він огинає крило. Гостра задня кромка крила призводить до того, що в ідеальному потоці з усіх потенційних рішень рівнянь руху реалізується тільки одне конкретне, що виключає перетікання повітря навколо гострої задньої кромки. Це рішення залежить від кута атаки і у звичайного крила має область зниженого тиску над крилом та область підвищеного тиску – під ним. Відповідна різниця тисків формує підйомну силу крила, змушує повітря рухатися швидше над верхньою кромкою крила та уповільнює повітря під нижньою. Кількісно підйомну силу зручно описувати чисельно через цю різницю швидкостей над крилом та під ним у вигляді характеристики, що називається «циркуляцією» потоку. При цьому відповідно до третього закону Ньютона підіймальна сила, що діє на крило, означає, що крило відхиляє вниз частину набігаючого повітряного потоку — для того, щоб літак міг летіти, частина навколишнього повітря повинна безперервно рухатися вниз.Спираючись на цей потік повітря літак, що рухається вниз, і «летить».

Просте пояснення з «повітрям, якому потрібно пройти довшу дорогу над крилом, ніж під ним» — неправильно.

Чому пасажирські літаки літають на такій великій висоті?

Висота, на якій у польоті перебуває більшість пасажирських літаків – 10-12 км. Тому із землі їх видно лише як маленьку точку в небі, за якою тягнеться пухнастий інверсійний слід. Але чому вони літають так високо? Чи є у цьому необхідність?

Перша причина – економічна. Літак летить, завдяки підйомній силі, що створюється повітрям, що розсікається ним. Але це повітря і заважає польоту, створюючи зустрічний опір. Очевидно, що чим більший зустрічний опір, тим потужнішими повинні працювати двигуни для продовження польоту і тим більшою буде витрата палива. Чим вище, тим повітря більш розріджене і тим менше його опір (хоч і потроху втрачається підйомна сила), тому і палива витрачається набагато менше. Наприклад, на висоті 10 км при однакових швидкостях літак буде витрачати на 80% менше палива, ніж якби він летів на висоті 1 км. Але чому не можна тоді літати на більших висотах? Тому що там повітря вже занадто мало і його стане недостатньо для створення потрібної підйомної сили, роботи реактивних двигунів і, до того ж, доведеться летіти ще більшою швидкістю (на що конструкція літака просто не розрахована).

Друга причина – безпека. Адже на такій висоті мінімальна кількість птахів, грозових хмар і немає таких різких поривів вітру, які бувають на землі. Така висота дає пілотам більший запас часу для реагування на позаштатні ситуації. Третя причина – охолодження двигунів. На висоті 10 км температура за бортом -50 °C! При такій температурі двигуни отримують необхідне відведення тепла, що відповідає їх навантаженню і не перегріваються. І, нарешті, четверта причина - на такій висоті відкривається чудовий вигляд! :)