Провис полотна - реальность и аэродинамика (Имитация тканевой обшивки на моделях)

Итак, начнем с самого простого – с азов аэродинамики
На рисунке 1 показан усредненный теоретический дозвуковой профиль крыла. Есть еще и сверхзвуковые профили, но мы-то понимаем, что перкалем такие крылья не обтягивают
Если мы начнем движение вперед, то профиль станет рассекать воздушный поток (хотя в аэродинамике при расчетах принято считать, что воздух набегает на неподвижное крыло). После рассечения поток движется вдоль верхней и нижней плоскостей крыла и, в конце концов, соединяется снова за задней кромкой крыла. Чтобы всезнайки не упрекнули меня в некорректности повествования, оговорюсь: мы тут рассматриваем ламинарный режим обтекания, то есть – без срыва потока, и не рассматриваем большие углы атаки крыла.

Так вот, так как кривизна верхней плоскости крыла больше, чем нижней, то и скорость движения верхнего потока выше, чем нижнего. При этом сверху возникает зона пониженного давления и (вопреки мнению большинства здравомыслящих людей, не учивших аэродинамику) создается подъемная сила, приложенная к… верхней плоскости крыла. Эта сила тянет крыло вверх и как бы пытается оторвать обшивку от крыла на верхней плоскости, о чем мы далее вспомним при рассмотрении эффекта «провисания полотна» в полете.

Теперь непосредственно о полотне и его т.н. провисании. Так вот, мы с вами разобрались, что такое аэродинамический профиль крыла. Задается этот профиль при помощи силовых элементов, называемых нервюрами. Крыло, чтобы самолет летал, должно быть как можно легче. Следовательно, монолитным оно быть не должно. Крыло представляет собой эдакий «рыбий скелет» из лонжерона, нервюр, передней кромки и задней кромки (для простоты я не буду рассматривать механизацию крыла в виде предкрылков, закрылков, интерцепторов, элеронов и прочих элевонов).

Типовая конструкция

 Чтобы сохранить аэродинамический профиль на протяжении всего крыла этот каркас необходимо обшить каким-то легким и прочным материалом. Для этого еще на заре авиации начали использовать перкаль, ткань и фанеру. Поскольку мы ведем речь о провисании полотна, то ограничимся только упомянутыми материалами.

Для удобства, рассмотрим фрагмент крыла, обведенный овалом на рисунке 2, а также его поперечное сечение А-А. Итак, рисунок 3 показывает часть крыла между 2-мя нервюрами, где условно показаны векторы натяжения заштрихованного фрагмента ткани. Дело в том, что ткань или перкаль (далее буду говорить только о ткани, т.к. оба этих материала имеют похожие свойства) имеют сильное внутреннее натяжение. Это достигается при помощи специальных лаков и эмаллитов, которыми покрывают уже натянутую на крыло ткань. Если ткань будет провисать, то она не сможет поддерживать профиль крыла, что лишено изначального смысла.

Силы натяжения мы условно разобьем на 2 направления: продольное (синие стрелки) и поперечное (красные стрелки). Эти силы действуют вдоль полотна и стремятся спрямить натянутое на кривой профиль полотно. В этом-то и состоит пресловутое «провисание полотна». Итак, почему полотно провисает? Если с красной стрелкой все понятно: там между двумя нервюрами и должна быть прямая линия, то откуда взялось провисание? В этом виновата составляющая сил натяжения, обозначенных синей стрелкой, она действует внутрь крыла.

Для объяснения этого явления нарисуем рисунок 4 (поперечное сечение крыла между нервюрами А-А).

На этом рисунке сечение полотна (зеленая линия) отличается от профиля нервюры потому, что на него действуют «синие стрелки», т.е. продольная сила натяжения!

И если бы не действие составляющей от «красных стрелок», действующая наружу крыла, то эта линия сечения полотна была бы прямой. Именно поэтому, чем больше кривизна профиля крыла, тем сильнее провисание полотна! Именно поэтому на задней части профиля (от лонжерона до задней кромки) провисание полотна почти не заметно. И именно поэтому (чтоб выдержать аэродинамический профиль) почти на всех самолетах переднюю кромку крыла обшивают фанерой (а позднее – металлом), лишенной упомянутых недостатков полотна и лучше передающей кривизну профиля.

Вывод: провисание полотна тем больше, чем больше кривизна поперечного сечения крыла (профиля нервюры). Глубокого провисания полотна на участках с малой кривизной НЕ БЫВАЕТ!!! К сожалению, этого не понимают как многие моделисты, так и многие производители моделей, включая тех, кто делает мастер-модели (смотрим фото 5 с «невероятным» провисанием полотна и фото 6 с тем, как это выглядит в натуре).


И в заключении остановлюсь на том, как выглядит полотно в полете. Помните о том, что подъемная сила стремится оторвать обшивку с верхней плоскости крыла? Так вот, у большинства «тряпичных аэропланов» в полете обшивка на верхней плоскости «вспучивается» от действия подъемной силы, и «провисание» становится, как бы это сказать, «надуванием». Прилагаю фото крыла Ан-2 на земле
 
и в полете

, где хорошо виден эффект «вспучивания» обшивки в полете.

И еще об одном заблуждении. Иногда слишком грубо имитируются полоски перкали, закрывающие швы на обшивке. Конструкция швов обшивки примерно такая, как показано на рисунке 9 (это – сечение Б-Б с рис. 4).

Полотно пришивается к полке нервюры нитками, а шов заклеивается перкалевой лентой. Понятно, что при толщине ленты менее чем в 1мм она не должна быть показана на модели полосой толщиной в полтора миллиметра. А иногда такое случается даже в 72-м масштабе!

Лозунг: «Думайте, что делаете, понимая суть явления!»
Материал изложен несколько утрировано, но поясняет физику такого явления как «провисание полотна» на самолетах. Я лишь попытался помочь моделистам с правильной имитацией полотняной обшивки на моделях, и не претендую на истину в последней инстанции
С уважением, Александр В.