Οπισθόκλιση πτέρυγας

Η οπισθόκλιση πτέρυγας (sweep angle) ορίζεται ως η γωνία που σχηματίζει η πτέρυγα με τον εγκάρσιο άξονα του αεροσκάφους. Πτέρυγες χωρίς οπισθόκλιση εκτείνονται κάθετα προς τον διαμήκη άξονα του αεροσκάφους, ενώ πτέρυγες με θετική οπισθόκλιση εμφανίζουν το σχήμα βέλους. Συγκεκριμμένα, η οπισθόκλιση $\Lambda _{LE}$ (Leading Edge sweep) υπολογίζεται κατά μήκος του χείλους προσβολής της πτέρυγας, ενώ αντίστοιχα η οπισθόκλιση $\Lambda _{TE}$ (Trailing Edge sweep) περιγράφει την γωνία που σχηματίζει το χείλος εκφυγής με τον εγκάρσιο άξονα του αεροσκάφους. Ενδιάμεσα ορίζονται και άλλες γωνίες, η συνηθέστερη των οποίων είναι η η $\Lambda _{25}$: σχηματίζεται από την νοητή γραμμή που ενώνει το ακροπτερύγιο με την ρίζα κατά μήκος του ενός τετάρτου της χορδής αυτών.

Εμφανής οπισθόκλιση σε Boeing 787

Πτέρυγες χωρίς οπισθόκλιση σε ένα Piaggio P1.80

Αεροδυναμικά χαρακτηριστικά

Οπισθέλκουσα κύματος

Σε πτέρυγες προσδίδεται οπισθόκλιση κατά κύριο λόγο προς μείωση της οπισθέλκουσας κύματος, μια μορφή οπισθέλκουσας η οποία παρουσιάζεται κατά την διάρκεια της πτήσης σε υψηλές ταχύτητες, όταν η ο ροή του αέρα παύει να είναι ασυμπίεστη. Συγκεκριμμένα, όταν το αεροσκάφος πλησιάζει ταχύτητες της τάξης του Mach $\approx 0.7...0.8$ αρχίζουν να αναπτύσσονται θύλακες υπερηχητικής ροής σε ορισμένα σημεία της πτέρυγας, οι οποίοι αυξάνουν σημαντικά την οπισθέλκουσα. Σε αυτήν την κατάσταση το αεροσκάφος δεν βρίσκεται πια στην υποηχητική πτήση, αλλά στην λεγόμενη διηχητική. Ανάλογα με τον τύπο και την μορφή του αεροσκάφους, ο αριθμός Mach όπου εμφανίζεται αυτό το φαινόμενο μπορεί να είναι και μικρότερος ή μεγαλύτερος. Με την οπισθόκλιση η εμφάνιση των υπερηχητικών περιοχών καθυστερείται, με αποτέλεσμα να μπορεί να επιτευχθεί υποηχητική πτήση σε σχετικά υψηλές ταχύτητες.

Διαμήκης σταθερότητα

Μια άλλη συνέπεια της οπισθόκλισης είναι η μετατόπιση του αεροδυναμικού κέντρου των πτερύγων προς τα όπισθεν, καθώς η επιφάνεια που παράγει άντωση βρίσκεται σε πιο μεγάλη απόσταση από το ρύγχος του αεροσκάφος. Αυτή η ιδιότητα έχει άμεση επίδραση στην σταθερότητα του αεροσκάφους και πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τον σχεδιασμό.

Απώλεια στήριξης

Με αύξηση της γωνία πρόσπτωσης του αεροσκάφους αυξάνεται και ο συντελεστής άντωσης που δημιουργεί η πτέρυγα. Όταν η τοπική γωνία πρόσπτωσης υπερβεί όμως ένα όριο (περίπου 10°-15°) τότε το οριακό στρώμα γύρω από την αεροτομή αρχίζει να αποκολλάται. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται απώλεια στήριξης, καθώς από αυτό το σημείο και έπειτα ο συντελεστής άντωσης μειώνεται απότομα. Η αποκόλληση του οριακού στρώματος δεν συμβαίνει ταυτόχρονα κατά μήκος ολόκληρης της πτέρυγας, αλλά αρχίζει είτε στο ακροπτερύγιο είτε στην ρίζα, ανάλογα με τον τύπο αεροτομής, την εκλέπτυνση της πτέρυγας, την οπισθόκλιση, καθώς και την συστροφή της πτέρυγας. Σε κάθε περίπτωση, με την αρχή της τοπικής απώλειας στήριξης, το αεροδυναμικό κέντρο μετατοπίζεται στον εγκάρσιο άξονα του αεροσκάφους. Λόγω της οπισθόκλισης μετατοπίζεται και στον διαμήκη άξονα του αεροσκάφους. Κατά συνέπεια παράγεται μια ροπή που μπορεί να δημιουργίσει την τάση για επιπλέον αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης, κάτι που μπορεί να οδηγήσει τελικά στην οριστική αποκόλληση και στην περιδήνηση.

Οπισθέλκουσα τριβής

Σε γενικές γραμμές, στρωτή ροή πάνω από την πτέρυγα προτιμάται από την τυρβώδης ροή, καθώς η πρώτη παράγει λιγότερη οπισθέλκουσα τριβής. Η διατήρηση στρωτής ροής σε υψηλές ταχύτητες προϋποθέτει την χρήση κατάλληλων αεροτομών και την συχνή πλύση των πτερύγων. Ακόμα και τότε όμως, η στρωτή ροή είναι ευαίσθητη σε διαταραχές και μετατρέπεται εύκολα σε τυρβώδη ροή. Σε πτέρυγες με οπισθόκλιση, η ροή του αέρα αναλύεται σε δύο συνιστώσες, μία κάθετη στο χείλος προσβολής και μία παράλληλα πρός αυτό και με κατεύθυνση προς τα ακροπτερύγια. Αυτή η συνιστώσα εποδίζει την ανάπτυξη στρωτής ροής. Για αυτόν τον λόγο αεροσκάφη που σχεδιάζονται για συνθήκες στρωτής ροής (π.x. Piaggio Avanti) έχουν ευθείες πτέρυγες χωρίς οπισθόκλιση.

Δομικά χαρακτηριστικά

Με την μετατόπιση του αεροδυναμικού κέντρου των πτερύγων προς τα όπισθεν, όπως εξηγήθηκε στην παραπάνω παράγραφο, η δομή της πτέρυγας υποβάλλεται και σε στρεπτική φόρτιση, η οποία έρχεται να προστεθεί στην ήδη υπάρχουσα καμπτική φόρτιση. Για αυτόν τον λόγο η περιοχή της ρίζας πρέπει να ενισχυθεί δομικά προκειμένουν να μπορέσει να ανισταθμιστεί η επιπλέον καταπόνηση.

Μεταβλητή οπισθόκλιση

Ορισμένα αεροσκάφη υψηλών επιδόσεων έχουν την ιδιότητα να μεταβάλλουν την οπισθόκλιση της πτέρυγας κατά την διάρκεια της πτήσης. Με αυτόν τον τρόπο, προσαρμόζουν την γεωμετρική κάτοψη της πτέρυγας στην εκάστοτε φάση, π.χ. προσγείωση, αναρρίχηση. Αξιοσημείωτα παραδείγματα για αυτού του τύπου αεροσκάφη αποτελούν το Grumman F-14 Tomcat, το Tupolev TU-160 και το Dassault Mirage G.