Kodėl vienų lėktuvų sparnai yra lenkti aukštyn, kitų – žemyn?

Praktiškai visų lėktuvų, kuriais esate keliavę, sparnai yra šiek tiek palenkti į viršų. Sparnai prie fiuzeliažo yra pritvirtintas kampu ir tarsi sudaro didelę plokščią raidę V. Tiesa, daug didelių krovininių lėktuvų ir naikintuvų turi žemyn palenktus sparnus (Ʌ). Kodėl kai kurių lėktuvų sparnai yra palenkti aukštyn, o kitų – žemyn?

Šią temą Nodum.lt pasiūlė skaitytojas. Jei technika ir daiktai jums kelia įvairių klausimų, galite svetainei siūlyti temas Nodum.lt Facebook puslapyje arba elektroniniu paštu info@nodum.lt.

Gali būti, kad net nesate pastebėję, kad Boeing 737 ar Airbus A320 sparnai yra lenkti į viršų. Žinoma, sparno galą dažnai puošia į viršų riestas vingletas, bet visas sparnas yra sumontuotas kampu. Štai kaip tai atrodo:

Aukštyn palenkti sparnai, sudarantys plokščią raidę V, komercinėje aviacijoje yra dažniausi. Tokią sparnų konfigūraciją turi ir tokie milžinai kaip Airbus A380 ir Boeing 747, ir mažesni lėktuvai kaip Airbus A320 ir Embraer E190.

Tačiau yra ir lėktuvų, kurių sparnai yra palenkti žemyn – tarsi apversta raidė V (sakykime, Ʌ). Pavyzdžiui, per Rusijos invaziją į Ukrainą sunaikintas Antonov An-225 Mriya turi tokius sparnus. Tai yra aukštasparnis lėktuvas, o paminėti anksčiau yra žemasparniai. Bet yra ir žemasparnių lėktuvų su žemyn lenktais sparnais.

Kai kurie sovietiniai keleiviniai lėktuvai, tokie kaip stiklinę nosį turintis Tu-134, yra žemasparniai ir turi žemyn lenktus sparnus. Reaktyviniai naikintuvai, beje, dažnai taip pat turi šiek tiek žemyn palenktus sparnus.

Kodėl daugumos lėktuvų sparnai yra lenkti į viršų?

Norint atsakyti išsamiai, reikėtų parašyti ilgą darbą apie aerodinamikos pagrindus ir sparno veikimą. Bet jei trumpai, į viršų lenkti sparnai gerina lėktuvo aerodinaminį stabilumą. Labai stabilus lėktuvas tarsi pats nori skristi tiesiai, nepasviręs. Paleistas automobilio vairas pats išsitiesina, motociklai nori stovėti ant savo dviejų ratų, o stabilus lėktuvas net ir po vėjo gūsio pats grįžta į neutralią padėtį – skrenda tiesiai ir gražiai.

Skrendantį lėktuvą veikia kelios jėgos, bet šiuo atveju mums svarbiausios dvi – keliamoji jėga, kurią generuoja keliantys paviršiai (sparnai, uodega), ir Žemės trauka, kuri visada veikia tiesiai žemyn. Tuo tarpu keliamoji jėga veikia statmenai sparno paviršiui – tai labai primityvus, bet šiuo atveju tinkantis paaiškinimas. Jei sparnas yra pakreiptas, keliamoji jėga irgi veikia kampu, o ne tiesiai į viršų. Lėktuvui verčiantis ant šono, atliekant posūkį, keliamosios jėgos kryptis irgi keičiasi – ji visada seka sparną.

Boeing 737 sparnai yra per 6 laipsnius palenkti į viršų, todėl ir keliamoji jėga aukštyn juos tempia tokiu kampu. Dešinysis sparnas tempia 6 laipsniais į kairę, kairys – 6 laipsniais į dešinę. Kadangi Žemės trauka visada veikia tiesiai žemyn, efektyviausiai jai priešinasi tiesūs sparnai – skrendant tiesiai, jų keliamoji jėga savo kryptimi yra visiškai priešinga gravitacijai. Tai kodėl daugelio lėktuvų sparnai yra palenkti į viršų?

Tiesūs sparnai stabilumo požiūriu nėra idealūs. Kai vėjo gūsis šiek tiek paverčia tiesius sparnus turintį lėktuvą ant šono, keliamoji jėga pradeda jį tempti į pasvirimo pusę. Vaizdžiai tariant, lėktuvas gali pradėti slysti ar verstis vis labiau. Tokiu atveju, kad neįvyktų nukrypimas nuo kurso ar kas nors rimčiau, gali būti reikalingas piloto ar autopiloto įsikišimas.

Jei tas pats vėjo gūsis staiga paverčia Boeing 737 ar kitą lėktuvą su į viršų lenktais sparnais, jis ne tik nepradeda verstis ant šono, bet dar ir išsitiesia į neutralią padėtį be jokio piloto ar autopiloto įsikišimo. Tai yra, į viršų lenkti sparnai šiuo atžvilgiu suteikia stabilumo. Taip yra dėl to, kad lėktuvui pakrypus vienas iš jo sparnų atsiduria žemei lygiagrečioje padėtyje. Jo kuriama keliamoji jėga tuomet veikia tiesiogiai prieš žemės trauką ir jis timpteli lėktuvą atgal į neutralią padėtį. Taigi, daugelis lėktuvų turi aukštyn lenktus sparnus, nes jie suteikia aerodinaminio stabilumo prieš šoninius vėjus.

Beje, dėl tos pačios priežasties aukštyn lenkti būna ne tik sparnai, bet ir horizontalūs uodegos stabilizatoriai – juk tai taip pat yra keliantys paviršiai. Kita vertus, sparnus kilstelti aukštyn gali tekti ir dėl lėktuvo konstrukcijos. Pavyzdžiui, kitaip po jais gali netilpti varikliai.

Lieka vienas klausimas – kodėl kai kurių lėktuvų sparnai yra lenkti žemyn? Nors aukštyn lenkti sparnai suteikia stabilumo, tai nėra absoliučiai būtina. Dauguma mažųjų lėktuvų turi visiškai tiesius sparnus, kuriuos lengviau pagaminti, ir skraido be didesnių bėdų. Inžinieriai taip pat atsižvelgia į kitas lėktuvo konstrukcijos ir aerodinamines charakteristikas, aptarnavimo ir degalų papildymo patogumą ir kitus faktorius. Sparnų palenkimas aukštyn nėra vienintelis būdas stabilumui užtikrinti. Stabilumas priklauso ir nuo variklių ir sparnų padėties fiuzeliažo atžvilgiu, svorio centro, uodegos formos. Kartais stabilumas net nėra pageidautinas.

Ar žinote, kad F-16 ir daug kitų reaktyvinių naikintuvų tyčia buvo sukurti taip, kad būtų aerodinamiškai nestabilūs? Tai palengvina manevravimą – lėktuvas noriau verčiasi ant šono. Ypatingai sunkiems lėktuvams tai irgi gali būti privalumas. Dėl savo masės jie nėra labai manevringi bet žemyn pakreipti sparnai padeda pasisukti ir atlikti aštresnį posūkį. Vėjo gūsiai tokiems sunkiems lėktuvams ir taip nėra baisūs. Be to, aukštasparnio lėktuvo fiuzeliažas yra tarsi pakabintas ant sparnų – žemyn lenkti sparnai gali būti tvirtesni ar standesni, o ir vietos varikliams po jais tikrai pakanka.