Аэродинамическая компоновка ЛА
Геометрические параметры обтекаемых тел
ЛТХ ЛА во многом обусловливаются его аэродинамической компоновкой (АК).
АК как процесс - это выбор схемы взаимного расположения и геометрических параметров основных частей ЛА, обтекаемых воздухом в процессе полета, увязка их между собой с целью получения таких аэродинамических характеристик ЛА (
, 
, 
и др.), которые позволили бы проектируемому ЛА выполнить поставленные задачи [2].
АК (аэродинамическое проектирование (АП)) ЛА тесно связана с проектированием конструкции, оптимизации параметров силовой установки (СУ) ЛА и т.д. Например, ЛА с убирающимся в полете шасси будет иметь меньшее лобовое сопротивление на основных режимах полета, чем ЛА с неубирающимся шасси. Однако вес ЛА с убирающимся шасси при прочих одинаковых условиях будет больше веса ЛА с неубирающимся шасси с учетом системы уборки, ниш для уборки шасси, более сложной конструкции стоек шасси. Это вызовет повышения мощности СУ, соответственно, повышения расхода топлива и т.д. И для легких нескоростных ЛА может оказаться более выгодным не убирающееся в полете шасси. Таким образом, при выборе форм, геометрических параметров частей легкого нескоростного ЛА приходится рассматривать как минимум два варианта возможных решений (ЛА с убирающимся и неубирающимся шасси), с учетом не только изменения аэродинамических характеристик, но и изменения веса ЛА, необходимой тяги двигателя и т.д.
Следовательно, АП является неотъемлемой частью проектирования ЛА в целом.
АК как результат АП – это облик ЛА, формы, размеры и расположение его обтекаемых частей.
Рассмотрим базовые геометрические параметры частей ЛА, обтекаемых потоком в полете.
Несущими частями ЛА называются обтекаемые потоком части ЛА, создающие подъемную силу и силы, обеспечивающие устойчивость движения и управляемость ЛА. В соответствии с рисунком 1.1 крыло 1, горизонтальное оперение (ГО) 2 и вертикальное оперение (ВО) 3 ЛА.
Ненесущими частями ЛА называются обтекаемые потоком части ЛА, доля подъемной силы которых сравнительно мала по сравнению с подъемной силой несущих частей. Это фюзеляж (корпус) 4 и мотогондолы 5 [2].
Рисунок 1.1 – Основные части ЛА
Геометрические параметры несущей поверхности (крыла)
Форма ГО и ВО ЛА характеризуется с теми же параметрами, что и форма крыла.
Форма крыла в плане возникает в следствии компромисса между требованиями аэродинамики, прочности, технологии и т.п. и описывается отрезками прямых, кривых (второго и более высоких порядков) или их комбинацией [3]. Формы крыльев ЛА, в соответствии с рисунком 1.1.1.1 (масштабы ЛА – разные).
Рисунок 1.1.1.1 – Различные формы в плане несущих поверхностей ЛА:
а - АНТ-5; б - По-2; г - Як-40; д - HFB-320 (ФРГ); е - К-2; ж - Ту-144; з - Ан-28; и - Ил-62
Крыльям, форма в плане которых ограничивается простыми кривыми второго порядка, иногда называют по названию подобающей кривой: "эллиптическое" (эллипсовидное) крыло в соответствии с рисунком 1.1.1, е, "параболическое крыло с прямой задней кромкой" в соответствии с рисунком 1.1.1.1, в.
Крыльям более сложных форм в плане иногда называют специальными названиями: "серповидное" (форма крыла походит на контуры серпа), "оживальное" ("готическое") в соответствии с рисунком 1.1.1.1, ж.
Для крыльев простых контуров в соответствии с рисунком 1.1.1.2 основными геометрическими параметрами являются параметры, представленные в соответствии с рисунком 1.1.1.3.
Рисунок 1.1.1.2 – Простые формы крыла в плане:
а – прямоугольное; б – трапециевидное; в – треугольное; г – стреловидное;
д – ромбовидное
Рисунок 1.1.1.3 – Основные геометрические параметры крыла
Хорда (от греч. chorde – струна) – длина отрезка линии, ограниченного носовой и хвостовой сечениями крыла вертикальной плоскостью в направлении полета [3]. Обычно концевая хорда крыла ЛА меньше корневой.
В практических расчетах по аэродинамике и динамике полета ЛА используют среднюю аэродинамическую хорду (САХ) крыла – 
[3]. Для крыла произвольной очертании САХ находится по формуле
где S – площадь крыла, м²;
l – размах крыла, м;
b – текущая хорда крыла, м.
Поперечный угол крыла 
, или угол поперечногоV крыла, описывает вид крыла спереди в соответствии с рисунком 1.1.1.4 [3]. Для современных ЛА значения угла лежат в пределах от -5° до +5°.
а б
Рисунок 1.1.1.4 – К пояснению угла поперечного V крыла: а - Ил-86; б - Ту-144
Сужение крыла η оценивает уровень трапециевидности крыла 
[3].
Для прямоугольного крыла в соответствии с рисунком 1.1.1.2, а 
, для треугольного в соответствии с рисунком 1.1.1.2, в и ромбовидного в соответствии с рисунком 1.1.1.2, д 
.
Удлинение крыла λ описывает отношение размаха к средней хорде и находится соотношением 
[3].
Условно различают крылья малого и большого удлинения. Крыло малого удлинения (
) – короткое, с относительно большими хордами, применяется на сверхзвуковых ЛА; крыло большого удлинения (
) – длинное, с относительно малыми хордами, применяется на дозвуковых пассажирских (транспортных) ЛА [3].
У крыла прямой стреловидности в соответствии с рисунком 1.1.1.1, и концевая хорда выведена назад по потоку относительно корневой хорды крыла. У крыла обратной стреловидности в соответствии с рисунком 1.1.1.1, д концевая хорда выведена вперед по потоку относительно корневой хорды крыла. У крыльев скоростных дозвуковых пассажирских ЛА угол стреловидности 
, у крыльев ЛА, летающих на сверхзвуковых скоростях, угол стреловидности по передней кромке 
[3].
Профиль несущей поверхности – это форма сечения крыла плоскостью, параллельной плоскости симметрии ЛА [3]. Профилировка сечения крыла характеризует характер обтекания несущей поверхности воздушным потоком, диапазоном скоростей и эпюрой давления. Следовательно, аэродинамические характеристики крыла во многом зависят от профиля.
Некоторые формы профилей представлены в соответствии с рисунком 1.1.1.5.
Рисунок 1.1.1.5 – Некоторые формы профилей
Помимо хорды b свойственным линейным размером профиля является его максимальная толщина с и положение максимальной толщины по хорде, а также максимальная вогнутость профиля ƒ (расстояние от хорды до средней линии – геометрического места точек середин толщин профиля) [3]. У симметричных профилей средняя линия совпадает с хордой. Обычно для характеристики профиля используются относительные величины:
· относительная толщина
;
· относительная кривизна
.
Профили одной серии (например, несимметричные двояковыпуклые) отличаются друг от друга значениями c и ƒ.
Относительная толщина современных профилей имеет очень широкий диапазон значений: 
– тонкие профили для крыльев сверхзвуковых ЛА; 
– профили средней толщины для скоростных дозвуковых ЛА; 
– толстые профили для нескоростных ЛА. Относительная кривизна современных профилей 
.
Сейчас большой интерес вызывает поиск формы профиля, обеспечивающий в диапазоне обтекания профиля наличие достаточно протяженной области с ламинарным течением потока в пограничном слое (ламинарные или ламинаризированные профили), что позволяет уменьшить лобовое сопротивление несущих поверхностей [3].
Суперкритический профиль, имеющий относительно плоское очертание верхней поверхности, позволяет повысить значение 
полета дозвукового ЛА, т.е. отсрочить эффект волнового кризиса и, повысив таким образом крейсерскую скорость, увеличить транспортную эффективность ЛА [3].
На усовершенствование аэродинамических характеристик несущей поверхности (крыла) обращены и такие конструктивные решения, как геометрическая или аэродинамическая крутка крыла или их комбинация.
Геометрическая крутка создается на крыле, поперечные сечения которого набраны из профилей одной серии (с постоянными по размаху крыла значениями c и ƒ), определённых на различные углы φ по размаху в соответствии с рисунком 1.1.1.6, так что поверхность, созданная хордами профилей, выявляется не плоской. Аэродинамическая крутка создается, когда вдоль размаха крыла на плоской срединной поверхности, созданной линиями хорд, в поперечных сечениях набраны профили различных серий (с переменными по размаху крыла значениями c и ƒ) [3].
Рисунок 1.1.1.6 – Геометрическая крутка крыла
Если крылья двух разных ЛА собраны из равных профилей (одной серии, 
и 
) и при этом равны их стреловидности по передней кромке и сужения (
; 
), то при соблюдении условия 
крылья аналогичны (конгруэнтны). Следовательно, удлинение λ описывает схожесть крыльев.
Если в дополнение к описываемым выше условиям геометрического подобия двух крыльев еще и 
, то крылья одинаковы.