Аэродинамическое качество

Аэродинами́ческое ка́чество летательного аппарата — отношение подъёмной силы к лобовому сопротивлению (или отношение их коэффициентов) в поточной системе координат при данном угле атаки.

Поляра первого рода (показана зелёным), демонстрирующая зависимость коэффициентов лобового сопротивления и подъёмной силы от угла атаки. Касательная (показана синим) указывает точку поляры, соответствующую максимальному качеству.

Определение

Аэродинамическое качество определяется следующим соотношением:

${\displaystyle K(\alpha )={\frac {C_{ya}(\alpha )}{C_{xa}(\alpha )}},}$

где

${\displaystyle \alpha }$ — угол атаки;

${\displaystyle C_{ya}}$ — коэффициент подъёмной силы;

${\displaystyle C_{xa}}$ — коэффициент лобового сопротивления.

Описание

Подъёмная сила представляет собой полезную составляющую аэродинамической силы, которая поддерживает летательный аппарат в воздухе. Лобовое сопротивление, напротив, приводит к дополнительному расходу энергии летательного аппарата и является вредной составляющей. Таким образом, их отношение позволяет характеризовать качество летательного аппарата. Большему аэродинамическому качеству соответствует большая подъёмная сила и (или) меньшее сопротивление движению^[1].

Максимальное значение аэродинамического качества для самолёта соответствует наивыгоднейшему углу атаки для осуществления планирования на максимальную дальность в спокойной атмосфере. Аэродинамическое совершенство самолёта определяется меньшим лобовым сопротивлением при данной подъёмной силе^[1].

На поляре, которая представляет собой объединённый график зависимости коэффициентов лобового сопротивления и подъёмной силы от угла атаки, аэродинамическое качество для каждого угла атаки является тангенсом угла наклона линии, соединяющей начало координат, с точкой поляры, соответствующей этому углу атаки.

В более простом представлении аэродинамическое качество можно расценивать как расстояние, которое может пролететь летательный аппарат с некоторой высоты в штиль с выключенным двигателем (если он вообще есть). Например, на планере качество обычно около 30, а на дельтаплане — 10). То есть с высоты в 1 километр спортивный планер сможет пролететь в идеальных условиях приблизительно 30 км, а дельтаплан — 10.

Аэродинамическое качество некоторых летательных аппаратов и птиц

Страна	Первый полёт	ЛА	k	Режим полёта	Тип
	1966	«Союз»	0,25—0,3	полёт в атмосфере	Спускаемый аппарат
	1968	«Аполлон»	0,368[2]	полёт в атмосфере	Спускаемый аппарат
	1981	Спейс Шаттл	1	на гиперзвуке	Многоразовый космический ЛА
	1988	«Буран»	1,3[3]	на гиперзвуке	Многоразовый космический ЛА
	1952	Ми-4	1,55[4]	на авторотации, 50 км/ч	Многоцелевой вертолёт
	1997	Вингсьют	2,5[5]		Костюм-крыло из ткани
	2010	HTV-2[англ.]	2,6[6]	на гиперзвуке	Экспериментальный гиперзвуковой планер
		Воробей	4		Птица семейства воробьиных
	1981	Локхид F-117 Найтхок	4[7]	макс.	Тактический малозаметный ударный самолёт
	1964	МиГ-25РБ	4,2[8]	сверхзвуковой полёт, М=1,5	Разведчик-бомбардировщик 3 поколения
	1969	Аэроспасьяль-BAC Конкорд	4,35	на посадке	Сверхзвуковой пассажирский самолёт
	1981	Спейс Шаттл	4,5	посадка	Многоразовый космический ЛА
	1952	Ми-4	5,0[4]	на авторотации, 120 км/ч	Многоцелевой вертолёт
	1988	«Буран»	5,6[3]	на дозвуковом режиме	Многоразовый космический ЛА
	1915	Фоккер E.III[англ.]	6,4[9]	макс.	Истребитель-моноплан ПМВ
	1902	Планёр Райт[англ.]	6,5	планирование	Ранний ЛА
	1915	Де Хевилленд DH.2	7,0[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ с толкающим винтом
	1917	Юнкерс D.I[англ.]	7,0[9]	макс.	Первый цельнометаллический истребитель-моноплан
	1969	Аэроспасьяль-BAC Конкорд	7,14	М=2	Сверхзвуковой пассажирский самолёт
	1917	SPAD S.XIII С.1	7,4[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ
	1917	Альбатрос D.III	7,5[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ
	1964	МиГ-25РБ	7,6[8]	макс., М<0,82	Разведчик-бомбардировщик 3 поколения
	1916	Сопвич Кэмел F.1	7,7[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ
	1917	Гота G.V[англ.]	7,7[9]	макс.	Тяжёлый бомбардировщик-биплан ПМВ
	1929	Дорнье Do X	7,7[9]	макс.	Тяжёлая летающая лодка 1930-х годов
	1916	Ньюпор 17	7,9[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ
	1917	Фоккер Dr.I	8,0[9]	макс.	Истребитель-триплан ПМВ
	1918	Фоккер D.VII	8,1[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ
	1918	Фоккер D.VIII[англ.]	8,1[9]	макс.	Истребитель-моноплан-парасоль ПМВ
	1916	Airco DH.4	8,1[9]	макс.	Лёгкий бомбардировщик-биплан ПМВ
	1917	Капрони Ca.42[англ.]	8,2[9]	макс.	Тяжёлый бомбардировщик-триплан ПМВ
	1912	Ройал Эйркрафт Фэктори B.E.2c	8,2[9]	макс.	Биплан ПМВ
	1932	Боинг P-26 Пишутер	8,3[9]	макс.	Истребитель 1930-х годов
	1958	МакДоннелл Дуглас F-4E Фантом II	8,58[9]	макс.	Палубный истребитель третьего поколения
	1917	Сопвич 5F.1 Долфин	9,2[9]	макс.	Истребитель-биплан ПМВ
	1954	Локхид F-104G Старфайтер	9,2[9]	макс.	Реактивный истребитель второго поколения
	1970	Су-24	9,5[10]	макс.,М<1	Фронтовой бомбардировщик с изменяемой стреловидностью крыла
	1915	Хендли Пейдж O/400[англ.]	9,7[9]	макс.	Бомбардировщик-биплан ПМВ
		Серебристая чайка	10		Морская птица семейства чайковых
	1947	Ан-2	10[11]	макс.	Биплан общего назначения
	1959	Нортроп F-5E Тайгер II	10[9]	макс.	Лёгкий реактивный истребитель
	1968	Аэро L-39 Альбатрос	10[12]	планирование	Реактивный учебно-боевой самолет
	1972	МакДоннелл Дуглас F-15 Игл	10[13]	М=0,9	Многоцелевой истребитель 4 поколения
	1917	Юнкерс J.I[англ.]	10,3[9]	макс.	Цельнометаллический штурмовик ПМВ
	1955	Репаблик F-105D Тандерчиф	10,4[9]	макс.	Реактивный истребитель-бомбардировщик
	1977	МиГ-29	10,4[14]	макс., М=0,75	Фронтовой истребитель 4 поколения
	1956	Конвэйр B-58A Хастлер	11,3[9]	макс. (без подвески)	Дальний сверхзвуковой бомбардировщик
	1955	Сессна-172	11,6[9]	макс.	Самый массовый самолёт общего назначения
	1977	Су-27	11,6[13]	макс.	Тяжелый истребитель 4 поколения
	1935	Северский P-35	11,8[9]	макс.	Истребитель 1930-х годов
	1983	Боинг 767—233 (Планёр Гимли)	~12	планирование	Широкофюзеляжный пассажирский самолёт
	1940	Мартин B-26F Мародер	12,0[9]	макс.	Средний бомбардировщик ВМВ
	1925	Супермарин S.4	12,1[9]	макс.	Гоночный самолёт
	1956	Конвэйр F-106A Дельта Дарт	12,1[9]	макс.	Сверхзвуковой истребитель-бесхвостка
	1967	МиГ-23МЛ	12,1[15]	макс., М<1	Истребитель 3 поколения
	1942	Грумман F6F-3 Хеллкэт	12,2[9]	макс.	Палубный истребитель ВМВ
	1940	Кёртис SB2C-1 Хеллдайвер	12,4[9]	макс.	Палубный пикирующий бомбардировщик ВМВ
	1935	Боинг B-17G Флаинг Фортресс	12,7[9]	макс.	Дальний бомбардировщик ВМВ
	1955	Воут F-8H Крусэйдер	12,8[9]	макс.	Палубный сверхзвуковой истребитель
	1939	Консолидейтед B-24J Либерейтор	12,9[9]	макс.	Дальний бомбардировщик ВМВ
	1939	Локхид P-38L Лайтнинг	13,5[9]	макс.	Тяжёлый истребитель ВМВ
	1953	Норт Америкэн F-100D Супер Сэйбр	13,9[9]	макс.	Первый сверхзвуковой истребитель
	1952	Ту-16	~14[16]	макс.	Дальний реактивный бомбардировщик
	1949	Бе-6	14,4[17]	макс.	Патрульный гидросамолёт
	1963	Ил-62М	14,5[18]	макс.	Узкофюзеляжный пассажирский самолёт
	1940	Норт Америкэн P-51D Мустанг	14,6[9]	макс.	Основной истребитель США во ВМВ
	1935	Дуглас DC-3	14,7[9]	макс.	Самый массовый пассажирский/транспортный самолёт
	1936	Пе-8	14,8[17]	макс.	Дальний бомбардировщик ВМВ
	1967	Боинг 737	15	макс.	Узкофюзеляжный пассажирский самолёт
	1975	Як-42	15[19]	макс. (при малых М)	Региональный пассажирский самолёт
	1953	Мартин B-57B Канберра	15[9]	макс.	Средний реактивный бомбардировщик
	1947	Норт Америкэн F-86E Сейбр	15,1[9]	макс.	Реактивный истребитель первого поколения
	1960	Грумман A-6E Интрудер	15,2[9]	макс.	Палубный реактивный бомбардировщик
	1957	Ан-12	15,3[20]	макс.	Тяжёлый военно-транспортный самолёт
	1971	Ил-76Т	15,5[21]	макс.	Военно-транспортный самолёт
	1966	Як-40	15,5[22]	макс.	Региональный пассажирский самолёт
	1964	Дженерал Дайнемикс F-111D	15,8[9]	макс.	Тактический бомбардировщик с изменяемой геометрией крыла
	1943	Локхид L.1049G Супер Констелэйшен	16,0[9]	макс.	Дальний пассажирский самолёт
	1947	Норт Америкэн B-45C Торнадо	16,3[9]	макс.	Средний реактивный бомбардировщик
	1957	Ил-18	16,3[23]	макс.	Дальний пассажирский самолёт
	1968	Ту-154М	16,5[24]	макс.	Узкофюзеляжный пассажирский самолёт
	2003	Aeros Combat L	16,7	макс.	Безмачтовый дельтаплан
	1942	Боинг B-29 Суперфортресс	16,8[9]	макс.	Дальний бомбардировщик ВМВ
	1969	Боинг 747	17	макс.	Широкофюзеляжный пассажирский самолёт
	1952	Авро Вулкан	17[16]	макс.	Стратегический бомбардировщик
	1959	Ан-24	17,2[25]	макс.	Узкофюзеляжный пассажирский самолёт
	-	Т-4МС	17,5	расчётное	Проект стратегического бомбардировщика
	1976	Ил-86	17,5[26]	макс.	Широкофюзеляжный пассажирский самолёт
	1944	Локхид F-80A Шутинг Стар	17,7[9]	макс.	Первый серийный реактивный истребитель США
	1989	Ту-204	18[27]	макс.	Узкофюзеляжный пассажирский самолёт
	1982	Ан-124 Руслан	18	макс.	Тяжёлый дальний транспортный самолёт
	1956	3М	18,5[16]	макс.	Стратегический бомбардировщик
	1963	Ту-134А	~18,5[28]	макс. (при малых М)	Ближнемагистральный пассажирский самолёт
	1974	Рокуэлл B-1 Лансер	>19[16]	макс.	Стратегический бомбардировщик с изменяемой геометрией крыла
	1988	Ан-225	19	макс.	Сверхтяжёлый дальний транспортный самолёт
	1981	Ту-160	>19[16]	макс.	Стратегический бомбардировщик с изменяемой геометрией крыла
		Альбатрос	20		Морская птица отряда буревестникообразных
	1947	Боинг B-47E Стратоджет	20[9]	макс.	Стратегический дозвуковой бомбардировщик
	1952	Боинг B-52G Стратофортресс	21,5[9]	макс. расчёт.	Стратегический дозвуковой бомбардировщик
	1984	Рутан Эйркрафт Вояджер	27[29]	макс.	Экспериментальный самолёт для рекордных полётов
	1935	Гёппинген Gö 3	28	при 72 км/ч	Планер
	1967	Локхид U-2	~28	крейсерск.	Стратегический дозвуковой разведчик
	1956	LET L-13 Бланик	28,5	при 85 км/ч	Самый массовый планер
	1982	М-17	~30[30]	планирование	Высотный самолёт
	1988	М-55	~30[31]	планирование	Высотный самолёт
	2005	Вёрджин Атлантик Глобал Флаер	37[29]	макс.	Экспериментальный самолёт для рекордных полётов
	1993	Schleicher ASH 26	50	макс. (при 85 км/ч)	Серийный планер.
	2005	Schleicher ASG 29-18m	52	макс.	Серийный планер.
	1986	Schleicher ASH 25	57	макс.	Двухместный серийный планер.
Страна	Первый полёт	ЛА	k	Режим полёта	Тип

Примечания

1. Аронин Г.С. Практическая аэродинамика. — М.: Военное издательство Министерства обороны, 1962, с. 68–75.
2. Hillje, Ernest R., "Entry Aerodynamics at Lunar Return Conditions Obtained from the Flight of Apollo 4 (AS-501)," Архивная копия от 16 сентября 2020 на Wayback Machine NASA TN D-5399, (1969).
3. Аэродинамическая компоновка ОК Буран.  (неопр.) Дата обращения: 7 марта 2010. Архивировано 20 сентября 2013 года.
4. Справочник авиационного инженера / Под ред. В. Г. Александрова. М.: Транспорт, 1973. С. 83.
5. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 1 сентября 2011. Архивировано 25 апреля 2011 года. Список чемпионов дерби-гонок 2009 (вингсьюты, 90 секунд) (недоступная ссылка с 05-05-2016 [3144 дня])
6. Гиперзвуковое ракетное планирующее оружие - Наука и всеобщая безопасность  (неопр.). Дата обращения: 5 мая 2016. Архивировано 16 апреля 2016 года.
7. F-117 Nighthawk. Энциклопедия «Уголок неба».  (неопр.) Дата обращения: 9 марта 2010. Архивировано 16 июля 2010 года.
8. Практическая аэродинамика самолёта МиГ-25РБ. — М.: Военное издательство МО СССР, 1978. — 320 с. — (Учебное пособие).
9. Loftin L. K., Jr., 1985.
10. Практическая аэродинамика самолёта Су-24. — М.: ВВИА им. Жуковского. — 318 с. — (Учебное пособие).
11. Шифрин М. Н. Практическая аэродинамика самолёта Ан-2. — 2-е издание, переработанное. — М.: «Транспорт», 1972. — 200 с. — 16 000 экз.
12. Самолет Л-39. Руководство по летной эксплуатации. — М.: Военное издательство МО СССР, 1988. — 334 с.
13. F-15A/B Eagle. Энциклопедия «Уголок неба».  (неопр.) Дата обращения: 7 марта 2010. Архивировано 13 октября 2011 года.
14. Практическая аэродинамика самолёта МиГ-29. — М.: ВВИА им. Жуковского. — 316 с. — (Учебное пособие).
15. Практическая аэродинамика самолётов МиГ-23МЛ и МиГ-23УБ. — М.: ВВИА им. Жуковского. — 368 с. — (Учебное пособие).
16. 3М. Энциклопедия «Уголок неба».  (неопр.) Дата обращения: 7 марта 2010. Архивировано 16 марта 2010 года.
17. Шавров, 1994.
18. Ю.Н. Стариков. Практическая аэродинамика самолёта Ил-62М. — Ульяновск: Центр ГА СЭВ, 1989. — 72 с.
19. В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Як-42. — М.: «Транспорт», 1989. — 190 с. — ISBN 5-277-00510-2.
20. И. М. Варуха, В. Д. Бычков, Е. Л. Смоленский. Практическая аэродинамика самолёта Ан-12. — М.: «Транспорт», 1971. — 180 с.
21. П.Т Бехтир, В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Ил-76Т. — М.: «Машиностроение», 1979. — 155 с.
22. Л. Е. Богославский, М. Н. Шифрин. Практическая аэродинамика самолёта Як-40. — М.: «Машиностроение», 1977. — 96 с.
23. П.Т Бехтир, В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Ил-18. — М.: «Транспорт», 1972. — 200 с.
24. Г. С. Пуминова. Часть 1 // Практическая аэродинамика самолёта Ту-154Б (Ту-154М). — СПб.: Академия ГА, 1995. — 67 с. — (Методическая разработка).
25. Л.Е. Богославский. Практическая аэродинамика самолёта Ан-24. — 2-е издание, дополненное. — М.: «Транспорт», 1972. — 200 с.
26. В.П. Бехтир. Практическая аэродинамика самолёта Ил-86. — 2 издание, доработанное. — Ульяновск: Центр ГА СЭВ, 1991. — 135 с.
27. ОКБ Туполева Ту-204. ИКАМ  (неопр.). Дата обращения: 7 марта 2010. Архивировано 13 февраля 2009 года.
28. Т. И. Лигум. Аэродинамика самолёта Ту-134А-3 (Б-3). — М.: «Транспорт», 1987. — 257 с.
29. Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 9 марта 2010. Архивировано из оригинала 11 декабря 2006 года.Архивированная копия  (неопр.). Дата обращения: 9 марта 2010. Архивировано 11 декабря 2006 года.
30. Удалов К. Г.; Брук А. А.; Смирнов С. Г. Самолёт М-17. — М.: Авико Пресс, 1993. — С. 19. — 56 с. — (Самолёты ЭМЗ им. В. М. Мясищева).
31. М-55 Геофизика  (неопр.). Дата обращения: 12 сентября 2015. Архивировано 23 октября 2016 года.

Литература

• В.Б. Шавров. История конструкций самолётов в СССР 1938-1950 гг. Издание 3-е, исправленное. — М.: «Машиностроение», 1994. — ISBN 5-217-00477-0.
• Loftin L. K., Jr. Quest for performance: The evolution of modern aircraft. — Washington, D.C.: NASA Scientific and Technical Information Branch, 1985.