Вопросы нестационарного обтекания крыла относятся к числу наиболее сложных и актуальных проблем аэрогидродинамики. В случаи подводных крыльев можно указать известные проблемы движения крыла при морском волнении, управление подъемной силой крыла и др. Значительное внимание уделяется использованию колеблющего крыла в качестве движителя для судов различного типа, а также в конструкциях бесплотинных генерирующих установок, использующих энергию свободного водного потока. Работа крыла в последних двух случаях характеризуется чрезвычайно большой степенью нестационарности: крыло совершает возвратно-поступательное движение с переменным углом атаки при большой амплитуде и скорости изменения этого угла.
Нестационарные гидродинамические характеристики крыла при условиях, приближенных к описанным выше превышают известные стационарные характеристики того же крыла. Большое значение имеет влиянии нестационарности на «затягивание» безотрывного обтекания крыла при больших (закритических) углах атаки, сопровождающееся увеличением коэффициента подъемной силы по сравнению со стационарными значениями и сохранением этой величины («полки») в течении некоторого времени, что важно с точки зрения повышения эффективности работы крыла, как рабочего органа различных технических устройств.
Поворот крыла происходит с большой скоростью и до больших значений угла атаки, в том числе превышающих критические (α≥20°), при этом возникают заметные нестационарные эффекты.
На рис. 1 приведены стационарные характеристики изолированного крыла и нестационарные – крыла полученные при испытаниях. Видно, что в нестационарном режиме крыло работает, при безотрывном обтекании, до углов α≈50° и достигает коэффициента C_y выше стационарных значений.
Свойство нестационарного обтекания крыла потоком, а именно сохранение безотрывного обтекания на углах значительно превышающих критические углы стационарного обтекания известны давно и подтверждены многочисленными экспериментами. Считалось, что при остановки крыла сразу же происходит срыв потока, что приводит к падению подъемной силы и увеличению сопротивления.
Действительно, при резкой остановки крыла тут же следует отрыв вихря сопровождающееся указанными выше явлениями (рис.2).
Однако, при достаточно плавном замедлении скорости перестановки угла атаки, безотрывное обтекание продолжается еще некоторое время и после выхода крыла на конечный угол атаки значительно превышающий критические углы стационарного обтекания. При этом C_y сохраняет постоянное значение, образуя «полку» (вихрь должен отойти естественным образом).
Время выдерживания «полки» составляет от 0,1сек на углах атаки α>40°, до >1сек на углах атаки около α≈20° (симметричный профиль толщиной 20%), что достаточно для работы крыла в колеблющемся режиме (рис.3).
Значительно более высокий результат получается при несимметричном профиле (например, с управляемым закрылком).
