הזדקרות

הכוחות האווירודינמיים אשר פועלים על מכלול המטוס

במכניקת הזורמים, הזדקרות היא הפחתה בגודלו של מקדם העילוי של פרופיל אווירודינמי, הנובעת מהגדלת זווית ההתקפה של הפרופיל. הזדקרות חלה כאשר זווית ההתקפה גדלה מעל לערך קריטי (המכונה "זווית הזדקרות"). זווית ההזדקרות משתנה מפרופיל לפרופיל ותלויה אף במספר ריינולדס, אך במרבית כלי הטיס האזרחיים היא כ-15 מעלות. במטוסי קרב מתאפשרות זוויות הזדקרות גדולות יותר.

אף ש"הזדקרות" הוא מונח כללי, פעמים רבות הוא מוזכר בהקשר של תחום התעופה ועל כן ערך זה דן ברובו בתחום זה.

בתעופה, הזדקרות מורגשת בתור איבוד פתאומי ניכר של העילוי על כנפי המטוס, בעת שהמטוס מגיע לזווית התקפה גדולה מזווית ההזדקרות. יש לציין כי בעת הזדקרות, אין המטוס מפסיק לנוע ואין המנועים מפסיקים לפעול. עם זאת, הקטנת העילוי מובילה לרוב לירידה בגובה הטיסה ולעיתים גם להאטת מהירות המטוס. בשל כך, כלי טיס המגיע למצב של הזדקרות עלול להקלע לאובדן שליטה.

הגדרה פורמלית

הזדקרות הוא מצב באווירודינמיקה ותעופה בו זווית ההתקפה גדלה מעל ערך מסוים, כך שהעילוי קטן. הזווית בה מתרחשת תופעה זו מכונה "זווית הזדקרות" או "זווית התקפה קריטית". זווית זו תלויה בסוג הפרופיל, צורת המטוס, יחס מוטת-שטח כנף (Aspect Ratio), מספר ריינולדס של הזרימה וגורמים אחרים. באופן כללי, זווית ההזדקרות נעה בטווח 8 עד 20 מעלות ביחס לרוח המציפה, בטיסה תת-קולית.

ההזדקרות עצמה חלה עקב הפרדה של שכבות הזורם (אוויר לרוב) ממשטח הכנף. הפרדה כזו מתחילה כבר בזווית התקפה נמוכות (ראה ציור), אך מרבית הזרימה עדיין נשארת צמודה לכנף. ככל שזווית ההתקפה גדלה, ההפרדות מחריפה ויותר שכבות זורם לא נעות צמוד לכנף. דבר זה מוביל לירידה ביכולת הכנף לייצר עילוי, שכן פחות אוויר זורם עליה. הגדלה נוספת בזווית ההתקפה, מעבר לערך הקריטי, מביאה לכך שהזרימה שהתנתקה מהכנף הופכת דומיננטית ואף מערבולתית. דבר זה מוביל להקטנה נוספת בעילוי ויצירת גרר.

מהירות הזדקרות וגרף מקדם העילוי ($C_{L}$) ביחס לזווית ההתקפה ($\alpha$)

תרשים זווית התקפה ונקודת ההזדקרות

מקובל להתייחס לגרף המתאר את השתנות מקדם העילוי של פרופיל כתלות בזווית ההתקפה. לכל פרופיל ניתן לשרטט קשר זה, אשר לרוב מחושב על סמך ניסויים במנהרת רוח. לצורת הפרופיל השפעה ניכרת על מקדם העילוי המתקבל, אך גם לאופי הזרימה (האם היא מערבולתית או לא).

כפי שניתן לראות בגרף, מקדם העילוי המקסימלי (ועל כן העילוי המקסימלי) מתקבל בזווית ההתקפה הקריטית (במקרה זה 19 מעלות). עם זאת, בכל זווית גדולה ממנה, מקדם העילוי קטן בהרבה וכך גם העילוי. ככל שזווית ההתקפה תמשיך לגדול מעל ערך זה, העילוי ילך ויפחת באופן כמעט לינארי.

עם זאת, הזדקרות לרוב גורמת למטוס להגיב באופן שיוביל להקטנה מיידית של זווית ההתקפה, ולכן לא ניתן לקיים טיסה יציבה בזווית הגדולות מזווית ההזדקרות.

אף על פי שהגרף מציג את זווית ההתקפה, מקובל בעולם התעופה (ובפרט בקרב טייסים) להתייחס דווקא למהירות ההזדקרות, כיון שכמעט כל כלי הטיס מצוידים במד מהירות אווירית, אך רק מעטים כוללים מד המציג את זווית התקפה של הכלי. קיים קשר הדוק בין זווית ההתקפה למהירות הטיסה - הקטנת מהירות הטיסה תדרוש זווית התקפה גדולה יותר, על מנת לשמור על אותה כמות עילוי.

המהירות בה טס המטוס כאשר הוא בזווית ההתקפה הקריטית היא מהירות ההזדקרות. מהירות זו תלויה במשקל המטוס וכן בצפיפות האוויר ובטמפרטורה:

$V_{s}={\sqrt {\frac {2W}{\rho SC_{L}}}}$

כאשר -

• $V_{s}$- מהירות ההזדקרות (במטרים לשנייה).
• W - משקל המטוס (בניוטונים). משקל גדול יותר פירושו מהירות הזדקרות גבוהה יותר.
• $\rho$ - צפיפות האוויר, הקטנה ככל שעולים בגובה (בק"ג למטר מעוקב). כלומר, בגובה רב מהירות ההזדקרות גדלה.
• S - שטח הכנף (במטרים רבועים). במטוס בעל שטח כנף גדול תהיה מהירות ההזדקרות נמוכה מאשר במטוס עם שטח כנף קטן. שימוש במדפים מגדיל את שטח הכנף של המטוס באופן זמני, ועל כן מוריד את מהירות ההזדקרות ומאפשר למטוס לטוס במהירות נמוכה יותר, בדרך כלל לצורך נחיתה.
• C_{L_max} - מקדם העילוי המקסימלי (המתקבל עבור זווית ההתקפה הקריטית) (חסר ממדים).

עקב חשיבותה של מהירות ההזדקרות, כוללת הספרות מקצועית של כל מטוס את מהירות ההזדקרות שלו במגוון תצורות ומשקלים אפשריים, אך לרוב לא תכלול את זווית ההזדקרות.