כנף מסיטה את האוויר
הוציאו את כף היד, שטוחה, מחלון המכונית והרימו מעט את הקצה הקדמי שלה. היד נדחפת כלפי מעלה, בחוזקה. כנף פועלת באותו אופן. היא מעוצבת ומוטה כך שהאוויר שזורם לאורכה עוזב אותה כשהוא נע מעט כלפי מטה. כדי להסיט כל כך הרבה אוויר כלפי מטה, הכנף חייבת לדחוף אותו; האוויר דוחף בחזרה את הכנף, כלפי מעלה. הדחיפה הזאת כלפי מעלה היא עילוי.
הזווית שבין הכנף לבין האוויר שזורם לקראתה היא זווית ההתקפה. במנהרה אפשר לראות אותה בפעולה. קווי עשן שמשתחררים במעלה הזרם מתעקלים סביב הכנף: הם עולים מעט לפניה, חולפים מעליה ומתחתיה, ועוזבים את הקצה האחורי כשהם נעים מעט כלפי מטה.
מהר יותר מעל הכנף
העשן יוצא בנשיפות, והנשיפות מספרות סיפור נוסף. נשיפות שעוברות מעל הכנף מקדימות את שכנותיהן שעוברות מתחתיה, ומגיעות ראשונות לקצה האחורי. האוויר לא מחכה כדי להיפגש שוב; האוויר שמעל הכנף פשוט נע מהר יותר.
היכן שהאוויר מאיץ, הלחץ שלו יורד. זהו עקרון ברנולי: לאורך קו זרם, לאוויר מהיר יותר יש לחץ נמוך יותר, ולאוויר איטי יותר לחץ גבוה יותר. לכן האוויר שמעל הכנף לוחץ עליה כלפי מטה פחות ממה שהאוויר שמתחתיה לוחץ עליה כלפי מעלה. כשההפרש הקטן הזה פרוס על פני כל מטר רבוע של כנף, הוא העילוי. שני התיאורים, אוויר שמוסט כלפי מטה ולחץ נמוך יותר מלמעלה, אינם הסברים מתחרים. הם אותה זרימה, שמתוארת פעם אחת לפי התנע שלה ופעם אחת לפי הלחץ שלה.
נסו: הזיזו את זווית התקפה ל־7° ובחרו פועל תחת הצגת הלחץ. האוויר שמעל הכנף נצבע כחול, לחץ נמוך, והאוויר שמתחתיה כתום, לחץ גבוה, והחצים מראים את האוויר שמוסט כלפי מטה מאחורי הכנף.
כמה עילוי?
העילוי גדל עם ריבוע המהירות האווירית. הכפילו את המהירות וכל הפרש לחצים סביב הכנף גדל פי ארבעה, כי הדחיפה באה מהאנרגיה של האוויר הנע, שתלויה בריבוע המהירות. מהנדסים כותבים את העילוי למטר רבוע של כנף כ־½ρv² × C_L, כאשר ρ היא צפיפות האוויר, v היא המהירות האווירית ו־C_L הוא מקדם העילוי, מספר שתלוי בצורת הכנף ובזווית ההתקפה שלה.
במהירות שיוט של 50 מטרים לשנייה ובזווית של 5°, כל מטר רבוע של הכנף הזאת נושא כ־1,100 ניוטון, מספיק כדי להחזיק 110 קילוגרם. מטוס קל צריך רק כ־70 קילוגרם למטר רבוע, ולכן הוא יכול לשייט כשכנפיו מוטות מעלה או שתיים. כשהוא מאט לקראת נחיתה, צריך להחזיק את אותו משקל במהירות נמוכה יותר, ולכן הטייס מרים את האף וזווית ההתקפה עולה.
ההזדקרות
הגדלת הזווית מניבה עוד עילוי, אבל רק עד נקודה מסוימת. האוויר שזורם מעל הכנף חייב לעקוב אחר הקימור של המשטח העליון כלפי מטה, אל הקצה האחורי, ולהתקדם אל לחץ שהולך ועולה בזמן שהוא מאט שוב. בכנף הזאת, מעבר לכ־15°, הוא כבר לא מסוגל. הזרימה מתנתקת: היא נפרדת מהמשטח העליון ומשאירה אחריה שובל סוער ומערבולתי.
זוהי הזדקרות. הזרימה החלקה מעל הכנף אובדת, הלחץ הנמוך שהחזיק את הכנף קורס, העילוי יורד והגרר מזנק. להזדקרות אין שום קשר לעצירת המנוע; היא עניין של זווית בלבד. כנף יכולה להזדקר בכל מהירות אם הזווית גבוהה מדי, והתיקון הוא להוריד את האף כדי שהאוויר יוכל שוב לעקוב אחר הכנף.
מה המודל הזה משמיט
המנהרה מראה פרוסה של כנף שנמתחת מקיר לקיר, כך שהזרימה זהה בכל נקודה לאורכה. לכנף אמיתית יש קצוות, והאוויר גולש סביבם מהצד התחתון, שבו הלחץ גבוה, אל הצד העליון, שבו הלחץ נמוך, ומשאיר אחריו מערבולות קצה כנף שמטות כלפי מטה את זרימת האוויר מאחורי הכנף כולה ומוסיפות גרר.
העשן עוקב אחר זרימה אידיאלית, שמחושבת במדויק עבור צורת הכנף הזאת בעזרת העתקה מתמטית קלסית (פרופיל ז’וקובסקי), בתנאי שהאוויר עוזב את הקצה האחורי החד בצורה חלקה. זרימה אידיאלית מתעלמת מהשכבה הדקה של אוויר שנצמדת לפני הכנף, ולכן היא חוזה שאין גרר כלל ומעט יותר מדי עילוי; הערכים המוצגים מוקטנים בכ־15 % בגלל השכבה הזאת, ומתווסף להם גרר טיפוסי. השובל של הכנף שבהזדקרות הוא תמונה של זרימה מנותקת, לא הדמיה שלה, וזווית ההזדקרות האמיתית תלויה בצורת הכנף, בפני השטח שלה ובגודלה. קירות המנהרה אינם נלקחים בחשבון, והעשן נע לאט פי 50 מהאוויר שהוא מסמן.