עומס כנף

באווירודינמיקה, עומס כנף הוא היחס בין משקלו של מטוס לבין שטח הכנף שלו. היחס משקף את יחס העילוי למסה של המטוס, שמשפיע על קצב הטיפוס של המטוס, יכולת נשיאת הנשק וביצועי פניות.

עומסי כנף אופייניים נעים מטווח של 100 ק"ג למ"ר עבור מטוסים רגילים, עד לטווח של 390 עד 585 ק"ג למ"ר עבור דגמים מהירים כמו מטוסי קרב מודרניים. הגבול הקריטי על מנת שציפור תוכל לעוף הוא בערך 25 ק"ג למ"ר.

הכנפיים מייצרות עילוי הודות לתנועת האוויר הנע מעל לשטח הכנף. כנפיים גדולות יותר דוחפות יותר אוויר, כך שלמטוס בעל שטח כנף גדול ביחס למסתו (כלומר מטוס בעל עומס כנף קטן) יהיה יותר כוח עילוי בכל מהירות נתונה. לפיכך, מטוס בעל עומס כנף קטן יותר יהיה מסוגל להמריא ולנחות במהירות נמוכה יותר (או שהוא יהיה מסוגל להמריא עם מטען גדול יותר). בנוסף יהיה לו קצב טיפוס גבוה יותר מפני שהוא צריך פחות תוספת במהירות התקדמותו כדי לייצר את כוח העילוי הנוסף כדי לטפס בגובה. ייתכן שהמטוס יהיה בעל יכולת ביצוע טיסת שיוט יעילה יותר מפני שדרוש לו פחות דחף כדי לשמור על העילוי לצורך טיסה ממושכת.

עומס הכנף הוא גם מדד יעיל למדידת ביצועי התמרון הכלליים של המטוס. כדי לפנות, המטוס חייב להסתובב בכיוון הפנייה (לדוגמה, בפנייה ימינה הטייס מסובב את המטוס כך שהכנף הימנית מופנית מטה והכנף השמאלית מופנית שמאלה), הדבר מוביל להגדלת זווית השיפוע של המטוס. השיפוע מקטין את כוח העילוי של הכנף כנגד כוח הכבידה ואף המטוס פונה לכיוון הארץ, כך שצריך לשלוט בזרימת האוויר כדי לשמור על האף מאוזן (לרוב על ידי הגה הכיוון). פעולות אלו מגבירות את כוח הגרר. בנוסף, הפנייה מתבצעת תוך כדי עלייה בגובה הטיסה (עילוי הכנף הולך להפניית המטוס) כך שהעלייה בזווית ההתקפה של הכנף יוצרת עוד כוח גרר. ככל שהפנייה חדה יותר, כך נוצר יותר כוח גרר. כל אלו דורשים עוד כוח (דחף) כדי להתגבר על הגרר. שיעור הפנייה המקסימלי האפשרי עבור דגם מטוס נתון מוגבל על ידי גודל הכנף וכוח המנועים: זווית הפנייה המקסימלית שהמטוס יכול להשיג תוך כדי שמירה על "ביצוע פנייה ממושכת". למטוסים בעל עומס כנף נמוך נוטה להיות יכולת ביצוע פנייה ממושכת גבוהה מפני שהם יכולים לייצר יותר עילוי עבור כמות נתונה של דחף המנוע. במהופך, כנף גדולה עמוסה מעט תיטה להיות בעל מסה וכוח התמד גדול יותר ותיצור יותר התנגדות מושרית כאשר זווית שיפוע המטוס או זווית ההתקפה תגדל. יכולת הפנייה המיידית שמטוס יכול להשיג לפני שכוח הגרר יגרום לאיבוד גדול של מהירות נקרא "ביצוע פנייה מידית", היכולת שלו לשנות כיוון במהירות. למטוס בעל כנף קטנה עמוסה מאוד יכולה להיות יכולת ביצוע פנייה מיידית טובה, אבל יכולת נמוכה לבצע פנייה ממושכת: המטוס מגיב במהירות להוראות הטייס, אבל יכולתו להמשיך לפנות מוגבלת. דוגמה קלאסית לכך הוא המטוס F-104 סטארפייטר, שהייתה לו כנף מאוד קטנה. מהקצה השני של הספקטרום ניצב המטוס הענק קונוויר B-36. כנפיו הגדולות הוביל לעומס כנף קטן, והיו טענות שנויות במחלוקת שהדבר הפך את המפציץ לזריז יותר לעומת מטוס הסילון בגובה רב. דגם שבו אין גבול ברור בין הכנף לגוף המטוס בדרך כלל עוזר להוריד את עומס הכנף; בדגם שכזה (כמו זה שבמטוס F-16 או מיג-29), צורת גוף המטוס מייצרת מעט עילוי אווירודינמי בעצמה, מה שמשפר את יחס עומס הכנף ובו זמנית מאפשר לשמור על ביצועים גבוהים.

בכל שאר המטוסים, כנף גדולה יותר מייצרת יותר גרר מאשר כנף קטנה. כנף גדולה נוטה לרוב להיות גם עבה יותר, מה שמגביר עוד יותר את כוח הגרר. כוח הגרר הזה מקטין את תאוצת המטוס, במיוחד במהירויות על-קוליות. כנף קטנה ודקה יותר (באותם סוגי מטוסים) מייצרת פחות גרר, ולכן היא יותר מתאימה לטיסה במהירות גבוה (אבל במחיר של מהיריות המראה גבוהות יותר והורדת ביצועי הפנייה).

עומס הכנף גם משפיע על המידה שבה המטוס מושפע ממערבולות ומשינויים בצפיפות האוויר. לכנף עמוסה מאוד יש יותר כוח התמד ולכנף קטנה יש פחות שטח שמשבי הרוח יכולים לפעול עליו, שניהם עוזרים לטיסה חלקה. בשביל טיסה במהירות גבוהה ובגובה נמוך (כמו בהפצצה מהירה בגובה נמוך שמבצע מפציץ), כנף קטנה, דקה ועמוסה מועדפת; מטוסים בעלי עומסי כנף נמוכים לרוב חווים טיסה קשה ולא נעימה בטיסה שכזו. המטוס F-15 קיבל ביקורת על איכות הטיסה בו, כמו רוב המטוסים שבהם הכנף עשויה מקשה אחת (כמו במטוס מיראז' 3), שיש להם כנפיים גדולות ועומס כנפיים נמוך.

סיבוך נוסף עם עומס הכנף הוא שקשה מבחינת מעשית לשנות את שטח הכנף של דגם מטוס קיים (אם כי רוב השיפורים אפשריים). כשמטוסים מפותחים הם מועדים ל"עלייה במשקל" – התוספת של הציוד ומאפיינים נוספים שמגדלים את המשקל הכולל של המטוס. מטוס שמפחיתים לו את עומס הכנף בדגם המקורי שלו, יכול להגיע למצב של עומס כנף גדול מאוד כאשר יוסיפו לו ציוד נוסף. אם כי ניתן להחליף או לשדרג את המנועים כדי להשיג עוד כוח דחף, ההשפעות על ביצועי הפנייה וההמראה הנובעות מעומס כנף גדול יותר אינן נפתרות כה בקלות. זאת הייתה הסיבה העיקרית לשוני בין הספיטפייר "סופרמרין" של מלחמת העולם השנייה לבין המטוס מסרשמיט bf 109. הדגמים הראשונים של המסרשמיט היו קלים בהרבה מהדגמים המאוחרים יותר כאשר משקל התחמושת, השריון והציוד גדל, ובעוד שמנועים משודרגים הצליחו לשמור על יחס הכוח למשקל, לדגמים האחרונים היו עומסי כנף כה גדולים עד כדי כך שיכולת התמרון שלהם נפגעה, ולבסוף מאזן הכוחות נטה לטובת הספיטפייר.