עומס כנף

לוקהיד F-104 סטארפייטר, מטוס קרב בעל כנף קטנה ועומס כנף גבוה.

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 המטען וכושר התמרון.

עומסי כנף אופייניים במטוסים נעים מכ-100 ק"ג למ"ר עבור מטוסים רגילים, עד לטווח של 390 עד 585 ק"ג למ"ר עבור מטוסים מהירים כמטוסי קרב מודרניים. הגבול הקריטי על מנת שציפור תוכל לעוף הוא כ-25 ק"ג למ"ר.

הכנפיים מייצרות עילוי הודות לתנועת האוויר הנע מעל לשטח הכנף. מעל כנפיים גדולות יותר זורם 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 יהיה מסוגל להמריא ולנחות במהירות נמוכה יחסית (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 הנדרש כדי לנסוק. ייתכן שהמטוס יהיה בעל יכולת שיוט יעילה יותר מפני שדרוש לו פחות דחף כדי לשמור על העילוי בטיסה ממושכת.

עומס הכנף הוא גם מדד יעיל למדידת ביצועי התמרון הכלליים של המטוס. כדי לפנות, המטוס חייב להתגלגל בכיוון הפנייה. לדוגמה, בפנייה ימינה הטייס מגלגל את המטוס כך שהכנף הימנית מופנית מטה והכנף השמאלית מופנית מעלה. כתוצאה מכך קטן העילוי והמטוס שואף לצלול, כך שצריך לשמור על האף מאוזן על ידי הגה הגובה. בנוסף, עילוי הכנף מנוצל להפניית המטוס והעלייה בזווית ההתקפה של הכנף יוצרת גרר נוסף. ככל שהפנייה חדה יותר, כך נוצר יותר גרר. שיעור הפנייה המקסימלי האפשרי עבור דגם מטוס נתון מוגבל על ידי גודל הכנף וכוח המנועים המכתיבים את זווית הפנייה המקסימלית שהמטוס יכול להשיג תוך כדי שמירה על ביצוע פנייה ממושכת.

השפעת עומס הכנף על יכולת התמרון

מטוסים בעל עומס כנף נמוך מתאפיינים לרוב ביכולת ביצוע פנייה ממושכת גבוהה מפני שהם יכולים לייצר יותר עילוי עבור כמות נתונה של דחף המנוע. מאידך, כנף גדולה בעומס נמוך תיטה להיות בעלת מסה וכוח התמד גדולים יותר ותיצור יותר התנגדות מושרית. יכולת הפנייה של מטוס בטרם כוח הגרר יגרום לאיבוד גדול של מהירות נקראת "יכולת ביצוע פנייה מיידית": היכולת שלו לשנות כיוון במהירות. מטוסים בעלי כנף קטנה בעומס כנף גבוה מתאפיינים ביכולת ביצוע פנייה מיידית טובה, אבל פנייה ממושכת גרועה : המטוס מגיב במהירות להוראות הטייס, אבל יכולתו להמשיך לפנות לאורך זמן מוגבלת. דוגמה קלאסית לכך היא המטוס F-104 "סטארפייטר", שהייתה לו כנף קטנה מאוד. מהקצה השני של הספקטרום ניצב המטוס הענק קונוויר B-36. כנפיו הגדולות הובילו לעומס כנף קטן, והיו טענות שנויות במחלוקת שהדבר הפך את המפציץ לזריז יותר לעומת ה F-104 בגובה רב. מטוסים בהם הכנף מתמזגת באופן הדרגתי לגוף המטוס מתאפיינים בדרך כלל בעומס כנף נמוך יחסית; בדגם כזה (כמו מטוס הF-16 או המיג-29), צורת גוף המטוס מייצרת בעצמה מעט עילוי אווירודינמי , מה שמשפר את עומס הכנף ובו זמנית מאפשר לשמור על ביצועים גבוהים.

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 מתאימה יותר לטיסה במהירות גבוהה (אך במחיר של מהירויות 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. עבור טיסה במהירות גבוהה ובגובה נמוך (כמו בהפצצה מהירה בגובה נמוך שמבצע מפציץ), כנף קטנה, דקה ועמוסה מועדפת; מטוסים בעלי עומסי כנף נמוכים חווים לרוב טיסה קשה ולא נעימה בתנאים אלו.

סיבוך נוסף עם עומס הכנף הוא שקשה מבחינת מעשית לשנות את שטח הכנף של דגם מטוס קיים (אם כי כמה שיפורים אפשריים). כשמטוסים מפותחים הם מועדים ל"עלייה במשקל" – תוספת של ציוד וחימוש שמגדילים 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 בקלות כה רבה. זאת הייתה הסיבה העיקרית לשוני בין הספיטפייר של מלחמת העולם השנייה לבין המסרשמיט Bf 109. הדגמים הראשונים של המסרשמיט היו קלים בהרבה מהדגמים המאוחרים יותר כאשר משקל התחמושת, השריון והציוד גדל. בעוד 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.