аеродинамічні сили
Про а літак в польоті діють аеродинамічні сили. "1 Покажемо спочатку на простих прикладах, як вони мож-ника.
Перш за все, що таке аеродинамічна сила?
Коли при повній тиші ви швидко їдете на ве-лосіпеде, зустрічний повітря прагне загальмувати ваш рух. А якщо ви стоїте нерухомо і на вас дме сильний вітер, то повітря прагне зрушити вас з місця. В обох випадках цей вплив повітряного потоку на тіло і називають аеродинамічній силою, або силою з-спротиву повітря.
Аеродинамічна сила виходить тим більшою, чим більше поперечні розміри тіла і щільність повітря, і особливо сильно вона зростає зі збільшенням швидкості руху (або швидкості потоку). Крім того, величина аеродинамічної сили залежить ще від форми тіла і від
2 *
положення його в повітряному потоці. Те й інше має величезне значення для польоту.
Як же виникає аеродинамічна сила?
На рис. 11, а зображена схема обтікання повіт-хом круглої пластини (диска), поставленої пер-пендікулярно до потоку. Подивіться на неї внима-кові.
Цівки повітря тиснуть на пластину, так як вона яв-ляется для них перешкодою. Перед пластиною отримує-ся підвищений тиск (позначено знаками плюс).
Мал. 11. Виникнення аеродинамічної сили Р при симетричному
Обтіканні: а) пластини і б) добре обтічного тіла.
Огинаючи пластину, струмки стискаються і тому, соглас-но закону нерозривності, швидкість їх зростає. В силу інерції вони прагнуть рухатися прямолінійно і отри-ються від пластини. З цієї причини позаду неї напів-чає розрідження, тобто знижений тиск повітря (позначено знаками мінус). Деякі цівки ври-ються в це розріджений простір і утворюють вих-ри, які потім поступово зникають.
Таким чином, попереду пластини тиск віз-духу підвищено, а позаду неї знижений. До чого це веде?
Уявіть собі, що ви давите на напіввідчинені двері, а ваш товариш тисне на неї з іншого боку. Бхлі ви сильніше, то під дією різниці тисків двері відкриються в сторону вашого товариша. Так і тут. Різниця тисків попереду і позаду пластини створює силу, спрямовану в бік меншого тиску-ня (ми будемо позначати її російською буквою Р) [7]). Якщо пластина нерухома, то ця аеродинамічна сила буде прагнути зірвати пластину і забрати її. Якщо ж пластина рухається, то ця сила буде гальмувати рух.
Опір повітря, як було сказано, сильно залежить ще від форми тіла. Яка ж форма буде най-більш вигідною?
Забезпечимо нашу круглу пластину спереду тупий ко-нусообразной наставкой, а ззаду - більш загостреним конусом (рис. 11, б). При такій формі зрив струменів відсутність про-ствует, вихорів позаду тіла майже немає, різниця тисків повітря попереду і позаду тіла незначна. За срав-рівняно з пластиною опір такого тіла приблизно в 25 разів менше, і створюється воно головним чином лише тертям повітря об його поверхню.
При такій формі повітряний потік майже не тор-мозітся тілом, він тече вздовж його гладких боків і добре обтікає загострену задню частину. Поет-му такі форми отримали назву добре обте-Каєм.
Ми познайомилися з обтіканням тіл симетричної форми, коли повітря тече паралельно осі симетрії тіла [8]). У таких випадках повітря обтікає тіло теж сім-симетрично і різниця тисків виходить тільки попереду і позаду тіла, а не з боків його. Ця різниця тисків, а також тертя повітря об поверхню тіла і створюють силу, спрямовану прямо проти руху, як гово-рят, «в лоб» (рис. І). Тому в таких випадках аеро-динамічну силу називають силою лобового опору-лення.
Таким чином, лобове опір складається з опору тиску і опору тертя.
Ось як виникає опір тертя.
Всім відомо поверхневе тертя між твердими тілами. Існує ще внутрішнє тертя між сусід-ними шарами рідини або газу, зване в'язкістю. Наприклад, якщо опустити у воду палець, а потім вийняти його, то до нього прилипне трохи води. Але якщо проде-лать те ж саме з маслом або гліцерином, то до пальця прилипне багато рідини - тим більше, чим більше її в'язкість.
В'язкість повітря спостерігати важче. Однак через вестно, що через кватирку, затягнуту марлею, повітря
Мал. 12. Виникнення аеродінамічен-ської сили Р при несиметричному об-протікання пластини і заміна сили Р двома аеродинамічними силами - підйомної силою П і силою лобового опору Л.
Проходить помітно гірше, ніж без марлі. Це в значній мірі об'єк-ясняется в'язкістю повітря.
Коли повітряний потік обтікає тіло, повітря безпосередньо біля самого тіла не ковзає по його поверх-ності, а прилипає до неї. Прилип тон-чайшего шар гальмує рух сусіднього, цей - наступного і т. Д. І лише на НЕ-якому відстані від поверхні тіла це явище припиняється. Шар, в якому прояв-ляють сили внутрішнього тертя, називають прикордоння-ним (він межує з поверхнею тіла).
Щоб зменшити сили внутрішнього тертя в по-граничному шарі, крил і фюзеляжу літака при-дають добре обтічну форму і полірують їх по-поверхню.
Отже, лобова аеродинамічна сила тільки гальм-зит рух тіла. Подивимося тепер, як виникає сила, потрібна для польоту.
Вона з'являється в тих випадках, коли повітря обтікає пластину (крило) несиметрично.
На рис. 12 зображена схема обтікання прямоуголь - ної пластини, поставленої під гострим кутом до потоку.
Під пластиною відбувається гальмування потоку, і по-цьому тиск тут підвищується. Над пластиною слідом-ствие зриву струменів виходить розрідження повітря, тобто тиск тут знижений. Завдяки цій різниці давши лений і виникає аеродинамічна сила. Вона направ-лена в сторону меншого тиску, тобто назад і вгору.
Відхилення аеродинамічної сили вгору залежить від кута, під яким пластина поставлена до потоку. Цей кут отримав дуже вдала назва «кута атаки». під
Мал. 13. Політ повітряного змія: внизу - з неправильно побудованої вуздечкою, вгорі - з правильно побудованої вуздечкою.
Цим кутом пластина як би «атакує» повітря (цей кут прийнято позначати грецькою буквою а - альфа).
Таким чином, повітряний потік прагне тут віднести пластину не тільки тому, але одночасно і вгору.
Тому для наочності ми можемо тут замінити повну аеродинамічну силу Р двома силами - Л і П, з яких перша спрямована прямо назад (сила ло-бового опору), а друга спрямована вертикально вгору (підйомна сила) [9]).
Виникнення аеродинамічних сил при несіммет-ковий обтіканні можна добре бачити у повітряного змія, зробленого, наприклад, з аркуша паперу з двома діагональними рейками і однією поперечною.
Якщо вуздечку змія, до якої прикріпляється леер (нитка, на якій запускають змій), побудувати з ниток однакової довжини, прикріплених до кінців діагональних рейок, то змій літати не буде. Побажав з таким змієм проти вітру (рис. 13 внизу), ви побачите, що змій буде нестися на висоті вашої руки, стоячи в повітрі перпенд-кулярной до вітру. За натягу леера ви будете почуття-вать, що змій пручається руху, але і тільки. Це і зрозуміло, так як в цьому випадку аеродинамічна сила буде тільки лобовий.
Але якщо ви зробите вуздечку так, що дві верхні нитки будуть однакової довжини, а третя (нижня) трохи по-коротше, і прикріпіть її до центру змія, то змій, при наявності правильно зробленого хвоста, легко злетить і бу-дет стійко літати ( рис. 13 вгорі). В цьому випадку змій «атакує» повітря під кутом 40-60 градусів і в результаті несиметричного обтікання виникає под-емная сила.
Підйомна сила крила літака, як ми зараз уві-дим, виникає, однак, трохи інакше, ніж підйомна сила пластини, або повітряного змія.
Чому літак може робити віражі [13]) і фігури? Які сили змушують важку машину легко ку-виркаться в повітрі? Як льотчик управляє цими сила-ми в криволінійному польоті? Звичайно, це все ті ж аеродинамічні ...
П еред посадкою льотчик вимикає двигун або збавити-ляет його обороти до найменших. Літак начи-нает плавно знижуватися по похилій траєкторії. Такий спуск літака називають плануванням. Щоб легше зрозуміти поведінку літака ...