аеродинаміка літака

Сторінка 11 з 14

Встановити ПОВІТРЯНИЙ ПОТІК

Сталим повітряним потоком називається такий перебіг повітря, при якому швидкість потоку в будь-якій точці, а також основні параметри (тиск, температура і щільність) не змінюються з плином часу. Тобто, якщо через певні проміжки часу ми в одній і тій же точці будемо вимірювати швидкість і інші параметри повітря і при всіх вимірах величини параметрів однакові, то цей повітряний потік сталий. Якщо ж вимірювані величини змінюються, то потік - несталий. У аеродинаміці розглядають тільки усталений повітряний потік. Основним поняттям аеродинаміки є поняття елементарної цівки повітря.

Елементарна цівка - це подумки виділений потік (невеликий замкнутий контур у вигляді трубки), через бічну поверхню якого повітря протікати не може ні всередину, ні назовні.

Ламінарний і турбулентність ПОВІТРЯНИЙ ПОТІК

Ламінарний - це повітряний потік, в якому цівки повітря рухаються в одному напрямку і паралельні один одному. При збільшенні швидкості до певної величини струмки повітряного потоку крім поступальної швидкості також набувають швидко мінливі швидкості, перпендикулярні до напрямку поступального руху. Утворюється потік, який називається турбулентним, т. Е. Безладним.

Прикордонний СЛОЙ

Прикордонний шар - це шар, в якому швидкість повітря змінюється від нуля до величини, близької до місцевої швидкості повітряного потоку.

При обтіканні тіла повітряним потоком (Рис. 5) частки повітря не ковзають по поверхні тіла, а гальмуються, і швидкість повітря біля поверхні тіла стає рівною нулю. При видаленні від поверхні тіла швидкість повітря зростає від нуля до швидкості течії повітряного потоку.

Товщина прикордонного шару вимірюється в міліметрах і залежить від в'язкості і тиску повітря, від профілю тіла, стану його поверхні і положення тіла в повітряному потоці. Товщина прикордонного шару поступово збільшується від передньої до задньої крайки. У прикордонному шарі характер руху частинок повітря відрізняється від характеру руху поза ним.

Розглянемо частку повітря А (Рис. 6), яка знаходиться між цівками повітря зі швидкостями U 1 і U 2. за рахунок різниці цих швидкостей, прикладених до протилежних точок частки, вона обертається і тим більше, чим ближче знаходиться ця частка до поверхні тіла ( де різниця швидкостей найбільша). При видаленні від поверхні тіла обертальний рух частинки сповільнюється і стає рівним нулю зважаючи рівності швидкості повітряного потоку і швидкості повітря прикордонного шару.

Позаду тіла прикордонний шар переходить в Супутні струмінь, яка в міру віддалення від тіла розмивається і зникає. Завихрення в спутной струмені потрапляють на хвостове оперення літака і знижують його ефективність, викликають тряску (явище бафтинг).

Прикордонний шар поділяють на ламінарний і турбулентний (Рис. 7). При сталому ламінарному плині прикордонного шару виявляються тільки сили внутрішнього тертя, обумовлені в'язкістю повітря, тому опір повітря в ламінарному шарі мало.

Мал. 5 Зміна швидкості течії повітря в прикордонному шарі

Мал. 6 Обтікання тіла повітряним потоком - гальмування потоку в пограничному шарі

Мал. 7 Ламинарное і турбулентний плин

У турбулентному прикордонному шарі спостерігається безперервний потік цівок повітря в усіх напрямках, що вимагає більшої кількості енергії для підтримування безладного вихрового руху і, як наслідок цього, створюється більше за величиною опір повітряного потоку рухається тілу.

Для визначення характеру прикордонного шару служить коефіцієнт Cf. Тіло певної конфігурації має свій коефіцієнт. Так, наприклад, для плоскої пластини коефіцієнт опору ламінарного прикордонного шару дорівнює:

для турбулентного шару

де Re - число Рейнольдса, що виражає відношення інерційних сил до сил тертя і визначальне відношення двох складових - профільне опір (опір форми) і опір тертя. Число Рейнольдса Re визначається за формулою:

де V - швидкість повітряного потоку,

I - характер розміру тіла,

g - кінетичний коефіцієнт в'язкості сил тертя повітря.

При обтіканні тіла повітряним потоком в певній точці відбувається перехід прикордонного шару з ламінарного в турбулентний. Ця точка називається точкою переходу. Розташування її на поверхні профілю тіла залежить від в'язкості і тиску повітря, швидкості цівок повітря, форми тіла і його положення в повітряному потоці, а також від шорсткості поверхні. При створенні профілів крил конструктори прагнуть віднести цю точку якнайдалі від передньої кромки профілю, чим досягається зменшення опору тертя. Для цієї мети застосовують спеціальні ламінізірованние профілі, збільшують гладкість поверхні крила і ряд інших заходів.

При збільшенні швидкості повітряного потоку або збільшенні кута положення тіла щодо повітряного потоку до певної величини в деякій точці відбувається відрив прикордонного шару від поверхні, при цьому різко зменшується тиск за цією точкою.

В результаті того, що у задньої кромки тіла тиск більше ніж за точкою відриву, відбувається зворотна течія повітря із зони більшого тиску в зону меншого тиску до точки відриву, яке тягне за собою відрив повітряного потоку від поверхні тіла (Рис. 8).

Ламінарний прикордонний шар відривається легше від поверхні тіла, ніж турбулентний.