Тема №2 сили, що діють на крило сла
Повна аеродинамічна сила.
Згідно з третім законом Ньютона сила впливу крила на повітря дорівнює силі впливу повітряного потоку на крило. Ця сила одержала назву повної аеродинамічної сили R крила.
Повна аеродинамічна сила - це сила, з якою набігає повітряний потік впливає на тверде тіло.
Центр тиску - точка докладання цієї сили.
- R - Повна аеродинамічна сила.
- Cr - Коефіцієнт повної аеродинамічної сили.
- q - Динамічний напір.
- S - Ефективна площа тіла.
- r - Щільність повітря.
- V - Швидкість тіла відносно повітря (або «повітряна швидкість» тіла).
Сила впливу повітряного потоку на тверде тіло залежить від багатьох параметрів, головними з яких є форма і орієнтація тіла в потоці, лінійні розміри тіла і інтенсивність повітряного потоку, що визначається його щільністю і швидкістю.
З формули видно, що сила впливу повітряного потоку на тіло залежить від лінійних розмірів тіла, інтенсивності повітряного потоку, яка визначається його щільністю і швидкістю, і коефіцієнта повної аеродинамічної сили Cr.
Найбільший інтерес в цій формулі являє коефіцієнт Cr, який визначається безліччю факторів, головними з яких є форма тіла і його орієнтацією в повітряному потоці. Аеродинаміка - наука експериментальна. Формул, що дозволяють абсолютно точно описати процес взаємодії твердого тіла з потоком, що набігає повітря, поки немає. Однак було відмічено, що тіла, які мають однакову форму (при різних лінійних розмірах), взаємодіють з повітряним потоком однаково. Можна сказати, що Cr = R (повної аеродинамічної сили) під час продування тіла деякого одиничного розміру повітряним потоком одиничної інтенсивності. Такого роду коефіцієнти дуже широко використовуються в аеродинаміці, так як вони дозволяють досліджувати характеристики літальних апаратів (ЛА) на їх зменшених моделях.
При взаємодії твердого тіла з потоком повітря неважливо, чи рухається тіло в нерухомому повітрі або нерухоме тіло обтекается рухомим повітряним потоком. Виникаючі сили взаємодії будуть однакові. Але, з точки зору зручності вивчення цих сил, простіше мати справу з другим випадком.
Для зручності виконання аеродинамічних розрахунків повну аеродинамічну силу R можна розкласти на три взаємно перпендикулярні складові в швидкісний системі координат. Позитивний напрямок осі X буде направлено по вектору швидкості польоту, осі Y перпендикулярно до осі X вгору, а вісь Z спрямована перпендикулярно до площини, в якій знаходяться осі X і Y. Компонент повної аеродинамічної сили уздовж осі X назвали силою аеродинамічного опору. Складову вздовж осі Y - підйомної силою.
- R - Повна аеродинамічна сила.
- Y - Підйомна сила.
- X - Сила лобового опору.
- Z - Бічна сила.
Формули підйомної сили і сили опору дуже схожі на формулу повної аеродинамічної сили. Що не дивно, так як і Y, і X є складовими частинами R.
- Cy - Коефіцієнт підйомної сили.
- Cx - Коефіцієнт опору.
- r - Щільність повітря.
- V - Швидкість тіла відносно повітря (повітряна швидкість).
- S - Ефективна площа тіла.
Залежність сил, що діють на крило від кута атаки. Графіки залежності сил діючих на крило від кута атаки.
Раніше вже говорилося про те, що величина і напрямок дії аеродинамічної сили залежать від форми обтічного тіла і його орієнтації в потоці. Залежність сил, що діють на крило найпростіше розглянути на прикладі пластинки, обтічної повітряним потоком.
Якщо встановити пластину вздовж потоку (кут атаки нуль), то обтікання буде симетричним (рис. 1, положення 0). У цьому випадку потік повітря пластиною не відхиляється і підйомна сила Y дорівнює нулю. Опір X мінімально, але не нуль. Воно буде створюватися силами тертя молекул повітря об поверхню пластини. Повна аеродинамічна сила R мінімальна і збігається з силою опору X.
Мал. 1. Пластина встановлена вздовж потоку
Почнемо потроху відхиляти пластину. Через скошування потоку відразу ж з'являється підйомна сила Y. Опір X трохи збільшується через збільшення поперечного перерізу пластини по відношенню до потоку.
У міру поступового збільшення кута атаки і збільшення скоса потоку підйомна сила збільшується. Очевидно, що опір теж зростає. Тут необхідно зазначити, що на малих кутах атаки підйомна сила зростає значно швидше, ніж опір (рис. 2 і 3, положення 1 і 2).
