Основные понятия и законы аэродинамики Причины возникновения подъемной силы
Аэродинамика – это наука о законах движения воздуха (газов) и о механическом взаимодействии между воздушными потоками и телами, которые в нем находятся. Под потоком подразумевается масса воздуха, движущаяся относительно какого-либо тела. + Основная задача, которая решается аэродинамикой в интересах авиации, заключается в определении сил и моментов, действующих на самолёт при различных условиях полёта. + Теоретическая аэродинамика использует общие законы физики и термодинамики и опирается на эти науки. Основные законы аэродинамики выведены для идеального газа и установившегося потока. Идеальным газом принято считать такой газ, в котором отсутствуют силы вязкости, а молекулы газа не имеют объема. Установившийся поток – это такой поток, в каждой точке которого параметры газа не изменяются с течением времени.
Для установления законов движения газов удобно рассматривать не весь газ, а струйку. Зависимости, полученные для струйки, будут справедливы для всего потока. Полностью определяют состояние воздуха следующие характеристики: давление, температура, плотность и сжимаемость. Остальные характеристики воздуха являются производными основных параметров. Уравнение состояния воздуха p – давление υ – удельный объем R – газовая постоянная (8,31 Дж/(моль*К) ) T – температура Уравнение неразрывности ρ – плотность воздуха S – площадь сечения трубки V – скорость воздуха в сечении ρ∙ V – удельный расход воздуха
Таким образом, большему сечению соответствует меньшая скорость потока, и наоборот. Уравнение энергии (закон Бернулли) Величина р называется статическим давлением (атмосферным давлением на высоте полета), а величина - скоростным напором, или динамическим давлением. Следовательно, в любом произвольном сечении установившегося потока воздуха сумма статического и динамического давлений есть величина постоянная. Это означает, что большей скорости потока соответствует меньшее статическое давление, поэтому применительно к рис. можно записать:
Хордой крыла называется отрезок прямой, соединяющий переднюю и заднюю точки профиля крыла. Углом атаки крыла α называется угол между хордой крыла и направлением скорости невозмущенного потока.
Перед профилем крыла струйка воздуха расширяется, что приводит, согласно уравнению неразрывности, к уменьшению скорости потока. Это в свою очередь, в соответствии с законом Бернулли, обуславливает увеличение давления в передней части крыла. Обтекая верхнюю и нижнюю поверхности крыла, струйки сужаются, скорости обтекания увеличиваются, а давление уменьшается. При этом местные скорости обтекания V М превышают скорость невозмущенного потока V.
Так как на различные точки поверхности обтекаемого тела действуют разные силы давления, результирующая их будет отлична от нуля. Это различие давлений в разных точках поверхности движущегося крыла является основным фактором, обусловливающим появление аэродинамических сил. Нетрудно заметить, что степень деформации струек в потоке будет зависеть от конфигурации тела и его положения в потоке. Зная спектр обтекания тела, можно для каждой его точки подсчитать величину давления воздуха и таким образом судить о величинах и характере действия аэродинамических сил.
Проекция полной аэродинамической силы R, вдоль потока обозначается X и называется лобовым сопротивлением, а проекция направленная перпендикулярно потоку, обозначается через Y и называется подъемной силой. Точку приложения силы R называют центром давления. Эмпирически установлено, что: c R, c Y, c X – коэффициенты полной аэродинамической силы, подъемной силы и лобового сопротивления соответственно; S – площадь крыла в плане; - скоростной напор.
