Нам нужны пилоты

При обтекании твердого тела воздушный поток подвергается деформации, что приводит к изменению скорости, давления, температуры и плотности в струйках потока. Таким образом, около поверхности обтекаемого тела создается область переменных скоростей и давлений воздуха. Наличие различных по величине давлений у поверхности твердого тела приводит к возникновению аэродинамических сил и моментов. Распределение этих сил зависит от характера обтекания тела, его положения в потоке, конфигурации тела.

Рассмотрим аэродинамические изменения некоторых тел.
Плоская пластинка , помещенная в поток под углом 90°, создает довольно резкое изменение направления движения потока, обтекающего ее: торможение потока перед ней, поджатие струек у ее краев и образование непосредственно за краем пластинки разрежения и больших вихрей, которые заполняют всю область за пластинкой. Позади пластинки можно наблюдать хорошо заметную спутную струю. Перед пластинкой давление будет больше чем в невозмущенном потоке, а за пластинкой вследствие разрежения давление уменьшится.

Закругленную поверхность шара обтекать проще. Зона вихрей меньше. А сила воздействия потока на
шар составляет 40% от силы воздействия на пластину.

Симметричное удобообтекаемое (каплеобразное) тело имеет более плавный характер обтекания как в передней, так и в хвостовой частях.

В сечении А — В (наибольшая величина поперечного сечения аэродинамический спектр показывает наибольшую деформацию струек, наибольшее их поджатие. В хвостовой части образуются небольшие завихрения потока, которые создают спутную струю и уносятся потоком, постепенно затухая.

Удобообтекаемое несимметричное тело по характеру обтекания близко к удобообтекаемому симметричному, и отличается величиной деформации струек в верхней и нижней частях тела.

Наибольшая деформация струек наблюдается там, где тело имеет наибольшую величину искривления поверхности тела (точка К). В районе этой точки струйки поджимаются, поперечное сечение их уменьшается. Нижняя, менее искривленная поверхность мало влияет на характер обтекания. Здесь имеет место так называемое несимметричное обтекание

При обтекании воздушным потоком симметричных (и несимметричных) удобообтекаемых тел, помещенных под некоторым углом @ (альфа), также будем иметь картину несимметричного обтекания и получим аэродинамический спектр, аналогичный тому, что получается при обтекании несимметричного удобообтекаемого тела .

На верхней поверхности тела, в месте наибольшего поджатия струек, согласно закону неразрывности струй будет наблюдать местное увеличение скорости потока и, следовательно, уменьшение давления. На нижней поверхности деформация потока будет меньше и, следовательно, меньше изменение скорости и давления.

Угол @ называется углом атаки.
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. Так как на различные точки поверхности обтекаемого тела (профиля крыла) действуют разные по величине силы давления, результирующая их будет отлична от нуля. Это различие давлений в разных точках поверхности движущегося крыла является основным фактором, обусловливающим появление аэродинамических сил.

ВАЖНО!
При выходе крыла на запредельные углы атаки начинается отрыв ламинарного потока, который обтекает крыло. А подъёмная сила имеет место на крыле только там, где поток ламинарный. Там же где поток оторвался и идёт турбулентное завихрение воздуха в том месте нет уже подъёмной силы и общая аэродинамическая сила снижается. И чем больше угол атаки выходит за критический предел, тем с большей площади крыла срывается поток в плоть до полного срыва и прекращения правильного обтекания целого крыла и как следствие полное отсутствие подъёмной силы — падение.

Величины давлений на поверхность для различных тел определяют в лабораториях путем продувки в аэродинамических трубах.

Кроме сил давления, на поверхность крыла по касательной к ней действуют силы трения, которые обусловлены вязкостью воздуха и целиком определяются процессами, происходящими в пограничном слое.
Суммируя распределенные по поверхности крыла силы давления и трения, получим равнодействующую силу, которая называется полной аэродинамической силой.
Точка приложения полной аэродинамической силы на хорде профиля крыла называется центром давления.

Самое главное из всего этого материала понять, как возникает аэродинамическая (подъёмная) сила, понять разницу в обтекании симметричных и несимметричных профилей, понять, что такое спутная струя (спутный след), разницу в обтекании обтекаемых и не обтекаемых тел и такое понятие, как угол атаки.

Ещё так же важно понимать, что система координат, в которой всё это рассматривается, имеет привязку к воздуху, а не к земле! Поэтому для появления аэродинамических сил не важно двигается ли воздух относительно обтекаемого объекта или объект относительно воздуха. Но об этом поговорим в следующих письмах.

А кто осилил этот урок, изучите еще этот и потом узнаете, как со мной связаться.
Урок 13-2. Воздух