Основные законы и понятия аэродинамики
Первым основным законом аэродинамики является закон обращения движения, согласно которому результаты рассмотрения не изменяются от того, изучать ли взаимодействие неподвижного тела с обтекающей его движущейся средой или, наоборот, движение тела в неподвижной среде с той же относительной скоростью.
Второй закон выражает постоянство массы, что позволяет определять скорости воздуха (жидкости) в различных сечениях замкнутого (ограниченного) пространства. Вычисляется он уравнением неразрывности
, (1)
где 
- плотность;
S – площадь;
- скорость.
Третий закон – закон сохранения энергии, записывается в виде уравнения Бернулли:
, (2)
где P0 – полное давление;
P – статическое давление.
Поток воздуха, набегая на какое-либо тело, воздействует на него некоторой силой. Согласно первому закону аэродинамики, величина этой силы давления не изменяется в зависимости от того, движется ли воздушный поток, а тело неподвижно, или наоборот. Тело движется, а воздух неподвижен, если скорости движения в том или другом случае одинаковы.
Так как в первом случае поток, а во втором – тело встречают в направлении своего движения сопротивление, то составляющую силу давления в этом направлении называют силой сопротивления.
Если поверхность площадью S расположена перпендикулярно направлению воздушного потока, то вся сила давления воздуха будет являться силой сопротивления этой поверхности.
При наклонном положении пластины к направлению потока под некоторым углом 
, поток будет действовать на нее с силой F (рис. 13). Сила F раскладывается по осям на составляющие Fx и Fy .
Сила Fy стремится поднять пластину, поэтому ее называют подъемной силой. Сила Fx называется силой сопротивления.
 |
Рис. 13. Схема действия сил на пластину
Величина подъемной силы Fy зависит от угла натекания (атаки) воздушного потока на пластину. Если этот угол равен нулю, то и подъемная сила равна нулю. Отношение подъемной силы Fy, действующей на площадку S, к силе воздействия динамического напора на эту площадку, когда она перпендикулярна направлению потока, представляет из себя безразмерную величину, именуемую аэродинамическим коэффициентом подъемной силы
. (3)
Аналогично вводится безразмерный аэродинамический коэффициент силы сопротивления
. (4)
Аэродинамические коэффициенты Cx и Cy получают при продувке моделей в аэродинамических трубах и строятся в виде графических зависимостей 
и 
от угла атаки (см. рис. 14).
Изменение скорости потока за пластиной приводит к изменению статического давления за пластиной и нелинейному изменению коэффициентов Cx и Cy.
Имея опытные коэффициенты Cx и Cy, мы можем подсчитать величины подъемной силы и силы сопротивления для данного угла атаки геометрически подобной поверхности с различной величиной ее площади S.
Применительно к крылу, его подъемную силу, в ньютонах, подсчитывают по выражению
(5)
а лобовое сопротивление
, (6)
где S – площадь крыла, м2.
Характер изменения скорости потока за пластиной, а, следовательно, и величина коэффициентов Cx и Cy зависит не только от угла наклона поверхности к направлению потока, но и от расположения ее сторон к направлению потока.
Если более длинная сторона поверхности располагается перпендикулярно потоку, то коэффициент Cy имеет максимум на меньших углах 
набегания потока на поверхность и, наоборот, при расположении короткой стороны поверхности перпендикулярно направлению потока максимальное значение Cy получается на больших углах 
наклона поверхности к направлению потока (рис. 14).
 |
Рис. 14. Характеристика изменения коэффициентов Сх и Су при различных положениях поверхности к направлению воздушного потока
В авиационной практике, а также в современной ветроэнергетике, стремятся придать телу крыла такую форму, которая давала бы максимальную подъемную силу и минимальное лобовое сопротивление.
Дата добавления: 2016-04-14; просмотров: 9896;