ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА

ГЛАВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУХА

Воздух-это смесь главным образом двух газов азота и кислорода. В составе воздуха содержится около 21% кислорода и 79% азота.

Давлениемназывается сила, действующая на единицу площади и перпендикулярна ей. Обозначается обычно буквой (P), измеряется в килограммах на единицу площади (кг/м², кг/см², атм.). Воздух производит давление у земли равное весу столба воздуха от верхней границы атмосферы до земли (на уровне моря t=+15^оС) равное 1,0332 кг/см².

Температура — мера нагретости тела и определяет скорость хаотического движения молекул. Измеряется в градусах Цельсия, Кельвина или Фаренгейта. В шкале Кельвина за 0^о взята температура прекращения движения молекул (—273^о), в шкале Цельсия температура замерзания чистой воды при давлении 760 мм. рт. столба, в шкале Фаренгейта температура замерзания насыщенного раствора соли в воде. Размерность шкалы Цельсия и Кельвина совпадают, шкала Фаренгейта имеет свою размерность. Ноль градусов по Цельсию соответстует +32^о Фаренгейта, температура человеческого тела (36,6 ^оC) соответствует +97,88 ^о Фаренгейта, точка кипения воды (100^оС) +212^о Фаренгейта. Перевод из Фаренгейта в шкалу Цельсия (t^oF-32)*0,55=t^oC).

Перевод из Цельсия в Фаренгейта t^oC*1,8+32=t^oF.

Плотность. В аэродинамике под понятием плотности обычно понимают массовую плотность. Она характеризует кинетическую энергию молекул воздуха. Обозначается буквой r (читается ро). Массовая плотность — это масса воздуха, содержащаяся в объеме 1 куб. м.(м³).

ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА С ВЫСОТОЙ.

С увеличением высоты давление монотонно убывает, плотность также уменьшается, но медленнее давления, что вызвано изменением температуры.

Температура воздуха примерно до 11 км уменьшается в среднем на каждый километр на 6,5 ^оС.

МЕЖДУНАРОДНАЯ СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА

Атмосфера никогда не бывает спокойной, в ней постоянно происходит изменение параметров воздуха (давления, температуры и плотности). Чтобы иметь возможность сравнивать характеристики различных летательных аппаратов (ЛА), введена так называемая Международная стандартная атмосфера (МСА).

МСА – это система параметров атмосферы, в основу которой положены следующие значения нулевого параметра воздуха:

барометрическое давление Р =760 мм рт. ст. (Ро= 10330 кгс/м2);

температура t=+15°C (То=288 К);

массовая плотность r_о=0,125 кгс см⁴;

Согласно МСА температура воздуха на высоте до 11 км падает на 6,5°С на каждые 1000 м., то есть Dt^о= — 0,65^о на 100 м высоты (D — “дельта” – значок обозначает приращение параметра).

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА

Характер взаимодействия воздуха и движущегося в нем тела зависит от физических его свойств: инертности, вязкости, сжимаемости.

Инертность

Инертностью называется свойство воздуха сопротивляться изменению скорости. Мерой инертности является его масса

Чем больше плотность воздуха, тем большую инертность будет иметь единица объёма.

Инертность принято характеризовать массовой плотностью r_о.

Вязкость

Вязкостью воздуха называют его способность сопротивляться сдвигу одних слоёв относительно других. Воздух весьма липкая среда и при обтекании твердого тела скорость воздуха изменяется в определенном слое от 0 на поверхности тела до скорости потока.

На торможение “прилипшего” воздуха и преодоление вязкости воздуха затрачивается энергия, что является причиной возникновения силы трения о воздух.

Слой, в котором поток тормозится от своей скорости до нуля у поверхности тела называется пограничным слоем. Он невелик и имеет толщину от 1,5 до 3 % от длины обтекаемого тела.

Сжимаемость

Воздух — это газ, и он подвержен сжимаемости. Заметное влияние на обтекание тел сжимаемость оказывает на М=0,4 и более. До М=0,4 влияние сжимаемости обычно не учитывается.

Число М (Маха) показывает отношение скорости полёта к скорости распространения звуковых волн.

У земли скорость звука около 1230 км/ч. С увеличением высоты плотность воздуха падает, он становится менее упругим и скорость звука падает.

Следовательно, при равной скорости относительно воздуха с поднятием на высоту число М растет.

УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ

В аэродинамике частным случаем закона сохранения энергии является уравнение Бернулли. Полная энергия складывается из потенциальной энергии (Р — статическое давление) и кинетической (rV²/2 — скоростной напор).

Выражение rV²/2 называется скоростным напором и характеризует кинетическую энергию потока, где

r — массовая плотность воздуха;

V — скорость потока.

Рис. 2

Запомните это выражение. Оно будет использоваться очень часто.

р+rV²/2=const (величина постоянная)

Сумма статического давления и динамического давления (скоростного напора) в различных сечениях неразрывного потока есть величина постоянная, то есть с уменьшением сечения увеличивается скорость потока и падает статическое давление и наоборот.