13.7. Распределение давления по профилю

Для расчета крыла на прочность, кроме величии коэффици­ентов c_xa, Суa, с_т необходимо знать распределение давления по профилю. Распределение давления по профилю изображается графически в виде координатной или векторной диаграмм. Коор- динатная диаграмма строится в системе координат, где по оси абсцисс откладывают относительные расстояния x=x/b (b — хорда профиля), а по оси ординат — коэффициент давления р = =Ap/q_oo, где Ар=р — рoo и qoo =ro *V2/2.

Э пюры распределения давления (координатные диаграммы) для несимметричного профиля при различных углах атаки α (α= —0,05; 0,20; 0,25 рад) изображены на рис. 13, 14. Эти эпю­ры получены при малых числах М, т. е. без учета сжимаемости потока жидкости.

распределения давления по несимметричному профилю на раз­личных углах атаки:

Рис. 13.14. Эпюры

1 - верхняя поверх­ность профиля;

2 - нижняя поверхность

профиля

В критической точке р=1 (для сжимаемой жидкости p>l). При отрицательных углах атаки эта точка лежит на верхней поверхности профиля, а при а>0 переходит на нижнюю сторону. На верxней и нижней поверхностях вблизи носика профиля происходит интенсив­ное ускорение потока с соответствующим сни­жением давления, при этом снижение давле­ния на верхней стороне профиля происходит более интенсивно, чем на нижней. Эти участки профиля являются конфузорными. За точками минимума давления поток замедляется, а дав­ление повышается. Эти участки у профиля яв­ляются диффузорными. На задней кромке про­филя, где происходит слияние струй, сбегаю­щих с верхней и нижней поверхностей про­филя, полное давление не восстанавливается, так как в пограничном слое имеют место необ­ратимые потери давления.

Если местные скорости больше Voo, то рмeст<Рoo и Др<0. В этом случае понижение давления называется подсосом. Если Vмеcт < <Voo, то р_мест >Рoo и Др>0. Это повышение давления называется подпором. В точках, где местная скорость достигает скорости невозму­щенного потока, коэффициент давления равен нулю.

На углах атаки, больших 0,05 рад, подсос обычно распространяется почти на всю верх­нюю поверхность, а подпор—на всю нижнюю.

Из приведенных эпюр распределения давления (см. рис. 13. 14) можно заключить, что при малых положительных углах атаки понижение давления на верхней поверхности значительно больше по абсолютной величине по сравнению с повышением давления на нижней поверхности, следовательно, в этом случае аэродинамическая подъемная сила профиля создается главным образом за счет подсоса на верхней поверхности и в меньшей мере – за счет подпора на нижней.

С ледует отметить, что для сжимаемой среды это положение справедливо при малых скоростях движения, при сверхзвуковых скоростях вклады верхней и нижней поверхностей в создание подъемной силы могут быть одинаковыми. При увеличении уг­лов атаки до критических картина распределения давлений по верхней поверхности существенно изменяется: подсос на верхней стороне достигает очень больших значений (p = – 2 ... – 3 ), в то время как подпор на нижней стороне по-прежнему харак­теризуется величиной р <1. В этом случае на верхней по­верхности профиля появляются значительные диффузорные участки, где возникают большие положительные градиенты давления, которые, как известно, вызывают отрыв пограничного слоя.

Рис. 13.16, Векторные диаграммы

Рис. 13.15 Схема обтекания

профиля на критическом угле атаки:

1 – безотрывное обтекание;

2 – обтекание при наличии отрыва (т – точка отрыва пограничного слон)

распределения давлений

Схема обтекания профиля на критическом угле атаки, а так­же эпюры распределения давлений с отрывом пограничного слоя для потока несжимаемой жидкости показаны на рис. 13. 15.

Точка минимума давления у дозвуковых профилей с относи­тельной толщиной с=10... 14%, располагается на верхней по­верхности вблизи передней кромки профиля. Это способствует раннему переходу ламинарного пограничного слоя в турбулент­ный, а при больших предкритических углах атаки у профилей с тонким «носиком» приводит к срыву потока.

Н а векторной диаграмме распределения давления безразмер­ный коэффициент давлений ρ изображается в виде стрелок-век­торов, направленных по нормали к поверхности профиля (рис. 13. 16). Область подсоса разрежения обозначается зна­ком «минус», а область подпора — знаком «плюс», при этом под­сос указывается стрелками, направленными в сторону внешней нормали, а подпор — в сторону внутренней. Из рисунка видно, что при малом угле атаки а= а₀ на верхней стороне профиля у передней кромки имеется подпор, который переходит в подсос. На нижней стороне наблюдается обратное явление.

Р ис. 13.17, Эпюры распределения давлений

по двум профилям различной толщины

Эпюры давлений позволяют построить график распределения нагрузки от сил давления по хорде профиля.

Рис. 13.18. Влияние поло­жения максимальной тол­щины профиля на картину

распределения давления

Если вектор ρ проектируется на хорду и проекции откладываются вдоль ординаты, соответствующей точке максимальной толщины про­филя, то полученные таким образом эпюры нагрузок позволяют опреде­лить коэффициент с_x без учета сил трения.

На картину распределения дав­ления по профилю значительное влияние оказывает форма профиля; относительная толщина (рис. 13.17), положение точек максимальной тол­щины и кривизны. При малых углах атаки со смещением абсциссы х_с сдвигается и точка минимального давления на профиле (рис. 13.18).