НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ

“КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ”

Факультет авіаційних та космічних систем

Кафедра приладів та систем керування літальними апаратами

Дисципліна“Основи авіації і космонавтики та загальна побудова літальних апаратів”

РЕФЕРАТ

на тему “ Фізичні основи створення підйомної сили літака

та гелікоптера”

Виконав: студент групи ВЛ-43

Бобко Д.В.

Київ 2015 2

Вступ ……………………………………………………………………….. ... 2

І. Термінологія …………………………………………………………….. ... 3

ІІ. Підйомна сила крила ………………………………………………….. . ... . 5

ІІІ. Параметри підйомної сили …………………………………………….. .. 8

ІV. Розрахункові формули …………………………………………………… 10

V. Підйомна сила гелікоптера……………………………………………… .. 12

Висновок………………………………………………………………………. 18

Список використаної літератури……………………………………………. . 19

Вступ

Ще з давніх часів люди, дивлячись на політ птахів, прагнули злетіти в небо,але дуже довгий час це їм не вдавалося. Якась невідома сила заважала їм це зробити. Від перших спроб подолати цю невідому силу до першого справжнього польоту пройшло багато часу та тисячі спроб.

Освоєння повітряного простору людство почало за допомогою повітряних куль, тобто літальних апаратів з середньою щільністю меншою, ніж у повітря. Однак відкриття в області аеродинаміки створили умови для втілення принципово інших засобів для переміщення в атмосфері, і привели до виникнення авіації.

На кожен аероплан, що летить в небі, діють чотири сили: тяжіння, тертя, тяги двигуна і ще одна, що утримує його в повітрі. Втім, такий літальний апарат, як планер, обходиться без мотора, і використовує для переміщення енергію атмосферних потоків. Так що ж утримує важкий літак від падіння під впливом гравітації і компенсує її? Вектор, спрямований вгору, – це підйомна сила, що виникає при омивання повітрям поверхонь крила.

І.Термінологія

Перед тим як обговорювати, де і як виникає підйомна сила, варто розглянути основні поняття геометрії профілю крила. Поперечний перетин крила площиною, паралельній площині його симетрії називається «профілем». Типовий профіль крила виглядає так:

 

Рис. 1

Максимальна відстань між крайніми точками профілю - b, називається хордою профілю. Найбільша висота профілю - c, називається товщиною профілю, а її відстань від передньої точки - координатою максимальної товщини. Лінію, точки якої рівновіддалені від верхньої і нижньої твірної профілю - l, називають середньою лінією профілю. Її максимальна відстань від хорди - f, називається кривизною профілю, а віддалення від передньої точки - координатою максимальної кривизни. Носик профілю утворений деякою кривою лінією, мінімальний радіус якої позначають - r, це радіус округлення носика профілю. Оскільки якісно треба порівнювати різні профілі різних розмірів, домовилися всі зазначені величини вимірювати щодо хорди профілю. Найчастіше при цьому навіть опускають слово «відносна». Просто, якщо товщина профілю вказана в %, то всім ясно, що це відношення реальної товщини до величини хорди профілю. На даному малюнку верхня лінія утворює профіль однієї форми, а нижняя лінія - інший. Такий профіль називається несиметричним. Якщо ж, одна твірна, є дзеркальним відображенням іншої, то профіль називається симетричним. Неважко збагнути, що кривизна симетричного профілю дорівнює нулю.

Іі. Підйомна сила крила

Всім відомо, що крило створює підйомну силу, тільки тоді, коли воно рухається відносно повітря. Тобто характер обтікання повітрям верхньої та нижньої поверхонь крила безпосередньо створює підйомну силу. Як це відбувається?

Розглянемо профіль крила в потоці повітря:

 

Рис. 2

Тут лінії течії елементарних потоків повітря позначені тонкими лініями. Профіль до ліній течії знаходиться під кутом атаки α - це кут між хордою профілю і незбуреними лініями течії. Периметр верхньої частини крила більше, ніж нижній. Через це, виходячи з міркувань нерозривності, швидкість потоку у верхній частині кромки більше, ніж у нижній. Тоді виходить, що над крилом тиск менше, ніж під ним. Явище зменшення тиску при збільшенні швидкості потоку було давно досліджено і описано Данилом Бернуллі в 1738р.. Виходячи з підсумку його роботи, а саме рівняння Бернуллі, даний факт стає досить очевидним:

;

де p – тиск газу в точці; ρ – щільність газу; v – швидкість течії газу; g – прискорення вільного падіння; h – висота відносно початку координат; Υ – адіабатична постійна.

Звідси виходить, що в різних точках профілю повітря тисне на крило з різною силою. Різницю між місцевим тиском біля поверхні профілю і тиском повітря в незбуреному потоці можна представити у вигляді стрілок, перпендикулярних контуру профілю, так що напрямок і довжина стрілок пропорційна цій різниці. Тоді картина розподілу тиску за профілем буде виглядати так:

 

Рис. 3

Тут добре видно, що на нижній твірній профілю є надмірний тиск – підпір повітря. На верхній же, - навпаки, розрідження. Причому воно більше там, де вище швидкість обтікання. Примітно тут те, що величина розрідження на верхній поверхні в кілька разів перевищує підпір на нижній. Векторна сума всіх цих стрілок і створює аеродинамічну силу R, з якою повітря діє на рухоме крило:

 

Рис. 4

Розклавши цю силу на вертикальну Y і горизонтальну X компоненти, ми отримаємо підйомну силу крила і силу його лобового опору. З картини розподілу тиску видно, що більша частина підйомної сили утворюється не з підпору на нижній твірній профілю, а з розрідження на верхній.

Точка прикладання сили R залежить від характеру розподілу тиску по поверхні профілю. При зміні кута атаки, розподіл тиску теж буде змінюватися. Разом з ним буде змінюватися і векторна сума всіх сил по абсолютній величині, напрямку і точці прикладання. До речі, останню називають центром тиску. З ним тісно пов’язане поняття фокуса профілю. У симетричних профілів ці точки співпадають. У несиметричних положення центру тиску на хорді при зміні кута атаки змінюється, що дуже ускладнює розрахунки. Щоб їх спростити, було введено поняття фокусу. При цьому рівнодіючу аеродинамічних сил розділили не на два компоненти, а на три – до підйомної сили і сили лобового опору додався ще момент крила. Такий, начебто нелогічний прийом дозволив, помістивши точку прикладання підйомної сили у фокусі профілю, зафіксувати його положення і зробити його незалежним від кута атаки. Прийом зручний, тільки не треба забувати про момент крила, який з’явився при цьому.

Розрідження на верхній частині профілю можна не тільки виміряти приладами, але і за певних умов побачити на власні очі. Як відомо, при різкому розширенні повітря, що міститься в ньому волога може миттєво конденсуватися в крапельки води. Хто бував на авіа шоу, міг бачити, як під час різкого маневрування літака, з верхньої поверхні крила зриваються потоки білої пелени. Це і є водяна пара, що сконденсувалася при розрідженні в дрібні крапельки води, які дуже швидко знову випаровуються і стають невидимими.