2.3. Принцип обращенного движения
Принцип обращенного движения говорит о том, что аэродинамические силы не зависят от того, какое из двух взаимодействующих тел (газ или летательный аппарат) покоится, а какое находится в прямолинейном равномерном движении [19, 20]. При этом происходит замена системы: "Неподвижный воздух – движется объект" системой "Неподвижный объект – подвижный воздух". На этом основании считаются справедливыми результаты исследований в аэродинамических трубах. Это справедливо и в случае обтекания тела жидкостью.
Утверждается и обосновывается, что если одно и то же плоское крыло, например, (и сам самолет), обтекается потоком воздуха (жидкости) с одной и той же скоростью и одним и тем же углом атаки, но в противоположном направлении, то подъемная сила Yв обоих случаях будет одной и той же (равной друг другу).
|
|
Рис. 2.3. Две схемы обтекания тела потоком воздуха: 1 – прямой поток; 2 – обратный поток |
Математически принцип обосновывается следующим образом.
, (2.9)
где
,
,
– коэффициент давления.
При
:
, (2.10)
или
Y1 =Y2(2.11)
На практике могут встретиться многие сложности при применении принципа обращенного движения.
Точно принцип выглядит только теоретически, так как сложно учесть такие факторы как:
– точное достижение равномерности потока по сечению аэродинамической трубы, реки, бассейна;
– влияние стенок трубы, берегов и дна бассейна (реки);
– факт искажения потока испытуемым телом. В связи с последним сечение тела должно составлять 3 % и менее по отношению к сечению трубы (бассейна).
Первые опыты по определению сопротивления при движении проводились в натуральных условиях. Например, Галилей наблюдал падение тел в воздухе с большой высоты. Сопротивление определялось по результатам измерения высоты и времени падения тела. Эйлер (1905 г.) исследовал падение тела, скользящего по вертикально натянутой проволоке. Для этого использовалась Эйфелева башня. Тело падало с высоты 115 метров со скоростью 40 м/с. Применялся так называемый способ протаскивания, буксировки. Это использовалось для выбора оптимальных форм морского корабля при горизонтальном движении его в воде. Были попытки применения этого метода и при исследовании воздушных моделей, когда модель устанавливалась на движущуюся по рельсам тележку. Но способ при этом был связан с недостатками: ограниченная скорость, влияние тележки на поток воздуха, неравномерность движения тележки. Этот способ остался приемлемым для исследования морских судов, гидросамолетов. Лилиенталь (1874 г.) и др. использовали естественный ветер для определения силы сопротивления.
В авиации широкое применение нашла аэродинамическая труба, "воздуходувка", по Циолковскому. Известно, что первая труба появилась в 1884 году. К.Э. Циолковский в 1896 –1897 годах начал проводить систематические исследования в аэротрубе. В 1902 году появилась аэротруба Н.Е Жуковского с диаметром 1,2 м. К аэротрубам предъявляются большие требования. Равномерность скорости должна быть до 1 %, отклонение потока от оси трубы не более 0,1 %, тело в трубе не должно занимать более 3% рабочей площади трубы.