Аэродинамика и динамика полета параплана

N	ТЕМЫ	кол-во ч.
1	Основы аэродинамики	4
2	Теория планирующего и маневренного полета	3
3	Устойчивость и управляемость параплана	3

Тема 1. Основы аэродинамики.

Основные свойства газов.

Атмосфера представляет собой смесь газов, водяного пара и аэрозолей, то есть твердых и жидких примесей (пыли, продуктов горения и конденсации, соли и т.д.). Объем основных газов составляет: азота 79%, кислорода 21%, аргона 0,93%, углекислого газа 0,03% на долю других газов (неона, гелия, криптона, ксенона, озона) приходится менее 0,01%.

Пары воды - сильно меняющийся по количеству компонент воздуха. Их может быть от 0 (сухой) до 4...5% веса (насыщенный воздух). Все пары, которые находятся в атмосфере, концентрируются в тропосфере.

К свойствам воздуха относят давление, плотность и состав. Плотность определяется температурой, давлением и наличием водяных паров (влажность).

Аэродинамические спектры обтекания тел потоком газа.

рис.5

На рисунке представлены спектры обтекания различных тел.

Крыло в потоке несжимаемой жидкости.

При малых скоростях полета сжимаемостью воздуха можно пренебречь. И за счет этого рассматривать обтекание воздухом, как несжимаемой жидкостью.

Закон Бернули.

Закон Бернули для жидкости гласит, что чем больше скорость течения жидкости в трубе, тем меньшее давление она создает. Закон действителен и для газа, но на малых скоростях, когда не сказывается сжимаемость газа.

Угол атаки крыла.

Углом атаки крыла принято называть угол между хордой профиля и вектором движения невозмущенного потока воздуха.

Рис. 6

Распределение давлений по профилю крыла.

Распределение давления по профилю крыла показано на рис. 7. Распределение зависит от угла атаки крыла. Рис. 7

Точка торможения потока.

Точкой торможения потока называют точку на профиле в том месте, где происходит разделение потока воздуха на поток по верхней и нижней поверхностям. В этой точке максимальное положительное давление. Давление в этой точке равно : P=рV2/2 , где Р- избыточное давление, р - плотность воздуха, V – скорость потока. Выражение рV2/2 называют также скоростным напором.

Рис. 8

Полная аэродинамическая сила.

На профиль крыла бесконечного удлинения в потоке воздуха действует аэродинамическая сила. Она состоит из сил давления, действующих по нормали к поверхности и сил трения, действующих по касательной к поверхности.

Рис. 9

Разложение полной аэродинамической силы.

Полную аэродинамическую силу можно разложить на составляющие: аэродинамическую подъемную силу и силу аэродинамического сопротивления.

Рис. 10

Подъемная сила.

Формула подъемной силы:

Y=Cy pV2 S / 2 , где

Y -подъемная сила (Н), Су - коэф. подъемной силы (безразмерная величина), р - плотность воздуха (кг/м³), V - скорость невозмущенного потока (м/с), S - площадь крыла (м²).

Фокус.

Фокус - точка на хорде крыла в которую не зависимо от угла атаки можно перевести Y и в этой точке Мz=Mzo=const Для скоростей меньше чем скорость звука фокус составляет 25% от хорды. Мz - момент аэродинамических сил.

Сила сопротивления.

Формула силы сопротивления:

X=Cx pV2 S / 2 , где

X - сила сопротивления (Н), Сх - коэф. силы сопротивления.

Образование индуктивного сопротивления.

Природа образования индуктивного сопротивления следующая: из-за разности давлений на нижней и верхней поверхности крыла образуется перетекание воздуха с нижней поверхности. В результате этого перетекания на концевой части образуется вихрь, на образование которого и тратится энергия.

Рис. 11

Аэродинамическое качество крыла.

Аэродинамическое качество крыла это отношение подъемной силы к силе сопротивления: K=Y/X=Cy/Cx, где К - аэродинамическое качество крыла. Другими словами К это расстояние на которое улетит параплан с единицы высоты при условии неподвижной атмосферы.

Рис.12

Зависимость Су от угла атаки.

График показывающий зависимость Су от угла атаки ALPHA.

Рис. 13

Поляра крыла.

Рис. 14

Поляра крыла это график показывающий зависимость Сх от Су

Геометрические характеристики крыла.

К геометрическим характеристикам крыла относятся: S - площадь крыла L - размах крыла, Вкорн - корневая хорда крыла, Вконц - концевая хорда крыла, Всах - средняя аэродинамическая хорда крыла, Всгх - средняя геометрическая хорда, Lambda - удлинение. Lambda=L2/S

Рис. 15

Эволюция параплана.

Эволюция параплана идет как и эволюция самолета, дельтаплана, от простого к сложному, с переходами от количества к качеству.

Изначально параплан не сильно отличался от парашюта, как внешне, так и по летным характеристикам. Количество секций на парашюте обычно 7х2 или 9х2, удлинение около 2. Качество около 2. Параплан очень быстро перерос своего родоначальника по всем параметрам. Удлинение современных крыльев достигает 6,7. Качество до 9. Количество секций до 100. Это количественные показатели.

Качественно изменились следующие вещи: появилась разветвленная cтропная система. Поменялся профиль - он стал двояковыпуклый. В профиле появились отверстия перетекания. На некоторых парапланах появились сеточки на воздухозаборниках, появились диагональные нервюры.

Сравнительные характеристики учебного и спортивного параплана.

Характеристика	Учебный	Спортивный
Удлинение	4...5	6...7
Количество секций	20...40	50...100
Количество строп, м	300...400	300...400
Вес, кг	5...6	6...7
Качество	5...7	7...9
Скорость, км/ч	20...40	22...55