4.6. Аэродинамические силы

Аэродинамические силы – это силы, с которыми действует поток газа на тела. В этих условиях уравнение Бернулли надо применять с учетом возможной сжимаемости среды. Однако расчеты показывают, что вплоть до скоростей (500-600) влиянием сжимаемости можно пренебречь. Существенным влияние сжимаемости среды будет при скоростях близких к скорости распространения звука в данной среде.

Если аэродинамическая сила направлена под углом к направлению движения тела в среде, то ее можно представить в виде двух сил, а именно, в виде подъемной силы ( ) и силы препятствующей движению, силы лобового сопротивления ( ).

Рассмотрим действие аэродинамических сил на примере крыла самолета с профилем Жуковского, для которого характерно, что площадь верхней части крыла меньше площади нижней (см. рис. 4.8).

Силы и возникают в результате взаимодействия крыла с вихрями. Различают три основных вида вихрей:

- вихри, возникающие за крылом. Причина их возникновения – сила вязкого трения. Эти вихри обуславливают часть лобового сопротивления (профильное сопротивление ( )),

- вихри, возникающие в результате циркуляции газа вокруг крыла. В верхней части крыла направление циркуляции газа совпадает с направлением потока налетающего газа, а в нижней эти потоки направлены в противоположные стороны. Следствием этого является то, что сверху крыла скорость потока газа больше, чем снизу, а это значит, в соответствии с уравнением Бернулли, что сверху давление меньше, чем снизу – возникает подъемная сила ,

- вихри, стекающие с конца крыла и образующие вихревые жгуты. Работа затрачиваемая на образование этих жгутов определяет добавочное индуктивное сопротивление ,

Следует отметить, что при больших скоростях движения дополнительно совершается работа на звукообразование, возникает волновое сопротивление .

Как показывает опыт и теория, подъемная сила и полное лобовое сопротивление могут быть представлены выражениями:

,

,

где, для рассматриваемого случая,

- несущая поверхность крыла,

и - коэффициенты подъемной силы и лобового сопротивления, соответственно.

Действием аэродинамических сил объясняется эффект Магнуса. Этот эффект возникает при движении вращающегося тела в газе или жидкости. Рассмотрим вращающийся цилиндр, находящийся в потоке газа (см. рис. 4.9). При вращении тела, воздух вблизи его поверхности увлекается вращающейся поверхностью и возникающий поток складывается или вычитается из потока налетающего газа.

В результате возникает разность скоростей обтекания тела газовым потоком и, следовательно, возникает разность давлений, сила, отклоняющая тело в направлении перпендикулярном направлению потока газа.

Раздел II молекулярНая физиКа и термодинамика

1. Основные макропараметры