Аэродинамика и моделирование

Аэродинамика это востребованная авиацией наука, изучающая законы движения воздуха и силы, возникающие на поверхности объектов при дозвуковых скоростях. Аэродинамику изучают для того, чтобы уметь рассчитать аэродинамические силы и моменты, действующие на летательные аппараты.

Благодаря аэродинамике и моделированию проводят аэродинамический расчет: вычисляют максимальную, крейсерскую и посадочную скорости полёта самолета, скорость набора высоты (скороподъёмность) и наибольшую высоту полёта («потолок»), дальность полёта, полезную нагрузку и пр.

Аэродинамика самолета помогает рассчитать аэродинамические силы, действующие на него в целом и отдельно на составляющие самолет части: фюзеляж, крыло, оперение и пр.

Что такое ламинарный поток?

Ламинарный профиль

Во-первых, давайте более конкретно узнаем, что такое ламинарный поток. Любой поток текущий рядом с какой-либо поверхностью, образует пограничный слой, при этом поток имеет нулевую скорость вплотную к поверхности, а на некотором расстоянии от поверхности, он течёт с такой же скоростью, как внешние слои потока. Если этот пограничный слой течёт параллельными слоями, без передачи энергии между слоями, он называется ламинарным. Если есть передача энергии, это турбулентный поток.

Читать дальше

Первое применение ламинарного потока

P-51

P-51 «Мустанг» был первым самолётом, специально разработанным с использованием профилей ламинарного потока. Тем не менее, опытные данные показывали, что Мустанги не изготовлялись с достаточной степенью качества поверхности, чтобы поддерживать достаточно ламинарный поток на крыле. Специалисты RAF также обнаружили, что «Белл» P-63, несмотря на то, что он был разработан с учётом ламинарных профилей, также не производился с достаточным качеством поверхности, чтобы обеспечивать устойчивый ламинарный поток.

Читать дальше

Аэродинамика ламинарного потока

Аэродинамика ламинарного потока

Ламинарный поток – это плавный, непрерывный поток воздуха, проходящий по контуру крыла, фюзеляжа или других частей самолета в полёте. Ламинарный поток чаще всего встречается в передней части обтекаемого тела и является важным фактором в полёте. Если плавный поток воздуха прерывается на какой-либо секции крыла, создается турбулентность, в результате чего уменьшается подъёмная сила и повышается сопротивление. Аэродинамический профиль, рассчитанный на минимальное сопротивление и создание непрерывного потока пограничного слоя, называется ламинарным профилем.

Читать дальше

16. Выводы

Как летают самолеты?

Давайте вспомним, что мы узнали и получили некоторое представление о том, как физическое описание даёт нам большую способность понимать принципы полёта. Первое, что мы узнали:

  • Количество воздуха отклоняемого крылом пропорционально скорости крыла и плотности воздуха.
  • Вертикальная скорость отклонённого воздуха пропорциональна скорости крыла и углу атаки.
  • Подъёмная сила пропорциональна количеству отклонённого воздуха, умноженному на вертикальную скорость воздуха.

Читать дальше

15. Экранный эффект земли

Экранный эффект земли

Летательный аппарат, использующий экранный эффект

Другое распространенное явление, которое многие не понимают, это влияние земли. То есть повышение эффективности крыла при полете в пределах высоты, равной длине крыла. Самолёты с низким расположением крыла часто испытывают снижение воздушного сопротивления на 50% перед самым приземлением. Существует много путаницы с эффектом земли. Многие пилоты ошибочно полагают, что экранный эффект является результатом сжатия воздуха между крылом и землей.

Читать дальше

14. Крыльевые вихри

Крыльевые вихри

Часто спрашивают, как выглядит скос с крыла. Скос отрывается с крыла в виде листа и имеет отношение к распределению нагрузки на крыло. На фотографии видны, в виде конденсации, распределение подъёмной силы по крыльям самолёта во время крутого виража. Очевидно, что распределение нагрузки изменяется от основания до конца крыла. Ясно, что количество воздуха в скосе также должно изменяться вдоль крыла. Крыло вблизи основания выдаёт намного больше воздуха, чем на конце.

Читать дальше

13. Мощность и нагрузка на крыло

Рассмотрим теперь связь между нагрузкой на крыло и мощностью. Нужно ли иметь больше мощности, чтобы перевозить больше пассажиров и грузов? И влияет ли нагрузку на скорость сваливания? При постоянной скорости, если нагрузка на крыло увеличивается, вертикальная скорость должна быть также увеличена, чтобы это компенсировать. Это делается за счет увеличения угла атаки. Если общий вес самолёта увеличивается в два раза (например, во время виража при двойной перегрузке), вертикальная скорость воздушного потока увеличивается в два раза, чтобы компенсировать увеличение нагрузки на крыло. Индукционная мощность пропорциональна нагрузке, умноженной на вертикальную скорость, оба эти параметра увеличены в два раза. Поэтому, индукционная мощность должна быть увеличена в четыре раза! То же самое было бы верно, если бы вес самолёта был удвоен, при добавлении топлива и т.д.

Читать дальше

12. Эффективность крыла

Эффективность крыла

При крейсерской скорости, существенная часть воздушного сопротивления является индукционным сопротивлением. Паразитное сопротивление, которое доминирует на крейсерских скоростях, крыла Boeing 747 эквивалентно 1,2-сантиметровому кабелю той же длины. Спрашивается, что влияет на эффективность крыла. Мы видим, что индукционная сила крыла пропорциональна вертикальной скорости воздуха. Если длину крыла увеличить в два раза, размер нашего совка также увеличится вдвое, отклоняя вдвое больше воздуха. Таким образом, для той же подъёмной силы, вертикальная скорость (и, следовательно, угол атаки) должна быть в два раза меньше.

Читать дальше

11. Кривые мощностей

Отношение мощности и скорости

Отношение мощности и скорости

На рисунке показаны кривые мощности для индукционной мощности, паразитной мощности, а суммарная мощность равна сумме индукционной мощности и паразитной мощности. Опять же, индукционная мощность пропорциональна скорости, а паразитная мощность – скорости в кубе. На низкой скорости преобладает индукционная мощность. Чем медленнее летишь, тем меньше воздуха отклоняется, таким образом, угол атаки должен увеличиваться для поддержания той же подъёмной силы. Пилоты практикуют полёты на «обратной стороне кривой мощности», тем самым они признают, что угол атаки и мощность, необходимая для поддержания самолёта в воздухе на очень малой скорости имеют большое значение.

Читать дальше

10. Подъёмная сила и мощность

Крыло

Когда самолет проходит сквозь ранее неподвижный воздух, этот воздух приходит в движение, направленное вниз. Таким образом, воздух остается в движении после того, как самолёт улетел. Воздуху была передана энергия. Мощность – это энергия, или работа, в единицу времени. Следовательно, подъёмная сила нуждается в мощности. Эта мощность даётся двигателем самолёта.

Сколько энергии необходимо нам для полёта? Мощность, необходимая для подъёмной силы, – это работа (энергия) в единицу времени, и поэтому она равна массе воздуха, направленного вниз, помноженной на квадрат скорости этого воздуха. Мы уже говорили, что подъёмная сила крыла пропорциональна массе воздуха, направленного вниз, помноженной на скорость воздуха. Таким образом, мощность, необходимая для подъёма самолёта равна массе, умноженной на вертикальную скорость воздуха. Если скорость самолета удваивается, количество воздуха направленного вниз тоже удваивается. Поэтому, угол атаки должен быть уменьшен, чтобы получить вертикальную скорость, которая производит подъёмную силу, равную начальной. Мощность, необходимая для создания той же подъёмной силы, была сокращена в два раза. Это показывает, что мощность, необходимая для создания той же подъёмной силы, становится меньше при увеличении скорости самолёта. В самом деле, эта мощность, создающая подъёмную силу, пропорциональна скорости самолёта.

Читать дальше

Последние материалы

Полковник Даниэль Ле Рой дю Вивье
Даниэль Ле Рой дю Вивье родился в Амерсфорте (Голландия) 13 января 1915 года. 31 июля 1935 года, после обучения на факультете коммерческих наук в Католическом университете Левена, Ле Рой дю... >>
Жан де Сели-Лоншан
Жан де Сели-Лоншан, бельгиец, родился в 1911 году. Он, как и многие другие, покинул страну после капитуляции 28 мая 1940 года (король, главнокомандующий армии, решил избежать ненужного кровопролития). Чтобы продолжить... >>
Жан Оффенберг (продолжение)
Оффенберг вступил в РАФ 30 июля, и прибыл в Саттон-Бридж в тот же день, чтобы пройти обучение в 6-й авиашколе. Здесь он переучился на пилота Харрикейна и 17 августа был... >>
RJStech.com 2010—2013©

Воспроизведение, полное и частичное цитирование материалов должно сопровождаться прямой иактивной гиперссылкой на портал RJStech.com.