Каждый день мы имеем дело с теми или иными явлениями, связанными с аэродинамикой. Например, если дует сильный ветер, мы стараемся идти боком вперед (так нам легче идти), а не так как мы ходим обычно. Обтекаемая форма космических кораблей, самолетов позволяет им быстрее преодолевать большие расстояния в воздухе. Но мы не задумываемся над этим. А ведь только благодаря открытиям в области аэродинамики люди научились строить самолеты, вертолеты, парусные корабли. И именно поэтому аэродинамика является очень важным разделом физики, который нуждается в доскональном изучении.
Что такое вообще эта аэродинамика?
Аэродинамика - раздел механики, в котором изучаются законы движения воздуха и силы, возникающие на поверхности тел, относительно которых происходит его движение. В аэродинамике рассматривают движение с дозвуковыми скоростями, т.е. до 340 м/сек (1200 км/ч).
Одна из основных задач аэродинамики – обеспечить проектные разработки летательных аппаратов методами расчета действующих на них аэродинамических сил. В процессе проектирования самолета (вертолета и т.п.) для определения его летных свойств производят так называемый аэродинамический расчет, в результате которого находят максимальную, крейсерскую и посадочную скорости полета, скорость набора высоты и наибольшую высоту полета, дальность полета, полезную нагрузку и т.д.
Специальный раздел аэродинамики – аэродинамика самолета – занимается разработкой методов аэродинамического расчета и определением аэродинамических сил и моментов, действующих на самолет в целом и на его части – крыло, фюзеляж, оперение и т.д. К аэродинамике самолета относят обычно и расчет устойчивости и балансировки самолета, а также теорию воздушных винтов
Как самостоятельная наука аэродинамика возникла в начале 20 века в связи с потребностями авиации. Рождавшаяся авиация требовала разработки теории и создания методов расчета подъемной силы крыла, аэродинамического сопротивления самолета и его деталей, тяговой силы воздушного винта.
Хотел бы сейчас, расписать о теореме Жуковского Николая Егоровича.
Жуковский Николай Егорович(1847 – 1921), русский ученый в области механики, основоположник современной гидроаэродинамики. Жуковский открыл в 1904г принцип образования подъемной силы крыла аэроплана и сформулировал теорему, позволяющую определять ее величину. Теорема Жуковского, устанавливающая связь подъемной силы крыла с циркуляцией, является основой аэродинамики. Теория Жуковского легла в основу современной теории крыла и гребного винта. С помощью теории Жуковского могут быть вычислены подъемная сила крыла конечного размаха, тяга гребного винта, сила давления на лопатку турбины и компрессора и др.
Почему самолет летает?
Летательный аппарат может получать постоянную подъемную силу, если он непрерывно отбрасывает воздух вниз. Именно для этого и нужны самолету крылья. . Если крыло движется горизонтально, то исходя из закона Бернулли - давление текущего воздуха больше там, где скорость его течения меньше, и, наоборот, меньше там, где скорость ее течения больше.
Образование подъемной силы основано на законе механики о количестве движения (2ой Ньютона). Так как всякое действие всегда встречает равное по величине и противоположное по направлению противодействие (3ий Ньютона), то подъемная сила будет приложена к крылу самолета и направлена вверх. Подъемная сила зависит от массы ежесекундно отбрасываемого воздуха. Подъемная сила зависит от формы крыла и угла атаки.
Итак, подъемную силу можно создавать довольно просто, но для этого обязательно нужно, чтобы крыло в воздухе двигалось. Решается это по-разному: птицы машут крыльями; планеры используют снижение. На образовании подъемной силы крыла основан и полет вертолетов: если несколько крыльев соединить вместе и вращать их двигателем, то каждое крыло будет создавать подъемную силу и они поднимут вертолет в воздух. Наклоняя ротор в сторону, вертолет будет двигаться в нужном направлении.
Для того чтобы уменьшить взлетно-посадочную скорость самолетов, летающих с большой скоростью, можно, например, изменять в момент посадки или взлета форму и профиль крыла. Наиболее распространенный вид такой, как ее называют, «механизации» крыла – установка закрылков. Отклонение их перед взлетом или посадкой увеличивает подъемную силу крыла и позволяют уменьшить взлетно-посадочную скорость.
Аэродинамическая труба.
Аэродинамическая труба - установка, создающая поток воздуха или газа для экспериментального изучения явлений, сопровождающих обтекание тел. С помощью аэродинамической трубы определяют силы, возникающие при полете самолетов и вертолетов, ракет и космических кораблей, при движении подводных судов в погруженном состоянии; исследуются их устойчивость и управляемость; отыскиваются оптимальные формы самолетов, ракет, космических и подводных кораблей, а также автомобилей и поездов; определяются ветровые нагрузки, а также нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и сооружения – мосты, мачты электропередач, дымовые трубы и т.п. В специальных аэродинамических трубах исследуется нагревание и теплозащита ракет, космических кораблей и сверхзвуковых самолетов. Опыты в аэродинамических трубах основываются на принципе обратимости движения, согласно которому перемещение тела относительно воздуха (или жидкости) можно заменить движением воздуха, набегающего на неподвижное тело. Для моделирования движения тела в покоящемся воздухе необходимо создать в аэродинамической трубе равномерный поток, имеющий в любых точках равные и параллельные скорости (равномерное поле скоростей), одинаковые плотность и температуру. Обычно в аэродинамических трубах исследуется обтекание модели проектируемого объекта или его частей и определяются действующие на нее силы. При этом необходимо соблюдать условия, которые обеспечивают возможность переносить результаты, полученные для модели в лабораторных условиях, на полноразмерный натурный объект.
Аэродинамическое сопротивление.
Аэродинамическое сопротивление, лобовое сопротивление, сила, с которой газ (например, воздух) действует на движущееся в нем тело; эта сила направлена всегда в сторону, противоположную скорости, и является одной из составляющих аэродинамической силы. Знание аэродинамического сопротивления необходимо для аэродинамического расчета летательных аппаратов т.к. от него зависит, в частности, скорость движения при заданных тяговых характеристиках двигательной установки.
