Подъёмная сила и лобовое сопротивление

Подъёмная сила возникает вследствие обтекания крыла и образования разности давлений под крылом и над крылом.

Лобовым сопротивлением крыла называется аэродинамическая сила, которая тормозит движение крыла в воздухе и направлена в сторону, противоположную движению.

Формулы этих сил одинаковы, разница только в коэффициентах.

Y= Cy S

X= Cx S

Значения этих коэффициентов получают путём продувки крыла в аэродинамической трубе.

График примерной зависимости C_y от a имеет вид:

Как видно из графика Cy практически линейно растет с увеличением a, вплоть до a_кр, то есть до срыва потока с крыла.

Значение C_y колеблется на большинстве самолётов от 0 до 2. По сути коэффициент C_y характеризует способность крыла преобразовывать скоростной напор в подъёмную силу. Существуют самолёты, оснащённые мощной механизацией крыла для уменьшения посадочной скорости и уменьшения взлётной дистанции, они имеют более высокие значения C_y. Однако более C_y = 6 человеку достичь не удалось, тогда как C_y большого орла при взлёте с добычей с земли достигает значения 14.

Коэффициент C_x, как, впрочем, и сила X, состоит в основном из 3-х составляющих. Волновая — 4-я составляющая появляется при числах M, близких к M критическому, около M = 0,8.

C_{x тр} (трения) — возникает из-за трения воздуха о ЛА.

C_x давления (или вихревое) — возникает из-за разности давлений перед крылом и за крылом.

C_xi (индуктивное) — возникает из-за так называемого скоса потока . Когда набегающий поток встречает наклонную, нижнюю, плоскость крыла, он изменяет направление движения параллельно плоскости, то есть несколько наклоняется вниз. Подъёмная сила отклоняется вместе с потоком на такой же угол назад, так как является производной от потока, изменившего направление. Появившаяся составляющая подъёмной силы на оси X и есть индуктивная составляющая.

C_xi возникает ещё и из-за перетекания воздуха через торцы крыла и из-за разности давлений под крылом и над крылом.

C_xi зависит от удлинения крыла l и угла атаки a.

Рис. 17.

Чем короче и шире крыло, тем интенсивнее происходит перетекание потока и больше индуктивное сопротивление.

Чем больше a, тем также интенсивнее происходит перетекание и увеличивается X_i. Вот почему у спортивных планеров такие узкие и длинные крылья — для снижения индуктивного сопротивления.

C_x трения и C_x давления в пределах эксплуатационных a практически не изменяются, а коэффициент C_xi в зависимости от a изменяется по параболическому закону.

13. ПОЛЯРА САМОЛЕТА (ПЛАНЕРА). АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО.

Полярой называется график зависимости C_x от C_y. Грамотный пилот, взглянув на поляру самолёта, сразу может представить, что из себя представляет ЛА в аэродинамическом отношении.

Рис. 19

На поляре можно определить несколько важных параметров.

1. a_нв (наивыгоднейший) — он соответствует точке соприкосновения касательной из начала координат с полярой. a_нв — это угол атаки, на котором крыло создаёт максимальную подъёмную силу с минимальным лобовым сопротивлением, он обычно соответствует v_нв — наивыгоднейшей скорости, скорости, на которой ЛА выполняет полёт с минимальными энергетическими затратами.

2. Угол наклона касательной — φ. Чем сильнее наклонена касательная, тем меньше аэродинамическое качество ЛА.

Аэродинамическим качеством называется отношение подъёмной силы к лобовому сопротивлению. K = Y/X. Обычно, говоря о качестве ЛА, имеют в виду максимальное качество, которое соответствует отношению Y к X на a_нв или наивыгоднейшей скорости. У спортивных планеров оно достигает 50, у большинства самолётов оно колеблется от 4 до 15.

3. Наивысшая точка поляры соответствует максимальному значению C_y и соответствует a_кр.