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 Cy от a имеет вид:
Как видно из графика Cy практически линейно растет с увеличением a, вплоть до aкр, то есть до срыва потока с крыла.
Значение Cy колеблется на большинстве самолётов от 0 до 2. По сути коэффициент Cy 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 Cy. Однако более Cy = 6 человеку достичь не удалось, тогда как Cy большого орла при взлёте с добычей с земли достигает значения 14.
Коэффициент Cx, 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.
Cx тр (трения) — возникает из-за трения воздуха о ЛА.
Cx давления (или вихревое) — возникает из-за разности давлений перед крылом и за крылом.
Cxi (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.
Cxi возникает ещё и из-за перетекания воздуха через торцы крыла и из-за разности давлений под крылом и над крылом.
Cxi 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 Xi. Вот почему у спортивных планеров такие узкие и длинные крылья — для снижения индуктивного сопротивления.
Cx трения и Cx давления в пределах эксплуатационных a практически не изменяются, а коэффициент Cxi в зависимости от a изменяется по параболическому закону.
13. ПОЛЯРА САМОЛЕТА (ПЛАНЕРА). АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ КАЧЕСТВО.
Полярой называется график зависимости Cx от Cy. 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. aнв (наивыгоднейший) — он соответствует точке соприкосновения касательной из начала координат с полярой. aнв — это угол атаки, на котором крыло создаёт максимальную подъёмную силу с минимальным лобовым сопротивлением, он обычно соответствует vнв — 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 aнв 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 Cy и соответствует aкр.