характерная площадь крыла что это (4 видео)

Содержание

Аэродинамические характеристики крыла самолета
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА
Тема №2: Силы, действующие на крыло СЛА. Основные характеристики крыла, графики и поляры.
Полная аэродинамическая сила.
Зависимость сил, действующих на крыло от угла атаки. Графики зависимости сил действующих на крыло от угла атаки.
Поляра Лилиенталя 1-го рода.
Полное лобовое сопротивление СЛА.
Профильное сопротивление крыла.
Индуктивное сопротивление крыла.
Основные параметры, характеризующие форму крыла. Профилированное крыло.
Закон Бернулли и профилированное крыло.
Геометрические характеристики дельтаплана.
Форма трапециевидных крыльев определяется тремя параметрами:
🎬 Видео

Видео:Аэродинамика для всех - Часть 4 Аэродинамические характеристики, ПоляраСкачать

Аэродинамические характеристики крыла самолета

ВСЯКАЯ несущая поверхность, помимо сопротивления, создает еще подъемную силу, обеспечивающую полет летательного аппарата. Единый поток перед крылом разделяется на два неодинаковых потока (рис. 1,а). В верхнем потоке струйки как бы сжимаются, скорость их увеличивается, в нижнем же потоке, наоборот, струйки расширяются и скорость их уменьшается. По закону Бернулли, чем выше скорость, тем меньше давление в струе. Следовательно, над крылом образуется область, давление в которой ниже, чем под крылом.

В зависимости от скорости распределяется и давление по крылу (рис. 1,б). Каждый вектор давления на диаграммах представляет собой силу, которая действует на единицу площади поверхности крыла. Если все эти силы сложить, то получим полную аэродинамическую силу, воздействующую на крыло. Исключением в этом случае будут силы трения, которые по диаграмме распределения давления определить нельзя, так как они направлены по касательной к профилю.

Проекция полной аэродинамической силы на ось, перпендикулярную направлению потока, называется подъемной силой (рис. 2,а). Полную аэродинамическую силу R можно разложить на подъемную силу Y и силу лобового сопротивления X (рис. 2,б.)

Подъемная сила крыла зависит от его геометрических размеров, положения относительно потока, скорости полета модели, плотности воздуха и несущей способности профиля крыла. Эту зависимость принято записывать в виде формулы:

где Cy — коэффициент подъемной силы крыла, учитывающий несущую способность профиля.

Этот коэффициент зависит от формы профиля и угла атаки α — угла между скоростью набегающего воздушного потока и хордой профиля (рис. 2в). Хорда профиля — это условная прямая линия, применяемая для построения профиля, проходящая, как правило, через носик и хвостовик профиля.

Кроме сопротивления трения и формы, в коэффициент C_x входит еще один третий вид сопротивления — индуктивное. Дело в том, что крыло отбрасывает набегающий на него поток воздуха вниз со скоростью V_cp (рис. 7) так, что в итоге он направлен не по скорости v, a по скорости v₁. Это явление называется скосом потока. Угол отклонения потока ∆α называется углом скоса потока. Сложив геометрически скорости V и V_cp. получают действительное направление и величину скорости потока v1, обтекающего крыло. Изменение направления скорости вызывает, естественно, и изменение угла атаки

Благодаря скосу потока истинный угол атаки меньше геометрического. Угол скоса потока определяется по формуле

где λ — удлинение крыла.

Удлинение крыла λ определяется как отношение квадрата размаха крыла L к площади крыла Sкр

Размах крыла L определяется как расстояние между двумя плоскостями, параллельными плоскости симметрии и касающимися концов крыла.

Подъемная сила всегда направлена перпендикулярно к потоку, обтекающему крыло. Благодаря скосу потока подъемная сила отклонится назад на угол ∆α и будет перпендикулярна новому направлению скорости V₁

Эта подъемная сила называется истинной. Ее можно разложить на две составляющие: перпендикулярную к направлению скорости полета V и параллельную направлению скорости. Эта составляющая, существование которой возможно только при наличии подъемной силы, направлена всегда против движения крыла.

Коэффициент индуктивного сопротивления определяют по формуле

Угол скоса потока и индуктивное сопротивление зависят от формы профиля крыла, удлинения и от угла атаки.

Таким образом, полное лобовое сопротивление крыла конечного размаха состоит из сопротивления формы, сопротивления трения и индуктивного сопротивления (рис. 2в). Соответственно, коэффициент сопротивления крыла выражается формулой

Точка приложения полной аэродинамической силы называется центром давления. Условились считать, что центр давления лежит на хорде крыла. Если характер обтекания правой и левой половины крыла одинаков, центр давления всего крыла лежит в плоскости симметрии. Нарушение геометрической и аэродинамической симметрии крыла вызовет смещение центра давления.

Положение центра давления на хорде зависит от угла атаки и оказывается различным у профилей разной формы. Характер перемещения центра давления вдоль хорды при изменении угла атаки зависит от формы профиля.

В этом отношении профили делятся на три категории. У несимметричных 1,2 и вогнуто-выпуклых 3,4 профилей (рис. 4), у которых средняя линия вогнута, центр давления при увеличении угла атаки перемещается вперед и наиболее переднее положение занимает при α, близких к α_кр, В этом случае центр давления находится примерно на расстоянии 25—35% хорды от носика профиля. При уменьшении угла атаки он перемещается назад и при углах атаки, на которых Су становится близким к Су = 0, уходит за пределы крыла.

У симметричных профилей 4, имеющих прямую среднюю линию, центр давления в пределах значительного диапазона углов атаки занимает постоянное положение и находится примерно на расстоянии 25% длины хорды от носика. При углах атаки больших критического, центр давления у них резко уходит назад.

У S-образных профилей 6 отогнута вверх задняя кромка. Если хвостик профиля отогнут мало, то перемещение центра давления такое же, как и у профилей первой категории. Бели хвостик отогнут больше, то профиль будет иметь постоянный центр давления. Если же его отогнуть еще больше, то центр давления при увеличении угла атаки отходит назад.

Перемещение центра давления вызывает изменение момента равнодействующей воздушных сил относительно центра тяжести модели. Для того, чтобы судить об устойчивости крыла данного профиля, необходимо знать, как меняется момент воздушных сил, действующих на крыло, с изменением угла атаки.

На рис. 10 изображен профиль крыла модели. Так как при предварительных расчетах конструкция модели еще неизвестна, и, следовательно, неизвестно положение ее центра тяжести, вращение крыла рассматривают не относительно центра тяжести, а относительно точки А, находящейся на носике профиля. Силу R раскладывают не на Y и X, как это делалось раньше, а на силы R_n и R_t.

Сила R_n мало отличается от Y, поэтому с небольшой ошибкой можно допустить, что R_n = Y. Момент силы R_n относительно точки А равен

где Х_с— расстояние от центра давления до точки А.

Так как положение центра давления при разных углах атаки неизвестно, то считают, что крыло вращается силой R_m. приложенной на задней кромке профиля. Для этого необходимо, чтобы

Это равенство может сохраняться при разных углах атаки, так как изменение Y и Х_с может соответствовать изменению R_m при постоянном плече b. Величину R_m определяют в аэродинамической трубе из условия равновесия относительно опоры весов. При этом замеряют силу R_m при разных углах атаки. Зная момент, нетрудно подсчитать и коэффициент C_mA в формуле

Зависимость коэффициента C_mA от угла атаки α представлена на рис. 6.

Значение коэффициентов Сх и Су для различных углов атаки — на рис. 3. Значения коэффициентов Су для различных профилей — на рис. 5. Кривая Су по α для симметричного профиля проходит через начало координат. С увеличением вогнутости профиля кривая зависимости Су по α смещается вверх.

Объединенный график зависимости Су от Сх при различных α называется полярой (рис. 8). Имея поляру, можно определить ряд величин, которые характеризуют крыло. Если провести касательную к поляре, параллельную оси Сх, то в точке касания получают угол атаки, соответствующий Су _max (рис. 8). Этот угол называется критическим углом атаки «Крит- При увеличении угла атаки сверх критического нарушается обтекание крыла и подъемная сила уменьшается.

Как видно из поляры, при увеличении угла атаки до α _крит , подъемная сила и сопротивление увеличиваются. На больших углах атаки крыло работает в невыгодных условиях вследствие нарушения обтекания.

Наивыгоднейшим называется такой угол атаки, при котором отношение коэффициента подъемной силы к коэффициенту лобового сопротивления наибольшее. Чтобы найти этот угол, нужно из начала координат провести касательную к поляре.

Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению называют аэродинамическим качеством крыла.

При полете на угле атаки, имеющем К_max модель проходит наибольшее расстояние. Для того, чтобы модель продержалась наибольшее время в воздухе, необходимо, чтобы угол атаки был равен экономическому углу.

Угол атаки нулевой подъемной силы α₀ лежит на пересечении поляры с осью С_х. При этом угле атаки С_у = 0.

Угол атаки, при котором С_х имеет наименьшее значение С_{х min} находится в точке касания линии к поляре, проведенной параллельно оси С_у.

Значения коэффициентов Сх и Су при каком-либо значении угла атаки зависит от числа Re (рис. 9). При Re Re_кpит обтекание профиля потоком турбулентное. Благодаря перемешиванию относительная скорость и кинетическая энергия частиц воздуха вблизи профиля более высокая, чем у ламинарного пограничного слоя, и турбулентный пограничный слой может преодолевать повышенное давление на значительном участке задней поверхности профиля. Точка отрыва турбулентного пограничного слоя лежит вблизи задней кромки и тем ближе к ней, чем меньше перепад давления между соседними точками профиля и чем большую скорость имеет внешний поток. Это приводит к росту Су и уменьшению Сх.

Н. ЛЯШЕНКО, руководитель заводского клуба юных техников Харьков

Видео:Аэродинамика для всех - Часть 5 Механизация крылаСкачать

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОФИЛЯ

рис 1. Геометрические характеристики профиля.

Хорда профиля (b) — отрезок прямой, соединяющий две наиболее удалённые точки профиля.

Толщина профиля (Сmax) — величина максимального утолщения профиля.

Относительная толщина профиля (С) — отношение максимальной толщины С_макс к хорде, выраженное в процентах:

С до 13% считается тонким или средним профилем, свыше 13% — толстым профилем.

Кривизна профиля (f) — наибольшее расстояние от средней линии до хорды, выраженное в процентах.

ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА

Геометрические характеристики крыла сводятся в основном к характеристикам формы крыла в плане и к характеристикам профиля крыла. Крылья современных самолетов по форме в плане могут быть (Рис. 1): эллипсовидные (а), прямоугольные (б), трапециевидные (в), стреловидные (г) и треугольные (д)

Наилучшей в аэродинамическом отношении является эллипсовидная форма, но такое крыло сложно в производстве, поэтому редко применяется. Прямоугольное крыло менее выгодно с точки зрения аэродинамики, но значительно проще в изготовлении. Трапециевидное крыло по аэродинамическим характеристикам лучше прямоугольного, но несколько сложнее в изготовлении.

Стреловидные и треугольные в плане крылья в аэродинамическом отношении на дозвуковых скоростях уступают трапециевидным и прямоугольным, но на околозвуковых и сверхзвуковых имеют значительные преимущества. Поэтому такие крылья применяются только на самолетах, летающих на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

Рис. 1 Формы крыльев в плане

Рис. 2 Угол поперечного V крыла

Рис. 3 Геометрические характеристики крыла

Форма крыла в плане характеризуется размахом, площадью удлинением, сужением, стреловидностью (Рис. 3) и поперечным V (Рис. 2)

Размахом крылаL называется расстояние между концами крыла по прямой линии.

Площадь крыла в плане S_кр ограничена контурами крыла.

Площадь трапециевидного и стреловидного крыльев вычисляет как площади двух трапеций

(2.1)

где b₀ — корневая хорда, м;

— средняя хорда крыла, м.

Удлинением крыла l называется отношение размаха крыла к средней хорде

(2.2)

Если вместо b_ср подставить его значение из равенства (2.1), то удлинение крыла будет определяться по формуле

(2.3)

Для современных сверхзвуковых и околозвуковых самолетов удлинение крыла не превышает 2- 5. Для самолетов малых скоростей величина удлинения может достигать 12-15, а для планеров до 25.

Сужением крыла h называется отношение осевой хорды к концевой хорде

(2.4)

Для дозвуковых самолетов сужение крыла обычно не превышает 3, а для околозвуковых и сверхзвуковых оно может изменяться в широких пределах.

Углом стреловидности c называется угол между линией передней кромки крыла и поперечной осью самолета. Стреловидность также может быть замерена по линии фокусов (проходящей на расстоянии 1/4 хорды от ребра атаки) или по другой линии крыла. Для околозвуковых самолетов она достигает 45°, а для сверхзвуковых — до 60°.

Углом поперечного V крыла называется угол между поперечной осью самолета и нижней поверхностью крыла (Рис. 2). У современных самолетов угол поперечного V колеблется от +5° до -15°.

Профилем крыла называется форма его поперечного сечения. Профили могут быть (Рис. 4): симметричными и несимметричными. Несимметричные в свою очередь могут быть двояковыпуклыми, плосковыпуклыми, вогнутовыпуклыми и .S-образными. Чечевицеобразные и клиновидные могут применяться для сверхзвуковых самолетов.

На современных самолетах применяются в основном симметричные и двояковыпуклые несимметричные профили.

Основными характеристиками профиля являются: хорда профиля, относительная толщина, относительная кривизна (Рис. 5).

Хордой профиля b называется отрезок прямой, соединяющий две наиболее удаленные точки профиля.

Рис. 4 Формы профилей крыла

1 — симметричный; 2 — не симметричный; 3 — плосковыпуклый; 4 — двояковыпуклый; 5 — S-образный;6 -ламинизированный; 7 — чечевицеобразный; 8 — ромбовидный; 9 — D видный

Рис. 5 Геометрические характеристики профиля:

b — хорда профиля; С_макс — наибольшая толщина; f_макс — стрела кривизны; х_с— координата наибольшей толщины

Рис. 6 Углы атаки крыла

Рис. 7 Полная аэродинамическая сила и точка ее приложения

R — полная аэродинамическая сила; Y — подъемная сила; Q — сила лобового сопротивления; a- угол атаки; q — угол качества

Относительной толщиной профиля с называется отношение максимальной толщины С_макc к хорде, выраженное в процентах:

(2.5)

Положение максимальной толщины профиля Х_c выражается в процентах от длины хорды и отсчитывается от носка

(2.6)

У современных самолетов относительная толщина профиля находится в пределах 4-16%.

Относительной кривизной профиля f называется отношение максимальной кривизны f к хорде, выраженное в процентах.

Максимальное расстояние от средней линии профиля до хорды определяет кривизну профиля. Средняя линия профиля проводится на равном расстоянии от верхнего и нижнего обводов профиля.

(2.7)

У симметричных профилей относительная кривизна равна нулю, для несимметричных же эта величина отлична от нуля и не превышает 4%.

Дата добавления: 2016-03-05 ; просмотров: 7480 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Видео:Подъёмная сила крыла ● 1Скачать

Тема №2: Силы, действующие на крыло СЛА. Основные характеристики крыла, графики и поляры.

Видео:Основы аэродинамики для парапланериста -часть 1Скачать

Полная аэродинамическая сила.

Согласно третьему закону Ньютона сила воздействия крыла на воздух равна силе воздействия воздушного потока на крыло. Эта сила получила название полной аэродинамической силы R крыла.

Полная аэродинамическая сила – это сила, с которой набегающий воздушный поток воздействует на твердое тело.

Центр давления – точка приложения этой силы.

R — Полная аэродинамическая сила.
Cr — Коэффициент полной аэродинамической силы.
q — Динамический напор.
S — Эффективная площадь тела.

r — Плотность воздуха.
V — Скорость тела относительно воздуха (или «воздушная скорость» тела).

Сила воздействия воздушного потока на твердое тело зависит от многих параметров, главными из которых являются форма и ориентация тела в потоке, линейные размеры тела и интенсивность воздушного потока, определяющаяся его плотностью и скоростью.

Из формулы видно, что сила воздействия воздушного потока на тело зависит от линейных размеров тела, интенсивности воздушного потока, которая определяется его плотностью и скоростью, и коэффициента полной аэродинамической силы Cr.

Наибольший интерес в этой формуле представляет коэффициент Cr, определяющийся множеством факторов, главными из которых являются форма тела и его ориентацией в воздушном потоке. Аэродинамика – наука экспериментальная. Формул, позволяющих абсолютно точно описать процесс взаимодействия твердого тела с набегающим потоком воздуха, пока нет. Однако было замечено, что тела, имеющие одинаковую форму (при разных линейных размерах), взаимодействуют с воздушным потоком одинаково. Можно сказать, что Cr = R (полной аэродинамической силе) при продувке тела некоторого единичного размера воздушным потоком единичной интенсивности. Такого рода коэффициенты очень широко используются в аэродинамике, так как они позволяют исследовать характеристики летательных аппаратов (ЛА) на их уменьшенных моделях.

При взаимодействии твердого тела с потоком воздуха неважно, движется ли тело в неподвижном воздухе или неподвижное тело обтекается движущимся воздушным потоком. Возникающие силы взаимодействия будут одинаковы. Но, с точки зрения удобства изучения этих сил, проще иметь дело со вторым случаем.

Для удобства выполнения аэродинамических расчетов полную аэродинамическую силу R можно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие в скоростной системе координат. Положительное направление оси X будет направлено по вектору скорости полета, оси Y перпендикулярно к оси X вверх, а ось Z направлена перпендикулярно к плоскости, в которой находятся оси X и Y. Составляющую полной аэродинамической силы вдоль оси X назвали силой аэродинамического сопротивления. Составляющую вдоль оси Y – подъемной силой.

R — Полная аэродинамическая сила.
Y — Подъемная сила.
X — Сила лобового сопротивления.
Z — Боковая сила.

Формулы подъемной силы и силы сопротивления очень похожи на формулу полной аэродинамической силы. Что неудивительно, так как и Y, и X являются составными частями R.

Cy — Коэффициент подъемной силы.
Cx — Коэффициент сопротивления.
r — Плотность воздуха.
V — Скорость тела относительно воздуха (воздушная скорость).
S — Эффективная площадь тела.

Видео:Лекция 8 | Введение в аэродинамикуСкачать

Зависимость сил, действующих на крыло от угла атаки. Графики зависимости сил действующих на крыло от угла атаки.

Ранее уже говорилось о том, что величина и направление действия аэродинамической силы зависят от формы обтекаемого тела и его ориентации в потоке. Зависимость сил, действующих на крыло проще всего рассмотреть на примере пластинки, обтекаемой воздушным потоком.

Если установить пластину вдоль потока (угол атаки нуль), то обтекание будет симметричным (рис. 1, положение 0). В этом случае поток воздуха пластиной не отклоняется и подъемная сила Y равна нулю. Сопротивление X минимально, но не нуль. Оно будет создаваться силами трения молекул воздуха о поверхность пластины. Полная аэродинамическая сила R минимальна и совпадает с силой сопротивления X.

Рис. 1. Пластина установлена вдоль потока

Начнем понемногу отклонять пластину. Из-за скашивания потока сразу же появляется подъемная сила Y. Сопротивление X немного увеличивается из-за увеличения поперечного сечения пластины по отношению к потоку.

По мере постепенного увеличения угла атаки и увеличения скоса потока подъемная сила увеличивается. Очевидно, что сопротивление тоже растет. Здесь необходимо отметить, что на малых углах атаки подъемная сила растет значительно быстрее, чем сопротивление (рис. 2 и 3, положения 1 и 2).

Рис. 2. Начало отклонения пластины

Рис. 3. Увеличиваем отклонение пластины

По мере увеличения угла атаки воздушному потоку становится все труднее обтекать пластину. Подъемная сила хотя и продолжает увеличиваться, но медленнее, чем раньше. А вот сопротивление растет все быстрее и быстрее, постепенно обгоняя рост подъемной силы. В результате полная аэродинамическая сила R начинает отклоняется назад (рис. 4, положение 3).

И тут вдруг картина резко меняется. Воздушные струйки оказываются не в состоянии плавно обтекать верхнюю поверхность пластины. За пластиной образуется мощный вихрь. Подъемная сила резко падает, а сопротивление увеличивается. Это явление в аэродинамике называют срыв потока. «Сорванное» крыло перестает быть крылом. Оно перестает лететь и начинает падать (рис. 5, положение 4).


Рис. 4. Полная аэродинамическая сила отклоняется назад	Рис. 5. Срыв потока

Видео:Лекция 3 | Введение в аэродинамикуСкачать

Поляра Лилиенталя 1-го рода.

Покажем зависимость коэффициентов подъемной силы Cy и сопротивления Cx от угла установки пластины к набегающему потоку (угла атаки) на графиках (рис. 6 и 7). Для этого на каждом из них по горизонтальной оси будем откладывать величины угла атаки в градусах, а по вертикальной — длины векторов Су и Сх, получающиеся при положениях 1-4 пластины на предыдущих графиках.


Рис. 6. Зависимость коэффициента подъемной силы Cy от угла атаки	Рис. 7. Зависимость коэффициента сопротивления Cx от угла атаки

Объединим получившиеся два графика в один. По оси X отложим значения коэффициента сопротивления Cx, а по оси Y коэффициент подъемной силы Cy (рис. 8). Значения коээфициентов соответствуют длинам векторов Сх и Су на предыдущих графиках при положениях пластины 1-4.

Рис. 8. Поляра крыла (поляра Лилиенталя 1-го рода)

Получившаяся кривая называется поляра крыла или поляра Лилиенталя 1-го рода. Это основной график, характеризующий летные свойства крыла — график, показывающий зависимость коэффициентов подъемной силы и сопротивления от угла атаки крыла.

Откладывая на осях координат значения коэффициентов подъемной силы Cy и сопротивления Cx, этот график показывает величину и направление действия полной аэродинамической силы R. Если считать, что воздушный поток движется вдоль оси Cx слева направо, а центр давления (точка приложения полной аэродинамической силы) находится в центре координат, то для каждого из разобранных ранее углов атаки вектор полной аэродинамической силы будет идти из начала координат в точку поляры, соответствующую заданному углу атаки. На поляре можно легко отметить три характерные точки и соответствующие им углы атаки: критический, экономический и наивыгоднейший.

Критический угол атаки – это угол атаки, при превышении которого происходит срыв потока (между точками 3 и 4 на графике). Критический угол атаки интересен тем, что при выходе на него крыло летит с минимальной скоростью. Условием прямолинейного полета с постоянной скоростью является равновесие между полной аэродинамической силой и силой тяжести.

Вспомним формулу полной аэродинамической силы:

Из формулы видно, что для обеспечения постоянности итогового значения аэродинамической силы R увеличение коэффициента Cr неизбежно ведет к уменьшению скорости полета V, так как значения плотности воздуха r и площади крыла S остаются неизменными.

Экономический угол атаки – это угол атаки, на котором аэродинамическое сопротивление крыла минимально (между точками 1 и 2 на графике). Если установить крыло на экономический угол атаки, то оно сможет двигаться с максимальной скоростью.

Наивыгоднейший угол атаки – это угол атаки, на котором отношение коэффициентов подъемной силы и сопротивления Cy/Cx максимально (между точками 2 и 3 на графике). В этом случае угол отклонения аэродинамической силы от направления движения воздушного потока максимален. При установке крыла на наивыгоднейший угол атаки оно полетит дальше всего.

Видео:Урок 136. Подъемная сила крыла самолета (часть 2)Скачать

Полное лобовое сопротивление СЛА.

Мы уже говорили, что при увеличении угла атаки крыла коэффициент подъемной силы Cy сначала возрастает от 0, а затем, при достижении какого-то максимального значения, с дальнейшем увеличением угла атаки начинает уменьшаться (рис. 6).

В свою очередь, у силы лобового сопротивления нулевого значения нет (рис. 7). Сила лобового сопротивления есть при любом угле атаки и направлена всегда против движения крыла. Это объясняется тем, что лобовое сопротивление крыла является суммой сил, вызываемых различными причинами и действующих в разных режимах полета.

Профильное сопротивление крыла.

Сопротивление крыла бесконечного размаха называется профильным сопротивлением и обозначается Qp. Профильное сопротивление, вызываемое разностью давлений перед крылом и за ним, а также трением воздуха о его поверхность в пограничном слое, зависит только от формы профиля и шероховатости поверхности крыла:

где Сxp — коэффициент профильного сопротивления.

Пограничный слой (ПС) – это тонкий слой воздуха, непосредственно примыкающий к обтекаемой поверхности и тормозящийся о нее.

Непосредственно на обтекаемой поверхности скорость потока равна нулю. В этом легко убедиться. Вспомните, например, крылья бабочек. Они покрыты тончайшей пыльцой, которая не сдувается набегающим потоком.

По мере удаления от поверхности тела ее влияние на поток уменьшается, и скорость потока, соответственно, увеличивается. Толщина пограничного слоя для сверхлегких летательных аппаратов (СЛА) составляет 2-12 мм. Различают ламинарный (ровный) и турбулентный (вихревой) пограничные слои (рис. 9).

Рис. 9. Пограничный слой

Ламинарный ПС встречается на очень гладких поверхностях обтекания, как правило, при малых скоростях и температурах набегающего потока. По мере удаления от передней кромки толщина пограничного слоя увеличивается, и он из ламинарного обычно превращается в турбулентный. На парапланах и дельтапланах из-за шершавости материала, из которого изготовлены крылья, пограничный слой практически всегда турбулентный. При увеличении толщины пограничного слоя до некоторого критического значения происходит его отрыв от обтекаемой поверхности (рис. 10).

Рис. 10. Отрыв пограничного слоя

Обсуждавшийся ранее «срыв потока» фактически определяется отрывом пограничного слоя.

Индуктивное сопротивление крыла.

Второй составляющей полного лобового сопротивления крыла является индуктивное сопротивление. При переходе от крыла бесконечного размаха к крылу конечного удлинения появляется новый вид сопротивления, величина которого резко повышается при увеличении угла атаки. Это сопротивление называется индуктивным и обозначается Qi.

где — коэффициент индуктивного сопротивления, зависящий от удлинения крыла и угла атаки.

Индуктивное сопротивление объясняется перетеканием воздуха по торцам крыла из области повышенного давления в область пониженного давления над крылом (рис. 11). Так как разность давления на поверхности крыла определяет величину подъемной силы, то между подъемной силой и индуктивным сопротивлением имеется тесная связь. Если нет подъемной силы, индуктивное сопротивление отсутствует. Чем больше угол атаки, тем больше подъемная сила и, следовательно, индуктивное сопротивление.

Рис. 11. Перетекание воздуха по торцам крыла

Таким образом, полное лобовое сопротивление крыла в общем случае складывается из профильного и индуктивного сопротивлений (мы обозначали его буковкой Х, как ось, по которой оно направлено, но вообще-то его обозначают буковкой Q).

Q = Qp + Qi

На малых углах атаки основной частью лобового сопротивления является профильное. По мере увеличения угла атаки сопротивления в общем сопротивлении крыла уменьшается, а доля индуктивного — возрастает и на больших углах атаки составляет основную часть лобового сопротивления.

Видео:Аэродинамика: как взлететь и не упастьСкачать

Основные параметры, характеризующие форму крыла. Профилированное крыло.

Существует бесчисленное множество форм крыльев. Это объясняется тем, что каждое крыло рассчитывается под совершенно определенные режимы полета, скорости, высоты. Поэтому выделить какую-то оптимальную или «наилучшую» форму невозможно. Каждое хорошо работает в «своей» области применения. Обычно форму крыла определяют, задавая профиль, вид в плане, угол крутки и угол поперечного V. Разберем эти понятия.

Профиль крыла — форма (контур) сечения крыла плоскостью, параллельной плоскости симметрии крыла (рис. 12).

Рис. 12. Профиль крыла

Существует огромное количество видов профилей крыла, отвечающих тем или иным режимам полёта. Вот, к примеру (рис. 13):

Рис. 13. Виды профилей крыла: 1 — вогнуто-выпуклый; 2 — плоско-выпуклый; 3 — двояковыпуклый несимметричный; 4 — двояковыпуклый симметричный; 5 — S-oбразный (используется в конструкции дельтаплана); 6 — чечевицеобразный; 7 — ромбический; 8 — клиновидный. Стрелкой показано направление полёта.

Описывая форму профиля, применяют прямоугольную систему координат с началом в передней точке хорды. Ось X направляют по хорде от передней точки к задней, а ось Y — вверх (от нижней границы профиля к верхней). Границы профиля задаются по точкам с помощью таблицы или формулами. Контур профиля строят также, задавая среднюю линию и распределение толщины профиля вдоль хорды.

Основными параметрами, характеризующими форму профиля крыла, являются (рис. 11):

Относительная толщина профиля (С) — отношение максимальной толщины профиля Сmax к его хорде b, измеряемое в процентах.

Хорда профиля — отрезок, соединяющий наиболее удаленные точки профиля. Длину хорды обозначают через b (как у нас на рисунках 11 и 13).

Координата Хс максимальной толщины профиля измеряется в процентах от хорды, считая от носка профиля:

Максимальная относительная кривизна (вогнутость) профиля ( f ) — отношение максимальной стрелы прогиба средней линии профиля fmax к его хорде, измеряемое в процентах:

Иначе говоря, кривизна профиля – это кривизна его средний линии. Кривизну профиля принято характеризовать вогнутостью профиля, определяемой стрелой прогиба средний линии профиля.

Стрелой перегиба называется максимальное отклонение средней линии профиля от его хорды.

Средней линией профиля называется линия, проходящая через середины отрезков, соединяющих точки с одинаковой координатой X на верхнем и нижнем обводах профиля.

Кривизна профиля считается положительной, если средняя линия лежит выше хорды. При этом, вогнутость профиля может изменяться по хорде и даже менять знак для профилей с S-образной средний линией (как у наших дельтапланов).

Видео:Почему крылья на разных уровнях? Высокоплан, среднеплан, и низкопланСкачать

Закон Бернулли и профилированное крыло.

При дозвуковых скоростях полёта положительная вогнутость профиля создаёт не зависящие от угла атаки приращения коэффициента подъёмной силы Сy за счет дополнительного торможения потока нижней частью профиля. Иными словами, вогнутый «ковшик» профиля (как на рис. 12) притормаживает поток воздуха снизу, независимо от угла атаки всего профиля. А по закону Бернулли: чем ниже скорость, тем выше давление. Таким образом, происходит дополнительное увеличение давления воздуха под крылом, подъемная сила увеличивается.

Видео:Лекция 3 | Динамика полетаСкачать

Геометрические характеристики дельтаплана.

Рис. 14. Вид крыла в плане

Описывая форму крыла, используют следующие понятия (рис. 14):

Размах крыла — расстояние между плоскостями, параллельными плоскости симметрии и касающимися концов крыла.

Местная хорда — хорда профиля в произвольном сечении Z.

Центральная хорда — местная хорда в плоскости симметрии.

Концевая хорда — хорда в концевом сечении.

Если концы крыла закруглены, то концевая хорда определяется так, как это показано на рисунке 15.

Рис. 15. Определение концевой хорды у крыла с закругленной законцовкой

Площадь крыла — площадь проекции крыла в плане или площадь проекции крыла на его базовую плоскость. Под базовой плоскостью мы будем понимать плоскость, содержащую центральную хорду и перпендикулярную плоскости симметрии крыла.

Угол стреловидности по передней кромке — угол между касательной к линии передней кромки и плоскостью, перпендикулярной центральной хорде.

Местный угол крутки — угол между проекцией на плоскость, перпендикулярную центральной хорде, касательной к линии 1/4 хорд и базовой плоскостью крыла (рис. 14/2).

Рис. 14/2. Вид крыла в плане

Геометрическая крутка закладывается при проектировании ЛА и заключается в изменении углов атаки профилей разных сечений крыла (местных углов крутки). Сам профиль при этом сохраняет одинаковую форму (рис. 16).

Рис. 16. Геометрическая крутка крыла

Аэродинамическая крутка – это изменение формы профилей сечений крыла по всему размаху при одинаковых углах атаки профилей (рис. 17).

Рис. 17. Аэрдинамическая крутка крыла

Крутка считается положительной, если координата Y передней точки хорды больше координаты Y задней точки хорды. Если наоборот, координата Y передней точки хорды меньше координаты задней – крутка считается отрицательной.
Наличие крутки приводит к тому, что отдельные участки крыла устанавливаются к воздушному потоку под разными углами атаки. А это, в свою очередь, расширяет диапазон рабочих углов атаки крыла.

Местный угол поперечного V-образия крыла — угол между плоскостью хорд крыла и базовой плоскостью крыла (рис. 18).

Рис. 18. Угол поперечного V крыла

Форма трапециевидных крыльев определяется тремя параметрами:

Удлинение крыла — отношение квадрата размаха к площади крыла.

Сужение крыла — отношение длин центральной и концевой хорд.

Угол стреловидности по передней кромке — угол между касательной к линии передней кромки и плоскостью, перпендикулярной центральной хорде. В зависимости от величины и знака угла стреловидности различают ряд форм трапециевидных крыльев (рис. 19):