Тема. Общие сведения по основам аэродинамики

1. Краткая характеристика атмосферы земли. Основные законы движения воздуха.

2. Геометрические характеристики крыла самолета.

3. Аэродинамические силы, действующие на крыло. Принцип создания подъемной силы.

4. Аэродинамические характеристики крыла и самолета.

Краткая характеристика атмосферы земли

Наука, изучающая законы движения воздуха (газа) и взаимодействие воздушного потока с находящимися в нем телами, называется аэродинамикой, а силы взаимодействия воздуха и тела называются аэродинамическими.

Жуковский Н.Е. сформулировал теорему о подъемной силе, совместно с Чаплыгиным С.А. создал первые "теоретические крылья".

Атмосфера – это воздушная среда, окружающая земной шар. Нижние слои – это смесь: 78% - азот, 21% - кислород; аргон, водород, неон, углекислый газ, гелий – 1%.

Тропосфера – нижний слой атмосферы. Толщина ~ 11 км на средних широтах. Здесь: интенсивное перемешивание воздуха, образование облачности, выпадение осадков. Tемпература падает на 6,5° на каждые 100 км; в тропосфере сосредоточено ~ 80% всей массы атмосферы.

Стратосфера – над тропосферой. до Н=35-40 км.

Мезосфера –над стратосферой, до Н=80 км.

Термосфера – над мезосферой, до Н=800 км.

Экзосфера – над термосферой, более 800 км.

Основные законы движения воздуха

Характер обтекания тел воздушным потоком можно определить из аэродинамических спектров (А.С.), и зависит от формы тела, гладкости его поверхности, ориентации тела, V воздушного потока, структуры пограничного потока.

Аэродинамическим спектром называется схематическое изображение или фотография видимой картины обтекания тел воздухом.

Слой воздуха, прилегающий к обтекаемому им телу, в котором скорость меняется от нуля до скорости набегающего потока, называется пограничным слоем. По характеру течения пограничного слоя, слои делятся на три типа: ламинарный (а), турбулентный (б), смешанный (в).

При изучении движения воздуха (газа) принимают следующие допущения: среда является сплошной, воздух считается средой несжимаемой, воздух состоит их отдельных струек, с постоянными: p (давление), e (плотность), n (скорость).

Основные уравнения аэродинамики:

1. Уравнение неразрывности (непрерывности потока): закон опирается на закон сохранения массы. Через каждое поперечное сечение струйки в единицу времени протекает одна и та же масса воздуха: mi=fi´ni´ei=const m – масса, f – величина поперечного сечения, v – скорость, e – плотность воздуха. При малых скоростях - е не меняется, поэтому

f_1↓ · v₁^↑ = f₂ · v₂ = const

Из уравнения следует: средняя скорость в струйке обратно пропорциональна площади поперечного сечения, т.е. если площадь поперечного сечения потока уменьшится, то скорость в это количество раз увеличится.

2. Уравнение Бернули устанавливает связь между скоростью движения воздуха (газа) и давлением в струе. При этом опираются на закон сохранения энергии

е – плотность, v – скорость, p – давление;

где динамическое давление (скоростной напор), р – статическое давление.

Таким образом, при установившемся движении сумма динамического давления (скоростного напора) и статического давления – есть величина постоянная. Уравнение устанавливает связь между скоростью и давлением в одном сечении:

Чем > скорость воздуха в струйке, тем < давление, и наоборот. Уравнение непрерывности и закон Бернули позволяют объяснить возникновение аэродинамических сил на крыле самолета.