Mișcarea corpurilor în aer
După familiarizarea cu proprietățile aerului în ea ia în considerare mișcarea unui corp. Pentru aceasta ne întoarcem la cazul cel mai simplu - acțiunea fluxului în placa dreptunghiulară, furnizate perpendicular pe acesta. De exemplu, să ia o foaie mare de placaj si se va muta cu ea, sau, dimpotrivă, vom fi înlocuind acțiunea vântului. Aerul se va apăsa pe foaie, împiedicând mișcarea. Această rezistență a aerului la un organism numit rezistența corpului sau forța de tragere și este notată cu Q. „tragere“ Numele arată că această forță acționează spre corp și împiedică mișcarea sa, așa cum dirijate direct în „cap“. Apariția presiunii tragere se datorează în principal diferenței înainte și în spatele corpului la o presiune ridicată, care determină curenții de aer de intrare la o parte în avans a corpului (Fig. 6).
Fig. 6. Înainte de corpul de fluxuri de aer pentru a face loc formarea de aer încărcat în prealabil; în spatele corpului fluxuri fuzionează pentru a forma un vid și vârtejuri.
În spatele fluxurile corpului nu au timp pentru a lega și se formează o regiune cu o presiune ușor redusă, umplut cu vârtejuri.
Magnitudinea tragere depinde de suprafața mai mare secțiune transversală a corpului perpendicular pe fluxul, sau -din pătrat midsection S (fig. 7a). Cu cât sunt mai furnir, avion, vehicul, secțiunea proiectile centrul navei, numit adesea zona frontală, în general mai mare rezistență a corpului, deoarece creșterea în acest domeniu în consecință crește numărul de particule de aer corp întâlnite, și mai mult decât atât, se schimbă fluxul corpul de caractere.
Trageți depinde în mare măsură de viteza de mișcare a corpului: mai mare viteza, masa mai mare de particule izbesc de aer se va întâlni corpul la fiecare punct de timp, prin urmare, cu atât mai dificil să se miște.
rezistenta organismului, sau glisa, depinde de densitatea aerului p, deoarece aerul mai dens, mai mult aer este particule per unitate de volum și mai dificil să se miște.
In afara de factorii de mai sus S, v, ρ, pentru valoarea rezistenței are o formă mare corp influență. De exemplu, dacă luați cele două organisme cu aceleași mijlocul navei - corp fusiform și conduce - și le sufla așa cum se arată în Fig. 7b, este posibil să se asigure că organismul fusiform are 50-80 de ori o rezistență mai mică decât discul.
Fig. 7: A - zona de midsection a diferitelor organisme; b - în același organism fusiform rezistență la mijlocul navei este mai mică decât discul,
Fig. 8. Newton a sugerat că întregul volum al aerului de intrare se oprește placa.
Am găsit unele dintre motivele pentru care rezistența organismului depinde, dar practicanții sunt mereu interesați de cum se calculează.
Newton urmează abordat pentru a cuantifica forța de rezistență a corpului în aer.
Să considerăm cazul curgerii pe placa dreptunghiulară plană rampă, perpendicular pe fluxul livrat (Fig. 8).
Aerul care intră în ea a inhibat placa. Newton a pornit de la presupunerea că particulele de aer lovesc placa piardă complet viteza. Apoi placa este 1 sec pentru a opri volumul de aer egal cu volumul
paralelipiped dreptunghiular cu S bază și o înălțime de 2 m v m, este numeric egal cu viteza. Acest volum de aer va fi:
În consecință, placa de 1 sec pentru a opri masa de aer egal cu:
Acționând pe o forță de tragere corp este ușor de determinat de a doua lege a lui Newton:
dar = 1 AT secundă, o = v Av, deoarece, prin ipoteză, viteza de curgere incidente la impact cu placa este schimbat de la zero la v.
Prin urmare, forța de tragere va fi numeric egală cu schimbarea de impuls a fluxului de incidente.
Cu toate acestea, derivare de tragere nu este în întregime adevărat, pentru că de fapt particulele de aer la întâlnirea cu placa nu-și piardă complet de viteză. Ei încercuiască placa, sau, cum se spune, curg în jurul ei. În acest sens, formula lui Newton care urmează să fie plătită la un factor de corecție care ar caracteriza debitul de frânare.
Cu toate acestea, pentru a calcula placa de frânare de debit sau de alt organism este extrem de dificil. Prin urmare, este determinată empiric. Modelul corp fabricat într-un tunel de vânt și aerul este suflat în utilizarea solzi măsura forța de rezistență a unui Q. corp frontal Cunoașterea Q putere, care p densitatea aerului, modelul midsection S, viteza de curgere v și numai deduce că relația dintre ele, un factor de corecție este determinată, care este notat cu Cx .
Fluxul mai mare este frânată, cu atât mai mult coeficientul Cx. coeficientul Cx este numit un coeficient aerodinamic cap-corp. El nu este constantă și depinde de o serie de motive. Pentru fiecare model al corpului, cum ar fi o farfurie, castron, corpul fusiform coeficientul Cx are valoarea sa. Prin modificarea acestui raport este deosebit de interesant în studiul fluxului în corpurile tunele de vânt.
Pentru comoditate, formula trageți înainte de a fi pus factor constant de 1/2. și apoi va fi în cele din urmă scris în această formă:
În această formulă, valoarea familiar
ușor de măsurat cu experiență are dimensiune kg / m2 și se numește capul de viteză.
Folosind formula de tragere, puteți rezolva multe probleme, de exemplu, determina dacă țineți împotriva foaia debitmetru de placaj, dacă te duci cu el la o viteză de 40 km / h (sau 11,1 m / s) pe un camion, de exemplu, Crucea trece în Caucaz? Înălțimea m. Această zonă sarcină șa 2382 și viteza foii sunt cunoscute. Necunoscut - la o înălțime de 2382 m Densitate -. Ia din tabele, atmosfera standard internațională (partea I, § 1), va fi coeficientul necunoscut de plăci trageți ia date de purjare Cx = 1,28. Înlocuind aceste valori în trageți, obținem:
Puteți decide pentru ei înșiși cât de multe ori va crește această putere, masina va merge la aceeași viteză, dar mai mici - la nivelul mării.
Folosind aceeași formulă, de interes pentru a determina viteza la care vertical parașutist fluxului de aer, situat la o altitudine de 1000 m, nu se poate
coboară pe pământ. Încearcă să rezolve această problemă, ne amintim că jgheabul are o suprafață calotă egală cu 60 m 2 pentru coeficientul de rezistență Cx al domului = 0,7, densitatea aerului la o altitudine de 1000 m.
Greutate parașutist parașută ia egal 88 kg.
Înlocuind aceste valori în formula trageți, obținem:
Prin urmare, pentru a determina viteza verticală necunoscută a fluxului în creștere:
După cum se poate observa, la un debit de 6,1 rezistență m / sec contrabalansează baldachin parașuta parașuta greutate și parașutist, iar coborârea se oprește. Și dacă debitul vertical va fi un pic mai mult? Apoi parașutistul, în loc de jos, va crește.
Acest eveniment rar a avut loc în urmă cu 25 de ani în regiunea Soci, atunci când parașutistul sari din avion, a intrat într-o zonă de „turbulențe de aer“, saturat cu aer vertical puternic. Spre surprinderea lui, el nu a mers în jos și să curgă fasole în aer timp de aproximativ două ore, în cele din urmă a aterizat.
În formula, coeficientul de rezistență Cx depinde de mai mulți factori: forma corpului, orientarea corpului în raport cu debitul, starea suprafeței corpului, vâscozitatea gazului și a altor factori 1.
Forțele de frecare care apar în fluxul de corpuri brute este mult mai mare decât în suprafețele de curgere netede. Acesta este motivul pentru care suprafața aeronavele moderne tăiați foarte atent. Atunci când această forță de frecare este puternic dependentă de gradul de curgere vorticitate raționalizate. fluiditatea Nezavihronny se numește laminar sau flux stratificat. Curgerea laminară a particulelor de aer curge lin, fără a fi amestecate unele cu altele fără a trece de la un strat la. flux vorticitate este numit turbulentă, este compus dintr-o multitudine de vartejuri mici. In curgerea turbulentă, amestecarea particulelor într-o direcție perpendiculară pe fluxul. În turbulentă în mișcare a aerului de experiență a corpului de frecare mai mare decât în laminar. Studiul mișcării turbulente dedicat numeroase lucrări remarcabile ale Academicianul sovietic A. N. Kolmogorov.
Odată stabilit, în gazul sau vârtejurile lichid persistă mult timp în flux și pasaj comun antrenat, corpul întins sub forma unei străzi vortex. De exemplu, pentru un trecut mult timp pe râu cu barca pe suprafața calmă a urme aparent mai divergente rămâne mult timp. Culoarea aceasta piesa este diferit de cealaltă parte a apei indică prezența în ea a vârtejurile mai nezatuhshih stabilite cauzate de activitatea elice și corpul raționalizate rău.
Pentru aeronave care zboară rămâne, de asemenea, o urmă de vârtejuri mici și mari. Skydivers sari din avioane, sugerează că, chiar și fără a deschide parașuta și fiind în mod semnificativ în spatele planului indepartezi, in care prezinta tremor severe și mișcarea de rotație a corpului, așa-numitele „turbulențelor“.
vartejuri mari de aer care aruncă în unele moduri de zbor dintr-o aripă de aeronave, pot fi periculoase pentru coada, mai ales la viteze mari de zbor în cazul în care efectul lor poate fi comparat cu căderea de caramida, de rupere departe de aripa și zboară la coada.
În practica construcției de aeronave, în urmă cu 25 de ani, ori au fost atunci când dovedit aparent de aeronave în serie, în unele moduri de zbor a început să se destrame în aer. Acest lucru a avut loc, așa cum sa constatat, din cauza vibrațiilor provocate de perturbarea vârtejurile de pe aripa și le-a lovit să eșueze ampenaj cesionat. Acest fenomen se numește baffting.
Piloții de testare de aeronave de testare sunt conștienți de „baffting“ pentru lovituri și trepidațiilor tipice, care să le infiltrate în cabina de pilotaj prin fuselaj din coada aeronavei. Pentru a evita consecințele catastrofale care ar trebui să treacă imediat la un alt mod de zbor, reducând viteza aeronavei.
Fig. 9. Aerul acționează asupra corpului sub forma unei forțe de presiune și frecare.
Dragostea cu natura apariție a glisa trebuie amintit faptul că, atunci când fluxul de aer afectează organismul, eventual sub forma unor forțe de presiune și frecare (Fig. 9). Alte forțe nu pot fi.
1 Când debitul proporțional cu viteza sunetului, coeficientul Cx începe să depindă de viteza de curgere (cm. Hr. I, § 5)