Әрбір авиаконструкторлық бюрода бас дизайнердің мәлімдемесі туралы әңгіме бар. Тек мәлімдеменің авторы ғана өзгереді. Бұл былай естіледі: «Мен өмір бойы ұшақтармен айналыстым, бірақ мен бұл темірдің қалай ұшатынын әлі түсінбеймін!». Шынында да, Ньютонның бірінші заңы әлі жойылған жоқ және ұшақ ауадан ауыр екені анық. Көп тонналық машинаның жерге құлауына қандай күш жол бермейтінін анықтау керек.
Әуе саяхатының әдістері
Саяхаттаудың үш жолы бар:
- Аэростатикалық, жерден көтеру кезінде меншікті салмағы атмосфералық ауаның тығыздығынан төмен дененің көмегімен жүзеге асырылады. Бұл шарлар, дирижабльдер, зондтар және басқа ұқсас құрылымдар.
- Реактивті, бұл ауырлық күшін жеңуге мүмкіндік беретін жанғыш отыннан ағын ағынының өрескел күші.
- Және, сайып келгенде, жер атмосферасы ауадан ауыр көліктер үшін тірек зат ретінде пайдаланылған кезде лифт жасаудың аэродинамикалық әдісі. Ұшақтар, тікұшақтар, гиропландар, планерлер және айтпақшы, құстар дәл осы әдіс арқылы қозғалады.
Аэродинамикалық күштер
Әуеде қозғалатын ұшақ төрт негізгі көп бағытты күштің әсерінен. Шартты түрде бұл күштердің векторлары алға, артқа, төмен және жоғары бағытталған. Бұл дерлік аққу, қатерлі ісік және шортан. Ұшақты алға қарай итеретін күшті қозғалтқыш жасайды, артқа - ауа кедергісінің табиғи күші, ал төмен қарай - ауырлық күші. Ұшақтың құлауына жол бермеудің орнына - қанаттың айналасындағы ағынға байланысты ауа ағыны тудыратын көтергіш.
Стандартты атмосфера
Ауа күйі, оның температурасы мен қысымы жер бетінің әртүрлі бөліктерінде айтарлықтай өзгеруі мүмкін. Тиісінше, ұшақтың барлық сипаттамалары бір жерде немесе басқа жерде ұшу кезінде де ерекшеленеді. Сондықтан, ыңғайлы болу және барлық сипаттамалар мен есептеулерді ортақ бөлгішке келтіру үшін біз стандартты атмосфера деп аталатынды келесі негізгі параметрлермен анықтауға келісті: қысым теңіз деңгейінен 760 мм Hg, ауа тығыздығы 1,188 кг/ текше метр, жылдамдығы. дыбыс секундына 340,17 метр, температура +15 ℃. Биіктік өскен сайын бұл параметрлер өзгереді. Әртүрлі биіктіктер үшін параметрлердің мәндерін ашатын арнайы кестелер бар. Барлық аэродинамикалық есептеулер, сондай-ақ ұшақтың өнімділік сипаттамаларын анықтау осы көрсеткіштер арқылы жүзеге асырылады.
Көтерудің ең қарапайым принципі
Алдағы ауа ағынында болсатегіс затты қою үшін, мысалы, алақанды қозғалатын көліктің терезесінен шығару арқылы сіз бұл күшті сезінесіз, олар айтқандай, «саусақтарда». Алақанды ауа ағынына қатысты кішкене бұрышқа айналдырған кезде, ауа қарсылығынан басқа айналу бұрышының бағытына байланысты жоғары немесе төмен тартылатын тағы бір күш пайда болғаны бірден сезіледі. Дененің жазықтығы (бұл жағдайда алақан) мен ауа ағынының бағыты арасындағы бұрыш шабуыл бұрышы деп аталады. Шабуыл бұрышын басқару арқылы сіз көтеруді басқара аласыз. Шабуыл бұрышының ұлғаюымен алақанды жоғары итеретін күш күшейетінін оңай көруге болады, бірақ белгілі бір нүктеге дейін. Ал 70-90 градусқа жақын бұрышқа жеткенде, ол мүлдем жоғалады.
Ұшақ қанаты
Көтеруді тудыратын негізгі тірек беті - ұшақтың қанаты. Қанат профилі әдетте суреттегідей иілген тамшы пішінді болады.
Қанаттың айналасынан ауа өткенде, қанаттың жоғарғы бөлігімен өтетін ауаның жылдамдығы төменгі ағынның жылдамдығынан асып түседі. Бұл жағдайда үстіңгі жағындағы статикалық ауа қысымы қанат астындағыға қарағанда төмен болады. Қысым айырмашылығы қанатты жоғары итеріп, көтеруді тудырады. Сондықтан қысым айырмашылығын қамтамасыз ету үшін барлық қанат профильдері асимметриялы түрде жасалады. Шабуылдың нөлдік бұрышындағы симметриялы профилі бар қанат үшін деңгейлік ұшудағы көтеру нөлге тең. Мұндай қанатпен оны жасаудың жалғыз жолы - шабуыл бұрышын өзгерту. Көтеру күшінің тағы бір құрамдас бөлігі бар - индуктивті. Олқанаттың қисық астыңғы бетінің ауа ағынының төмен қарай қисаюына байланысты қалыптасады, бұл табиғи түрде қанатқа әсер ететін жоғары кері күштің пайда болуына әкеледі.
Есеп
Ұшақ қанатының көтеру күшін есептеу формуласы келесідей:
Y=CyS(PV 2)/2
Мұнда:
- Cy - көтеру коэффициенті.
- S - қанат аймағы.
- V - тегін трансляция жылдамдығы.
- P - ауа тығыздығы.
Егер ауаның тығыздығы, қанат ауданы және жылдамдығымен бәрі анық болса, онда көтеру коэффициенті тәжірибе жүзінде алынған мән болып табылады және тұрақты емес. Ол қанат профиліне, оның арақатынасына, шабуыл бұрышына және басқа мәндерге байланысты өзгереді. Көріп отырғаныңыздай, жылдамдықты қоспағанда, тәуелділіктер негізінен сызықтық болып табылады.
Бұл жұмбақ коэффициент
Қанатты көтеру коэффициенті – екіұшты мән. Күрделі көп сатылы есептеулер әлі де эксперименталды түрде тексеріледі. Бұл әдетте жел туннельінде жасалады. Әрбір қанат профилі және шабуылдың әрбір бұрышы үшін оның мәні әртүрлі болады. Ал қанаттың өзі ұшпайды, бірақ ұшақтың бөлігі болғандықтан, мұндай сынақтар ұшақ үлгілерінің сәйкес қысқартылған көшірмелері бойынша жүргізіледі. Қанаттар сирек бөлек сыналады. Әрбір нақты қанаттың көптеген өлшемдерінің нәтижелері бойынша коэффициенттің шабуыл бұрышына тәуелділігін, сондай-ақ тәуелділікті көрсететін әртүрлі графиктерді салуға болады.белгілі бір қанаттың жылдамдығы мен профилінен, сондай-ақ қанаттың босатылған механизациясынан көтеру. Үлгі диаграмма төменде көрсетілген.
Шындығында бұл коэффициент қанаттың түсетін ауа қысымын көтергішке айналдыру қабілетін сипаттайды. Оның әдеттегі мәні 0-ден 2-ге дейін. Рекорд 6. Әзірге адам табиғи кемелдіктен өте алыс. Мысалы, бүркіт үшін бұл коэффициент, ол ұсталған гофермен жерден көтерілгенде, 14 мәніне жетеді. Жоғарыдағы графиктен шабуыл бұрышының ұлғаюы көтерілудің белгілі бір бұрыштық мәндерге көтерілуін тудыратыны анық.. Осыдан кейін әсер жоғалып, тіпті қарама-қарсы бағытта жүреді.
Тоқтау ағыны
Мөлшерімен бәрі жақсы дейді ғой. Әрбір қанаттың шабуыл бұрышы бойынша өз шегі бар. Шабуылдың суперкритикалық бұрышы деп аталатын нәрсе қанаттың үстіңгі бетіндегі тірекке әкеледі, оны көтеруден айырады. Дүңгіршек қанаттың бүкіл аумағында біркелкі емес орын алады және шайқау және басқаруды жоғалту сияқты сәйкес, өте жағымсыз құбылыстармен бірге жүреді. Бір қызығы, бұл құбылыс жылдамдыққа көп тәуелді емес, бірақ ол да әсер етеді, бірақ стендтің пайда болуының негізгі себебі шабуылдың суперкритикалық бұрыштарымен жүретін қарқынды маневр болып табылады. Сол себепті Ил-86 ұшағының жалғыз апаты болды, ұшқыш жолаушыларсыз бос ұшақта «көрсеткісі» келіп, кенет көтеріле бастады, мұның соңы қайғылы аяқталды.
Қарсылық
Қол ұстаса көтергіш келеді,ұшақтың алға жылжуын болдырмайды. Ол үш элементтен тұрады. Бұлар әуе кемесіне ауаның әсерінен болатын үйкеліс күші, қанаттың алдындағы және артындағы аймақтардағы қысым айырмашылығынан болатын күш және жоғарыда қарастырылған индуктивті компонент, өйткені оның әсер ету векторы бағытталған. жоғары көтеріліп қана қоймай, сонымен қатар қарсылықтың одақтасы бола отырып, көтерілудің артуына ықпал етеді. Сонымен қатар, индуктивті кедергінің құрамдас бөліктерінің бірі - қанаттың ұштары арқылы ауа ағынының әсерінен пайда болатын, ауа қозғалысы бағытының қиғаштығын арттыратын құйынды ағындарды тудыратын күш. Аэродинамикалық кедергі формуласы Su коэффициентін қоспағанда, көтеру күшінің формуласымен мүлдем бірдей. Ол Cx коэффициентіне өзгереді және эксперименттік түрде де анықталады. Оның мәні сирек оннан бірден асады.
Ашу және сүйреп апару қатынасы
Көтерудің кедергі күшіне қатынасы аэродинамикалық сапа деп аталады. Бұл жерде бір ерекшелікті ескеру қажет. Коэффициенттерді қоспағанда, көтеру күші мен кедергі күшінің формулалары бірдей болғандықтан, ұшақтың аэродинамикалық сапасы Cy және Cx коэффициенттерінің қатынасымен анықталады деп болжауға болады. Бұл қатынастың белгілі бір шабуыл бұрыштары үшін графигі қанатты полярлық деп аталады. Мұндай диаграмманың мысалы төменде көрсетілген.
Заманауи ұшақтардың аэродинамикалық сапа мәні шамамен 17-21, ал планерлер - 50-ге дейін. Бұл ұшақта қанаттың көтерілуі оңтайлы жағдайда екенін білдіреді. Қарсылық күшінен 17-21 есе артық. Ағайынды Райттардың 6,5 ұпай жинаған ұшағымен салыстырғанда дизайндағы прогресс айқын, бірақ табанында бақытсыз гофері бар қыран әлі алыс.
Ұшу режимдері
Әртүрлі ұшу режимдері әртүрлі көтеру-сүйрету қатынасын қажет етеді. Круиздік деңгейде ұшуда ұшақтың жылдамдығы айтарлықтай жоғары, ал жылдамдықтың квадратына пропорционалды көтеру коэффициенті жоғары мәндерде болады. Мұнда ең бастысы - қарсылықты барынша азайту. Ұшу және әсіресе қону кезінде көтеру коэффициенті шешуші рөл атқарады. Ұшақтың жылдамдығы төмен, бірақ оның ауадағы тұрақты орналасуы қажет. Бұл мәселенің тамаша шешімі ұшу жағдайына байланысты қисықтығы мен біркелкі ауданын шамамен құстар сияқты өзгертетін бейімделгіш қанат құру болады. Дизайнерлер табысқа жеткенге дейін көтеру коэффициентінің өзгеруі қанатты механикаландыруды қолдану арқылы жүзеге асырылады, бұл профильдің ауданын да, қисаюын да арттырады, бұл қарсылықты арттыру арқылы көтеруді айтарлықтай арттырады. Жауынгерлік ұшақтар үшін қанаттың сыпырылуын өзгерту қолданылды. Жаңалық жоғары жылдамдықта кедергіні азайтуға және төмен жылдамдықта көтеруді арттыруға мүмкіндік берді. Дегенмен, бұл дизайн сенімсіз болып шықты және жақында алдыңғы қатардағы ұшақтар бекітілген қанаты бар шығарылды. Ұшақ қанатының көтеру күшін арттырудың тағы бір тәсілі - қозғалтқыштардан ағынмен қанатты қосымша үрлеу. Бұл әскери салада жүзеге асырылдыАн-70 және А-400М көліктік ұшақтары, осы қасиетінің арқасында ұшу және қону қашықтығын қысқартумен ерекшеленеді.
