Бұл тарту күші ұшақтарда ауаны көтеруге бағыттайтын қанаттардың немесе көтергіш корпустың әсерінен, сондай-ақ төмен түсіру күшін тудыратын ауаны қайта бағыттайтын қалқанша қанаттары бар автомобильдерде пайда болады. Сэмюэль Лэнгли жалпақ, жоғарырақ пропорционалды пластиналардың жоғары көтеру және төмен тартуға ие екенін және 1902 жылы енгізілгенін байқады. Әуе кемесінің аэродинамикалық сапасын ойлап таппай, заманауи ұшақ дизайнын жасау мүмкін емес еді.
Көтеру және жылжыту
Денеге әсер ететін жалпы аэродинамикалық күш әдетте екі құрамдас бөліктен тұрады деп есептеледі: көтеру және орын ауыстыру. Анықтама бойынша қарсы ағынға параллель күш құрамдас бөлігі орын ауыстыру деп аталады, ал қарсы ағынға перпендикуляр құраушы көтеру деп аталады.
Аэродинамиканың бұл негіздері қанаттың аэродинамикалық сапасын талдау үшін үлкен маңызға ие. Лифт қанаттың айналасындағы ағынның бағытын өзгерту арқылы жасалады. Өзгертубағыт жылдамдықтың өзгеруіне әкеледі (бірқалыпты айналмалы қозғалыста көрінетін жылдамдықта өзгеріс болмаса да), бұл үдеу. Сондықтан ағынның бағытын өзгерту үшін сұйықтыққа күш түсіру қажет. Бұл кез келген ұшақта анық көрінеді, Ан-2 аэродинамикалық сапасының схемалық көрінісін қараңыз.
Бірақ бәрі оңай емес. Қанаттың аэродинамикалық сапасы тақырыбын жалғастыра отырып, оның астындағы әуе көтергішті жасау оның үстіндегі ауа қысымынан жоғары қысымда екенін атап өткен жөн. Ақырғы кең қанатында бұл қысым айырмашылығы төменгі беттік қанаттың түбінен оның үстіңгі бетінің негізіне ауа ағуын тудырады. Бұл ұшатын ауа ағыны ағынды ауамен біріктіріліп, жылдамдық пен бағыттың өзгеруіне әкеледі, бұл ауа ағынын бұрады және қанаттың артқы жиегінде құйындылар жасайды. Құрылған құйындар тұрақсыз, олар тез қосылып қанат құйындарын жасайды. Алынған құйындылар артқы жиектің артындағы ауа ағынының жылдамдығы мен бағытын өзгертіп, оны төмен қарай бұрады және осылайша қанаттың артындағы қақпақшаны тудырады. Осы тұрғыдан алғанда, мысалы, MS-21 ұшағы көтеру-көтеру қатынасының жоғары деңгейіне ие.
Ауа ағынын басқару
Құйындар өз кезегінде қанаттың айналасындағы ауа ағынын өзгертіп, қанаттың көтеру қабілетін төмендетеді, сондықтан ол бірдей көтеру үшін жоғарырақ шабуыл бұрышын қажет етеді, бұл жалпы аэродинамикалық күшті артқа қарай еңкейтеді және кедергі құрамдас бөлігін арттырады. сол күш. Бұрыштық ауытқу шамалыкөтеруге әсер етеді. Дегенмен, көтергіштің туындысына және оның ауытқуына байланысты бұрышқа тең кедергінің ұлғаюы байқалады. Ауытқудың өзі көтергіштің функциясы болғандықтан, қосымша кедергі көтерілу бұрышына пропорционалды, оны A320 аэродинамикасынан анық көруге болады.
Тарихи мысалдар
Тік бұрышты планеталық қанат конустық немесе эллиптикалық қанатқа қарағанда көбірек құйынды тербеліс жасайды, сондықтан көптеген заманауи қанаттар көтеру-сүйрету қатынасын жақсарту үшін тарылтады. Дегенмен, эллиптикалық ұшақ корпусы тиімдірек, өйткені индукцияланған жуу (демек, тиімді шабуыл бұрышы) қанаттардың бүкіл кеңістігінде тұрақты. Өндірістегі қиындықтарға байланысты бірнеше ұшақтарда мұндай жоспар бар, олардың ең танымал мысалдары - Екінші дүниежүзілік соғыс Spitfire және Thunderbolt. Тікелей алдыңғы және артқы жиектері бар конустық қанаттар эллиптикалық көтеру тарауына жақындай алады. Жалпы ереже бойынша, түзу, тарылмайтын қанаттар эллиптикалық қанатқа қарағанда 5%, ал конустық қанаттар 1-2% индукциялық кедергі жасайды. Сондықтан олардың аэродинамикалық сапасы жақсырақ.
Пропорционалдық
Писпектілері жоғары қанат төменгі пропорциялы қанатқа қарағанда аз индукциялық кедергі жасайды, себебі ұзынырақ, жіңішке қанаттың ұшында ауа кедергісі аз болады. Сондықтан индукцияланғанқарсылық қаншалықты кереғар естілсе де, пропорционалдылыққа кері пропорционал болуы мүмкін. Көтергіштің таралуын жуу арқылы, қанаттарға қарай құлауды азайту үшін қанаттың айналасына бұрау арқылы және қанаттардың жанындағы ауа қалқаншасын өзгерту арқылы өзгертуге болады. Бұл қанат түбіне жақынырақ көтеруді көбірек алуға және қанатқа азырақ көтеруге мүмкіндік береді, бұл қанат құйындыларының беріктігінің төмендеуіне және сәйкесінше ұшақтың аэродинамикалық сапасының жақсаруына әкеледі.
Ұшақ конструкциясының тарихында
Кейбір ертедегі ұшақтарда қанаттар құйрықтың ұштарына орнатылған. Құйындардың қарқындылығын азайту және максималды көтеру-сүйрету қатынасына қол жеткізу үшін кейінгі ұшақтардың қанат пішіні басқаша болды.
Төбедегі жұмыс дөңгелегі жанармай цистерналары да қанаттың айналасында бейберекет ауа ағынының алдын алу арқылы белгілі бір артықшылықтар бере алады. Қазір олар көптеген ұшақтарда қолданылады. DC-10 аэродинамикалық сапасы осыған байланысты революциялық деп саналды. Дегенмен, заманауи авиация нарығы әлдеқашан анағұрлым жетілдірілген үлгілермен толықты.
Сүйреп апару формуласы: қарапайым тілмен түсіндірілді
Толық кедергіні есептеу үшін паразиттік қарсылықты ескеру қажет. Индукцияланған кедергі әуе жылдамдығының квадратына (берілген көтеру кезінде) кері пропорционал болғандықтан, паразиттік кедергі оған тура пропорционал болғандықтан, жалпы кедергі қисығы ең аз жылдамдықты көрсетеді. Ұшақ,осындай жылдамдықпен ұшу, оңтайлы аэродинамикалық қасиеттермен жұмыс істейді. Жоғарыда келтірілген теңдеулерге сәйкес минималды кедергі жылдамдығы индукцияланған кедергі паразиттік кедергіге тең болатын жылдамдықта болады. Бұл бос тұрған ұшақтар үшін оңтайлы сырғанау бұрышына жету жылдамдығы. Негізсіз болмас үшін ұшақ мысалындағы формуланы қарастырыңыз:
Формуланың жалғасы да өте қызық (төмендегі сурет). Ауа жұқа жерде жоғарырақ ұшу ең аз кедергі болатын жылдамдықты арттырады және осылайша ол бірдей мөлшерде жылдам жүруге мүмкіндік береді. жанармай.
Егер ұшақ рұқсат етілген максималды жылдамдықпен ұшатын болса, онда ауа тығыздығы оның ең жақсы аэродинамикалық сапаны қамтамасыз ететін биіктікте болады. Ұшу кезінде максималды жылдамдықтағы оңтайлы биіктік және максималды биіктіктегі оңтайлы жылдамдық өзгеруі мүмкін.
Төзімділік
Максималды төзімділікке арналған жылдамдық (яғни ауадағы уақыт) - ең аз отын тұтыну жылдамдығы және максималды диапазон үшін аз жылдамдық. Жанармай шығыны қажетті қуат пен қозғалтқышқа келетін меншікті отын шығынының көбейтіндісі ретінде есептеледі (қуат бірлігіне отын шығыны). Қажетті қуат тарту уақытына тең.
Тарих
Қазіргі аэродинамиканың дамуы тек XVII жылы басталдығасырлар, бірақ аэродинамикалық күштерді адамдар мыңдаған жылдар бойы желкенді қайықтар мен жел диірмендерінде қолданды, ал ұшудың суреттері мен оқиғалары барлық тарихи құжаттарда және өнер туындыларында кездеседі, мысалы, Икар мен Дедал туралы ежелгі грек аңызы. Континуум, қарсылық және қысым градиенттерінің негізгі ұғымдары Аристотель мен Архимедтің еңбектерінде кездеседі.
1726 жылы сэр Исаак Ньютон ауа кедергісі теориясын жасаған бірінші адам болды, бұл оны аэродинамикалық қасиеттер туралы алғашқы дәлелдердің біріне айналдырды. Нидерланд-швейцариялық математик Даниэль Бернулли 1738 жылы «Гидродинамика» деп аталатын трактат жазды, онда ол қазіргі уақытта аэродинамикалық көтерілуді есептеудің бір әдісін қамтамасыз ететін Бернулли принципі ретінде белгілі сығылмайтын ағын үшін қысым, тығыздық және ағын жылдамдығы арасындағы іргелі қатынасты сипаттады. 1757 жылы Леонхард Эйлер сығымдалатын және сығылмайтын ағындарға қолдануға болатын жалпы Эйлер теңдеулерін жариялады. Эйлер теңдеулері 1800 жылдардың бірінші жартысындағы тұтқырлықтың әсерлерін қосу үшін кеңейтіліп, Навье-Стокс теңдеулерін тудырды. Полярдың аэродинамикалық өнімділігі/аэродинамикалық сапасы шамамен бір уақытта анықталды.
Осы оқиғаларға, сондай-ақ өздерінің жел туннелінде жүргізілген зерттеулерге сүйене отырып, ағайынды Райттар 1903 жылы 17 желтоқсанда бірінші ұшақты ұшты.
Аэродинамика түрлері
Аэродинамикалық мәселелер жылдамдық, сығылу және тұтқырлық сияқты сипаттарды қоса, ағын шарттары немесе ағын қасиеттері бойынша жіктеледі. Олар көбінесе екі түрге бөлінеді:
- Сыртқы аэродинамика әртүрлі пішіндегі қатты заттардың айналасындағы ағынды зерттейді. Сыртқы аэродинамиканың мысалдары - ұшақтағы көтеру мен сүйреуді немесе зымыранның мұрнының алдында пайда болатын соққы толқындарын бағалау.
- Ішкі аэродинамика - қатты денелердегі өтулер арқылы өтетін ағынды зерттеу. Мысалы, ішкі аэродинамика реактивті қозғалтқыш немесе кондиционер мұржасы арқылы ауа ағынын зерттеуді қамтиды.
Аэродинамикалық мәселелерді дыбыс жылдамдығынан төмен немесе жақын ағын жылдамдығына қарай да жіктеуге болады.
Мәселе деп аталады:
- субсоникалық, егер мәселедегі барлық жылдамдықтар дыбыс жылдамдығынан аз болса;
- дыбыс жылдамдығынан төмен және одан жоғары жылдамдықтар болса, трансоникалық (әдетте сипаттамалық жылдамдық шамамен дыбыс жылдамдығына тең болғанда);
- суперсоникалық, ағынның сипаттамалық жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан жоғары болғанда;
- гипердыбыстық, ағынның жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан әлдеқайда жоғары болғанда.
Аэродинамистер гипердыбыстық ағынның нақты анықтамасы бойынша келіспейді.
Тұтқырлықтың ағынға әсері үшінші классификацияны талап етеді. Кейбір мәселелер тек өте аз тұтқыр әсерлерге ие болуы мүмкін, бұл жағдайда тұтқырлықты елеусіз деп санауға болады. Бұл есептерге жуықтаулар инвисцид деп аталадытоктар. Тұтқырлығын елемеуге болмайтын ағындар тұтқыр ағындар деп аталады.
Сығылу мүмкіндігі
Сығылмайтын ағын – уақыт пен кеңістікте тығыздығы тұрақты болатын ағын. Барлық нақты сұйықтықтар сығылатын болса да, тығыздықтың өзгеруінің әсері есептелген нәтижелерде аз ғана өзгерістер тудыратын болса, ағын жиі сығылмайтын ретінде жуықталады. Бұл ағын жылдамдығы дыбыс жылдамдығынан әлдеқайда төмен болған кезде ықтимал. Сығылудың әсерлері дыбыс жылдамдығына жақын немесе одан жоғары жылдамдықтарда маңыздырақ. Mach саны қысылмау мүмкіндігін бағалау үшін пайдаланылады, әйтпесе сығылу әсерлерін қосу керек.
Аэродинамика теориясына сәйкес, ағын сызығының бойымен тығыздық өзгерсе, ағын сығылатын болып саналады. Бұл қысылмайтын ағыннан айырмашылығы, тығыздықтағы өзгерістер ескерілетінін білдіреді. Тұтастай алғанда, бұл ағынның бір бөлігінің немесе барлығының Мах саны 0,3-тен асатын жағдай.0,3 Mach мәні өте ерікті, бірақ бұл мәннен төмен газ ағыны тығыздықтың 5%-дан аз өзгерістерін көрсететіндіктен пайдаланылады. Сондай-ақ, 5% максималды тығыздықтың өзгеруі тоқырау нүктесінде (ағынның жылдамдығы нөлге тең болатын нысандағы нүкте) орын алады, ал объектінің қалған бөлігінің айналасындағы тығыздық әлдеқайда төмен болады. Трансоникалық, дыбыстан жоғары және гипер дыбыстық ағындардың барлығы қысылады.
Қорытынды
Аэродинамика – қазіргі әлемдегі ең маңызды ғылымдардың бірі. Ол бізді қамтамасыз етедісапалы ұшақтарды, кемелерді, автомобильдерді және күлкілі шаттлдарды салу. Бұл қарудың заманауи түрлерін - баллистикалық зымырандар, күшейткіштер, торпедалар мен ұшқышсыз ұшақтарды жасауда үлкен рөл атқарады. Егер аэродинамикалық сапаның заманауи озық тұжырымдамалары болмаса, мұның бәрі мүмкін болмас еді.
Осылайша, мақала тақырыбы туралы идеялар Икар туралы әдемі, бірақ аңғал қиялдардан өткен ғасырдың басында пайда болған функционалды және шынымен жұмыс істейтін ұшақтарға өзгерді. Бүгін біз өмірімізді автомобильдерсіз, кемелерсіз және ұшақтарсыз елестете алмаймыз және бұл көліктер аэродинамикадағы жаңа жетістіктермен жетілдірілуде.
Планерлердің аэродинамикалық қасиеттері өз уақытындағы нағыз серпіліс болды. Алдымен бұл саладағы барлық жаңалықтарды француз және неміс математиктері өз зертханаларында жүргізген абстрактілі, кейде шындықтан ажыраған теориялық есептеулер арқылы жасады. Кейінірек олардың барлық формулалары болашақ ұшақтардың идеалды пішіні мен жылдамдығын есептеу сияқты басқа, фантастикалық (18 ғасырдың стандарттары бойынша) мақсаттарда қолданылды. 19 ғасырда бұл құрылғылар планерлер мен дирижабльдерден бастап көп мөлшерде жасала бастады, еуропалықтар біртіндеп ұшақтардың құрылысына көшті. Соңғылары алдымен тек әскери мақсатта қолданылды. Бірінші дүниежүзілік соғыстың эйстері кез келген ел үшін ауадағы үстемдік мәселесінің қаншалықты маңызды екенін көрсетті және соғыс аралық кезеңнің инженерлері мұндай ұшақтардың тек әскерилер үшін ғана емес, сонымен қатар бейбіт тұрғындар үшін де тиімді екенін анықтады.мақсаттар. Уақыт өте азаматтық авиация біздің өмірімізге мықтап енді және бүгінде бірде-бір мемлекет онсыз жасай алмайды.
