Подъемная сила крыла

Размещено на http://www.allbest.ru/

ТУВИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

КАФЕДРА ФИЗИКИ

Реферат

по теме:

" Подъемная сила крыла"

Выполнил: студент ФМФ

3 круса 3 группы

Ондар Буян Эртинеевич

Проверил: к. ф.-м. н., доцент

Ондар Маадыр Алдын-Херелович

2015

Содержание

Введение

1. Уравнение неразрывности потока газа

2. Уравнение Бернулли

3. Природа подъемной силы крыла

4. Подъемная сила крыла

Заключение

Список литературы

Введение

Физика сплошных сред -- раздел физики, изучающий макроскопические свойства систем, состоящих из очень большого числа частиц.

Аэродинамика - наука, изучающая законы взаимодействия воздуха с движущимися в нем телами. Как и в других разделах физики сплошных сред, прежде всего осуществляется переход от реальной среды, состоящей из большого числа отдельных атомов или молекул, к абстрактной сплошной среде, для которой и записываются уравнения движения.

В развитии аэродинамики у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (1847-1921) -"отец русской авиации". Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъемной силы крыла и сформулировал теорему для вычисления этой силы. Им была решена и другая проблема теории полета - объяснена сила тяги воздушного винта. Жуковский не только открыл законы, лежащие в основе теории полета, но и подготовил почву для бурного развития авиации в нашей стране. Он связал теоретическую аэродинамику с практикой авиации, дал возможность инженерам использовать достижения ученых-теоретиков

Основным приспособлением, служащим для изучения законов движения тел в воздухе, является аэродинамическая труба. Простейшая аэродинамическая труба представляет собой профилированный канал (рис. 1).

Рис. 1. Аэродинамическая труба.

В одном конце трубы установлен мощный вентилятор, приводимый во вращение электродвигателем. Когда вентилятор начинает работать, в канале трубы образуется воздушный поток. В зависимости от диаметров канала трубы и воздушного винта и мощности двигателя вентилятора можно получить различные скорости воздушного потока вплоть до сверхзвуковых. Современные аэродинамические трубы достигают гигантских размеров. В их каналах можно помещать для исследования не только модели, но и реальные самолеты.

1. Уравнение неразрывности потока газа

Рассмотрим движение газа, не имеющего внутреннего трения на участке, ограниченной двумя произвольно выбранными нормальными сечениями и , площади которых не равны (рис. 2). Скорости потока газа в этих сечениях обозначим через и . Если течение газа установившееся, то масса газа, заключенного в участке между сечениями с площадями S1 и S2, не зависит от времени. Следовательно, масса газа, поступающее в рассматриваемый участок за единицу времени сквозь сечение с площадью S1, равна массе газа , вытекающего из этого участка за то же время сквозь сечение c площадью S2:

Рисунок _2. Труба с переменным сечением.

Если среда несжимаема, то есть , то можно вывести следующее соотношение из формулы (1):

,

или

.

Полученное соотношение называют уравнением непрерывности потока. Это соотношение показывает, что в тех частях, где площадь поперечного сечения больше, скорость потока газа меньше, а в тех частях, где площадь поперечного сечения меньше - скорость больше.

2. Уравнение Бернулли

Пусть за время ?t масса газа m втекает в один конец выделенной части трубки через сечение , где скорость , и давление (рис 1). 3а то же время ?t через другое сечение трубки тока , где скорость газа равна и давление , вытекает такая же масса газа m. При установившемся (стационарном) течении в выделенной части трубки не происходит ни накапливания, ни расходования энергии. Следовательно, энергия, передаваемая за время ?t через сечение , должна быть равна энергии, передаваемой за тоже время ?t через сечение . За время ?t через сечение , проходит масса газа m. Ее кинетическая энергия равна и потенциальная энергия тяжести равна (где g -ускорение силы тяжести и - высота центра тяжести сечении над некоторым уровнем, например уровнем моря). Стало быть, за время ?t через сечение конвекционно передается энергия

+

Однако, кроме конвенционной передачи энергии, в данном случае еще имеет место передача энергии тягой, а именно, газ, находящийся позади, производит работу, направленную на продвижение жидкости, находящейся впереди. Энергия, передаваемая тягой за время ?t через сечение , равна, очевидно, работе, которую газ, находящийся позади сечения , производит за время ?t, т. е. равна произведению силы на путь . Таким образом, энергия, передаваемая за время ?t через сечение , состоит из трех слагаемых:

Из таких же слагаемых состоит энергия, передаваемая за время ?t через сечение . Поскольку в выделенной части трубки не происходит ни накапливания, ни расходования энергии, то, очевидно должно существовать равенство

Согласно условию неразрывности потока объем газа, втекающего в трубку за время , т. е. , равен объему газа, вытекающего за тот же промежуток времени из трубки потока: =. Разделим обе части предыдущего уравнения на эти равные друг другу объемы, учтя, что масса газа, целенная на ее объем, представляет собой плотность газа . Получаем уравнение, или теорему, Бернулли:

крыло бернулли подъемный газ

Из уравнения Бернулли видно, что на часть трубы с большим поперечным сечением давление газа больше, чем на часть трубы с меньшим попереречным сечением.

3. Природа подъемной силы крыла

Рассмотрим природу возникновения подъемной силы. Опыты, проведенные в аэродинамических лабораториях, позволили установить, что при налегании на тело воздушного потока частицы воздуха обтекают тело.

Картину обтекания тела воздухом легко наблюдать, если поместить тело в аэродинамической трубе в покрашенном потоке воздуха, кроме того, ее можно сфотографировать. Полученный снимок называют спектром обтекания. Упрощенная схема спектра обтекания плоской пластинки, поставленной под углом 90° к направлению потока, изображена на (рис. 2).

Рис.2. Упрощенная схема спектра обтекания плоской пластинки, поставленной под углом 90° к направлению потока.

Из рисунка видно, что в этом случае никакой подъемной силы не возникает. Воздух впереди пластинки создает подпор, плотность его струек повышается, а сзади пластинки воздух оказывается разреженным. Повышенное давление воздуха впереди пластинки и разрежение позади нее приводят к тому, что струйки воздуха с силой устремляются в разреженное пространство, закручиваются и образуют сзади пластинки те завихрения, которые мы и видим на спектре.

На (рис. 3) дано схематическое изображение спектра обтекания пластинки, поставленной под острым углом к потоку. Под пластинкой давление повышается, а над ней вследствие срыва струй получается разрежение воздуха, т. е. давление понижается. Благодаря образующейся разности давлений и возникает аэродинамическая сила. Она направлена в сторону меньшего давления, т. е. назад и вверх.

Отклонение аэродинамической силы от вертикали зависит от угла, под которым пластинка поставлена к потоку. Этот угол получил название угла атаки (его принято обозначать греческой буквой б - альфа). Свойство плоской пластинки создавать подъемную силу, если на нее набегает под острым углом воздух (или вода), известно уже с давних времен. Примером тому служит воздушный змей и руль корабля, время изобретения которых теряется в веках.

Подъемная сила крыла (обозначим ее Y) возникает не только за счет угла атаки. но также и благодаря тому, что поперечное сечение крыла, представляет собой чаще всего несимметричный профиль с более выпуклой верхней частью. Крыло самолета или планера, перемещаясь рассекает воздух. Одна часть струек встречного потока воздуха пойдет под крылом, а другая - над ним (рис. 4).

Рис. 4. Модель крыла самолета

У крыла верхняя часть более выпуклая, чем нижняя, следовательно, верхним струйкам придется пройти больший путь, чем нижним. Однако количество воздуха, набегающего на крыло и стекающего с него, одинаково. Значит, верхние струйки, чтобы не отстать от нижних, должны двигаться быстрее. В соответствии с уравнением Бернулли, если скорость воздушного потока под крылом меньше, чем над крылом, то давление под крылом, наоборот, будет больше, чем над ним.

Рис. 5. Вектор подъемной силы и ее составляющие

Эта разность давлений и создает аэродинамическую силу R (рис. 5), одной из составляющих которой является подъемная сила Y. Подъемная сила крыла тем больше, чем больше угол атаки, кривизна профиля (его несущие свойства), площадь крыла, плотность воздуха и скорость полета V, причем от скорости подъемная сила зависит в квадрате. Но следует помнить, что угол атаки должен быть меньше некоторого критического значения, при превышении которого подъемная сила падает.

Развивая подъемную силу, крыло всегда испытывает и лобовое сопротивление. Сила лобового сопротивления X направлена по потоку прямо против движения и, значит, тормозит его. Подъемная сила всегда перпендикулярна набегающему потоку. Из рисунка видно, что сила лобового сопротивления X и подъемная сила Y являются составляющими силы R по направлению скорости V и перпендикулярно ей. Сила R называется полной аэродинамической силой крыла. Точку приложения полной аэродинамической силы называю центром давления крыла (ЦД).

Подъемная сила летательного аппарата, уравновешивая его вес, даёт возможность осуществлять полет, лобовое же сопротивление тормозит его движение. Отсюда ясно, что крылу надо придать такую форму, чтобы оно развивало как можно большее значение подъемной силы и в то же время давало, малое лобовое сопротивление. Число, показывающее, во сколько раз подъемная сила больше лобового сопротивления, называется аэродинамическим качеством и обозначается буквой К.

4. Подъемная сила крыла

Подъемная сила крыла самолета возникает из-за разности давлений верхней и нижней частей крыла. И можем записать составляющие подъемной силы крыла.

Список использованной литературы

1. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Том 1. Механика. 2005 стр. 536 - 539

2. Даффи П., Кандалов А. А.Н.Туполев: Человек и его самолёты. - М.: "Московский рабочий", 1999. - С. 176-183.

3. Краснов Н.Ф. "Аэродинамика" Часть 1. Основы теории. Аэродинамика профиля и крыла. Москва, 1976 г.

4. Двоеносов Д.Л., Замятин В.И, Снежко О.К. "Нагрузки, действующие на планер в полёте" Москва, 1963

5. http://www.rcdesign.ru/articles/avia/wings_profile, Несущие крылья. Часть 1. Профиль крыла.

Размещено на Allbest.ru