Факторы, влияющие на аэродинамические силы

Подъемная сила и сила сопротивления зависят от угла атаки, геометрических характеристик профиля, крыла и самолета, плотности и температуры воздуха, скорости самолета.

http://deltaplan.kz/content/147-osnovnyie_harakteristiki_kryila_grafiki_i_polyaryi

 

Значение угла атаки, при котором достигается максимум  называется критическим . Падение коэффициента подъемной силы при углах атаки больше критических  объясняется, срывом потока с поверхности крыла и сильным вихреобразованием. При горизонтальном полёте турбулентные потоки незначительны, возникают в точке отрыва потока, совпадающей с задней кромкой крыла летательного аппарата и быстро угасают. При увеличении угла атаки (кабрировании) растёт турбулентность.

При достижении критического угла атаки точка отрыва потока смещается вдоль верхней поверхности крыла к передней кромке, вследствие чего резко падает подъёмная сила, и, при неправильных действиях экипажа, возникает сваливание, с большой вероятностью переходящее в штопор.

https://en.wikipedia.org/wiki/Stall_(fluid_mechanics)

 

В гражданской авиации подобная ситуация считается аварийной и для каждого воздушного судна описаны техники выхода из режима срыва потока. В то же время военные самолёты обладают повышенным запасом прочности и тяговооружённостью, которые позволяют продолжать управляемый полёт и при закритических углах атаки. Эта возможность лежит в основе некоторых фигур пилотажа.

При приземлении самолёт движется с малой скоростью и со снижением — то есть, с очень большими углами атаки. Для затягивания срыва потока применяются щелевые закрылки, обеспечивающие перетекание воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю.

http://www.tasarlagelistir.com/Ucaklar_Nasil_Ucar-makale-5

 

Зависимость коэффициента лобового сопротивления от угла атаки имеет вид квадратичной параболы, сдвинутой вверх на величину . Сила аэродинамического сопротивления, а следовательно и коэффициент аэродинамического сопротивления, складывается из сопротивления трения, индуктивного сопротивления и сопротивления давления.

http://deltaplan.kz/content/147-osnovnyie_harakteristiki_kryila_grafiki_i_polyaryi

 

Индуктивным называется сопротивление, которое возникает из-за скоса потока в концевых частях крыла. Над крылом давление воздушного потока ниже, чем под крылом, поэтому и происходит перетекание воздуха из области под крылом в область над крылом. Это явление и называется скосом потока. На фотографии показано движение дыма на концах крыла, которое иллюстрирует скос потока.

http://avia-simply.ru/inversionnij-sled-prandtl-gloert/

 

На практике с этим дополнительным (индуктивным) сопротивлением научились бороться. Наиболее эффективный пример борьбы с индуктивным сопротивлением создала природа – крыло птицы. На конце крыла птиц парящего полета (орел, фрегат и др.) имеется набор концевых перьев.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Полёт_птиц

Каждое такое перо представляет собой миниатюрное крыло, которое создает аэродинамическую силу так, что вектор индуктивного сопротивления направлен навстречу потоку. В результате этого, каждое такое перо индуцирует свой концевой вихрь, направление которого также направлено в противоположную сторону концевому вихрю крыла. В результате это суммарный свободный концевой вихрь обладает меньшей интенсивностью.

Этот же принцип использован на современных самолетах при проектировании законцовки крыла. Только там использовано одно концевое крылышко. Угол атаки этого элемента подобран так, чтобы максимальный эффект достигался в крейсерском полете самолета.

https://ru.wikipedia.org/wiki/Законцовка_крыла

 

В практике самолетостроения разработаны различные конструктивные меры, направленные на уменьшение индуктивного сопротивления. На рисунке приведены различные типы концевых аэродинамических поверхностей.

1

 

Поляра крыла

Универсальной характеристикой, имеющей большое практическое значение, является поляра крыла – зависимость коэффициента подъемной силы от коэффициента лобового сопротивления.

НЕТ

Имея поляру профиля можно определить следующие характерные величины профиля:

- Максимальный коэффициент подъемной силы Cy(max) и соответствующий ему критический угол атаки αкр.

- Наивыгоднейшим углом атаки αнв называется угол, при котором достигается максимальное аэродинамическое качество. На поляре величинаα нв определяется точкой касания и прямой.

- Угол нулевой подъемной силы (α0) – это точка пересечения поляры и оси абсцисс.

- Наименьшее значение коэффициента сопротивления Cx(min) и соответствующий ему угол атаки минимального сопротивления, который находится в точке касания поляры и прямой, параллельной оси ординат.

Существенное влияние на продолжительность полета будет оказывать аэродинамическое качество самолета. Если взять два одинаковых самолета при одинаковой скорости и высоте полета, но с разным сопротивлением, то поляры этих самолетов будут отличаться на величину ΔХ. Так как аэродинамическое сопротивление разное, то для поддержания одинаковой скорости полета самолет с большим сопротивлением истратит больше топлива. Следовательно, при одинаковом запасе топлива снизится дальность полета.

НЕТ

 

Если же необходимо обеспечить одинаковую дальность полета, то необходимо увеличивать запас топлива. При одинаковой массе самолетов, это можно сделать только за счет снижения полезной нагрузки.

бортово