Обтекание тел воздушным потоком

Аэродинамические спектры.При обтекании твердого тела воздушный поток подвергается деформации, Таким образом, около поверхности тела создается область переменных скоростей и давлений воздуха. Это является причиной возникновения аэродинамических сил и моментов.

Для изучения физической картины обтекания твердых тел применяются способы показа видимой картины обтекания.

Видимая картина обтекания тел воздушным потоком называетсяаэродинамическим спектром.

Спектры обтекания тел воздушным потоком получаются с помощью дымовых труб, гидроканалов, методом “шелковинок”, вязких покрытий, оптическим методом.

В дымовых трубах или дымканалах (Рис.3.8) визуализация течения обеспечивается введением в поток воздуха струек дыма.

Дымовой спектр позволяет исследовать влияние формы профиля, ламинарные и турбулентные течения, отрыв пограничного слоя и другие задачи.

Рис. 3.8 Дымканал

1 - источник дыма; 2 - струйки дыма; 3 - обтекаемое тело; 4 - вентилятор

Аэродинамический спектр любого тела состоит из невозмущенного и возмущенного потоков.

Возмущенный поток включает в себя: пограничный слой 2, внешний, невязкий (потенциальный) слой 1 и спутную струю 3 (рис.3.8-1).

Рис.3.8-1 Аэродинамический спектр обтекания

По своему строению аэродинамические спектры бывают плавные и вихревые, симметричные и несимметричные.

Тела неплавной формы, например, в виде плоской пластинки, поставленной поперек потока, (рис.3.9,а),или тела в форме шара с большим поперечным сечением (Рис.3.9,б) вызывают наиболее интенсивный изгиб линий тока и мощное вихреобразование за телом. Такие тела называются плохообтекаемыми или неудобообтекаемыми.

а) б)

Распределение давлений по профилю крыла.На верхней поверхности тела (см.рис 3.12), согласно закону неразрывности, будет местное увеличение скорости потока, следовательно, уменьшение давления. На нижней поверхности деформация потока будет меньше, следовательно, меньше изменение скорости и давления.

Степень деформации струек в потоке зависит от конфигурации тела и его положения в потоке. Зная спектр обтекания тела, можно для каждой его точки определить величину давления воздуха. Различие давлений в разных точках поверхности движущегося крыла является основным фактором появления аэродинамических сил.

Величины давлений на поверхности крыла определяют в лабораториях путем продувки в аэродинамических трубах.

Распределение давления можно изобразить векторной диаграммой, на которой каждый вектор показывает в масштабе величину избыточного давления в данной точке тела (рис.3.13).

Избыточное давление – это разность между местным давлением и атмосферным:

= .

Для построения диаграммы распределения давления перпендикулярно к контуру профиля проводятся векторы избыточных давлений .

Рис.3.13 Распределение давлений по профилю крыла

Если давление повышенное, то вектор давления направлен к профилю. При отрицательном избыточном давлении (разрежении) вектор давления направлен от профиля. На рис. 3.13 показано распределение давления для профиля крыла на различных углах атаки.

Диаграмма давлений позволяет определить величину и направление полной аэродинамической силы, используетсядля уточнения расчетов на прочность, для изучения физики обтекания.

Занятие №5