Аэродинамический спектр и его элементы
При движении тела в воздухе последний стремится затормозить это движение и, наоборот, при обтекании неподвижного тела воздушным потоком возникает сила, стремящаяся сдвинуть тело сместа и сообщить ему движение. Силовое действие воздушного потока на тело называется аэродинамической силой.
Величина аэродинамической силы не зависит от того, движется ли тело с некоторой скоростью в воздушном потоке или же оно неподвижно, а на него с той же скоростью набегает поток воздуха. Этот принцип называется обратимостью движения, он широко используется для проведения исследований в лабораторных условиях спомощью аэродинамических труб.
Величина аэродинамической силы зависит от характера обтекания тела воздухом. Картина обтекания тела воздухом называется аэродинамическим спектром.Он состоит из следующих элементов (рис. 8):
невозмущенного воздушного потока, струйки которого не деформированы присутствующим в нем телом;
возмущенного воздушного потока, струйки которого деформированы присутствующим в нем телом.
Пограничный слой— слой воздуха, в котором скорость движения частиц изменяется от нуля до скорости движения частиц невозмущенного потока. Частицы воздуха в этом слое заторможены силами внутреннего трения, то есть проявляется такое физическое свойство воз-, духа, как вязкость. Вне пограничного слоя в потенци-
Рис. 8. Основные элементы аэродинамического спектра и виды течений воздуха в пограничном слое
альном потоке влияние вязкости практически отсутствует.
Этот слой очень тонок — его толщина измеряется миллиметрами, причем она постепенно нарастает от передней части тела к задней. Позади тела пограничный слой переходит в спутную струю (след) — приторможенную область потока, заполненную мелкими вихорь-ками, которая по мере удаления постепенно размывается и исчезает.
Внутри пограничного слоя не все частицы заторможены одинаково: чем ближе они к поверхности тела, тем меньше их скорость. Частицы воздуха на самой поверхности тела прилипают к ней и вовсе не обладают скоростью.
По характеру течения воздуха пограничные слои делятся на два типа: ламинарный и турбулентный. Вламинарном пограничном слое отдельные струйки воздуха движутся все время параллельно поверхности тела, не приближаясь и не удаляясь. В турбулентном погранич пом слое вместо тонкого упорядоченного движения наблюдается непрерывное перемешивание струек, приближение их к поверхности тела и удаление от нее. В связи с этим, как показано на. рис. 9, распределение
по толщине пограничного слоя оказывается иным, чем при ламинарном течении: «быстрые» струйки, попадающие при перемешивании из внешней части пограничного слоя к поверхности тела, повышают здесь скорость течения. Поэтому градиент скорости у поверхности тела в турбулентном пограничном слое больше, чем в ламинарном.
Структура пограничного слоя зависит от ряда факторов: скорости потока, температуры и давления воздуха, состояния поверхности тела, распределения давле-ния по его поверхности и др.
На некотором расстоянии от передней кромки пограничный слой переходит из ламинарного в турбулентное состояние (см, рис. 8). Чем больше скорость, тем ближе к передней кромке точка перехода.
Турбулизации пограничного слоя способствуют шероховатость и различные неровности поверхности тела, а также пульсация (турбулентность) потока, набегающего на тело.
Исследования показали, что на тех участках поверхности тела, где скорость вдоль струек основного потока нарастает (то есть давление согласно закону Бернули падает), ламинарный пограничный слой, при наличии других благоприятных условий (гладкая поверхность, отсутствие пульсации потока), может не турбулизиро-ваться даже при очень больших скоростях. В результате наблюдения установлено, что даже при турбулентности пограничного слоя в непосредственной близости
от поверхности тела всегда имеется ламинарный подслой, толщина которого выражается десятыми или даже сотыми долями миллиметра. Таким образом, какого бы типа пограничный слой ни был, движение воздуха у самой поверхности тела всегда ламинарное. Однако в ламинарном подслое турбулентного слоя градиент скорости значительно больше, чем в нижней части целиком ламинарного пограничного слоя, так как подслой сверху соприкасается с турбулентным потоком (ом. рис. 8), имеющим даже вблизи тела значительную скорость.
Вследствие этого сила трения, пропорциональная градиенту скорости и имеющая поэтому наибольшее значение у самой поверхности тела, при турбулентном пограничном слое в несколько раз больше, чем при ламинарном. Поэтому иногда целесообразно принимать меры для предупреждения перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный или, по крайней мере, для получения возможно более отдаленного положения точки этого перехода.
Потенциальный слой — слой воздуха, в котором не проявляются силы внутреннего трения. Это основной поток, при помощи которого образуются аэродинамические силы.
Спутная струя (след) — завихренный воздушный поток, сбегающий с обтекаемого тела и движущийся вслед за ним.
Дата добавления: 2017-01-26; просмотров: 4269;