|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Подъемная сила |
 | |
Анимация
Описание
Подъемная сила, составляющая полной силы давления жидкой или газообразной среды на движущееся в ней тело, направленная перпендикулярно к скорости тела (к скорости центра тяжести тела, если оно движется непоступательно). Возникает подъемная сила вследствие несимметрии обтекания тела. Например, несимметричное обтекание крыла (рис. 1) можно представить как результат наложения на симметричное течение циркуляционного потока вокруг контура крыла, что приводит к увеличению скорости на одной стороне крыла и к ее уменьшению на противоположной стороне.
Обтекание профиля крыла самолета
Рис. 1
Скорость uн < uв;
давление рн > рв;
Y - подъемная сила крыла.
Тогда подъемная сила Y , будет зависеть от величины циркуляции скорости Г и, согласно Жуковского теореме, для участка крыла длиной L (вдоль размаха), обтекаемого плоскопараллельным потоком идеальной несжимаемой жидкости:
Y = ruГL,
где r - плотность среды;
u - скорость набегающего потока.
Поскольку Г имеет размерность [uЧl ], то подъемную силу можно выразить равенством обычно применяемым в аэродинамике:
,
где S - величина характерной для тела площади (например, площадь крыла в плане, равная LЧb, если b - длина хорды профиля крыла);
су - безразмерный коэффициент подъемной силы, зависящий, в общем случае, от формы тела, его ориентации в среде и чисел Рейнольдса Re и Маха М.
Значение су определяют теоретическим расчетом или экспериментально. Так, согласно теории Жуковского, для крыла в плоскопараллельном потоке при небольших углах атаки:
су=2m(a-a0),
где a - угол атаки (угол между направлением скорости набегающего потока и хордой крыла);
a0 - угол нулевой подъемной силы;
m - коэффициент, зависящий от формы профиля крыла, например для тонкой слабо изогнутой пластины m=p.
В случае крыла конечного размаха L коэффициент m = p / (1-2 / l), где l = L / b - удлинение крыла.
В реальной жидкости в результате влияния вязкости величина m меньше теоретической, причем эта разница возрастает по мере увеличения относительной толщины профиля; значение угла a0 также меньше теоретического. Кроме того, с увеличением угла a зависимость су от a (рис. 2) перестает быть линейной и величина 
монотонно убывает, становясь равной нулю при угле атаки acr , которому соответствует максимальная величина коэффициента подъемной силы - су,мах .
Зависимость су от a
Рис. 2
Дальнейшее увеличение a ведет к падению су вследствие отрыва пограничного слоя от верхней поверхности и возрастания давления на ней. Величина су,мах имеет существенное значение, т.к. чем она больше, тем меньше скорость взлета и посадки самолета.
При больших, но докритических скоростях, т.е. таких, для которых М < Мcr (Мcr - значение числа М набегающего потока, при котором вблизи поверхности профиля местные значения числа М=1), становится существенной сжимаемость газа. Для слабо изогнутых и тонких профилей при малых углах атаки сжимаемость можно приближенно учесть, положив 
, 
.
При сверхзвуковых скоростях характер обтекания существенно меняется. Так, при обтекании плоской пластины у передней кромки на верхней поверхности образуется волна разрежения, а на нижней - ударная волна. В результате давление рн на нижней поверхности пластины становится больше, чем на верхней (рв); возникает суммарная сила, нормальная к поверхности пластины, составляющая которой, перпендикулярная к скорости набегающего потока, и есть подъемная сила. Для малых М>1 и малых a подъемная сила пластины может быть вычислена по формуле:
.
Эта формула справедлива и для тонких профилей произвольной формы с острой передней кромкой.
Ключевые слова
Разделы наук
Сверх и гиперзвуковое обтекание незакрепленных телДозвуковое обтекание незакрепленных тел жидкостью и газом
Применение эффекта
Эффект подъемной силы широко используется при проектировании и эксплуатации летательных аппаратов (самолетов, вертолетов, крылатых ракет, а также судов на подводных крыльях и подводных лодок).
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта
Реализация осуществляется в геометрии (рис. 3).
Геометрия наблюдения подъемной силы
Рис. 3
Поток воздуха скорости V набегает на закрепленное выпукло-вогнутое крыло, подвеска которого снабжена динамометром для измерения нормальной компоненты опорной реакции (подъемной силы F).
Варьируя скорость потока воздуха, убеждаемся в пропорциональности подъемной силы скорости потока. Варьируя угол атаки a (угол между хордой профиля крыла и вектором скорости набегающего потока), убеждаемся в наличии подъемной силы для данного профиля даже при нулевом угле атаки, и в ее росте с ростом угла атаки.
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- С.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- С.20, 231, 460.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |