AT; родинамічний
Визначення аеродинаміки та вивчення повітря
Аеродинаміка - це вивчення сил, що діють повітрям на об’єкт. Звичайно, ми візьмемо тут за об’єкт літак, однак, аеродинаміка застосовна до інших мобільних, що рухаються в повітрі, таких як автомобілі. Літак - це досить спеціальна машина, вона повинна бути максимально аеродинамічною, щоб досягати високих швидкостей, але вона також повинна піддаватися достатній кількості сил, щоб утримуватися в повітрі і бути маневреною.
Повітря навколо нас є рідиною, як і будь-який газ або рідина. Для його визначення використовуються три критерії: Щільність (виражене в кілограмах на кубічний метр), тиску (виражається в паскалях), і температури (висловлено в Кельвіні). Важливо врахувати ці три параметри, оскільки повітря по-різному тече по поверхні залежно від їх величини. Для діаграм, які ви зможете спостерігати в цій частині, повітря було асимільовано до частинок, траєкторія руху яких вказує на те, що повітря, це траєкторія, яку кожен атом повітря бере під час свого потоку над поверхнею. Інша справа, точка зору, прийнята під час аналізів, знаходиться всередині площини, тобто, ми будемо вважати, що площина нерухома, і що саме повітря рухається.
Можна виділити кілька типів потоку на крилі літака, від цих типів потоку залежить якість польоту літака. Потік є ламінарія коли частинки повітря йдуть прямим і паралельним шляхами, потік становить бурхливий коли ці частинки, маючи паралельні траєкторії, вже не йдуть прямолінійною траєкторією, а у формі хвилі. Нарешті, потік є вир коли частинки повітря не роблять нічого, крім голови, траєкторії руху не є ні прямолінійними, ні паралельними одна одній, але абсолютно невпорядкованими. До речі, саме це відбувається на верхній поверхні крила під час стійла, але це ми побачимо пізніше.
Ламінарний потік Турбулентний потік Вихровий потік
Наближаючись до твердої поверхні, повітря має властивість сповільнюватись, чим ближче частинка повітря наближається до поверхні, тим більше вона буде уповільнюватись, область, де повітря сповільнюється, називається прикордонний шар. Цей прикордонний шар відповідає за опір повітря, щоб виділити опір повітря, досить тримати рівну поверхню вертикально, і щоб на неї чинити сильний вітер, чим більше вітер буде сильним, тим більше ви буде важко тримати дошку. По дорозі повітряний потік є ламінарним, оскільки він надходить на пластину, стає турбулентним, а за пластиною закручується, створюючи вакуум, який, як правило, всмоктує пластину назад. Опір повітря уподібнюється всмоктуванню, створюваному цією западиною, саме воно створює силу, яка важить на пластині. Будьте обережні, щоб не прирівнювати опір повітря до натискання частинок повітря на пластині ! Важливо добре знати опір повітря, щоб зрозуміти, як літак літає, і як він може рухатися в повітрі.
Потік повітря при наближенні до рівної поверхні
Велика частина роботи авіаційних інженерів полягає в розробці таких форм літаків, щоб опір повітря був низьким. Ми бачили, як на рівну поверхню чинять опір повітря, але існують інші форми для зменшення цієї сили.
У випадку з напівсфера, опір повітря трохи менший, оскільки частинки повітря легше обходять поверхню, однак западина все ще дуже сильна в задній частині напівсфери. Якщо зараз взяти a цілу сферу, наприклад повітряна куля, потік повітря буде набагато легшим, однак невелика депресія залишається в задній частині кулі, тому це не ідеальна аеродинамічна форма. Насправді немає ідеальної аеродинамічної форми, однак цю сферу можна деформувати так, щоб отримати форму скошений, таким чином, опір повітря найнижчий.
Половина сфери сфера скошена форма
Опір повітря можна виміряти на будь-якому твердому тілі, для цього була встановлена формула. Є Р. опір повітря в Ньютон: R = K.p.V².S
К - коефіцієнт, який стосується форми та поверхні твердого тіла, якого він не має жодної одиниці, стор - щільність повітря в кілограмів на кубічний метр, V - швидкість частинок повітря, вона виражається в метрів в секунду, нарешті, - площа поверхні, виражена в квадратних метрів.
Велика складність у проектуванні літака полягає в тому, що він повинен бути впорядкованим настільки, щоб підтримувати хороші аеродинамічні характеристики, але він також повинен мати відповідну форму відповідно до свого типу використання. У разі реактивного літака всі пасажири та системи повинні знайти своє місце.
Сили, що діють на літаку
У польоті літак відчуває чотири основні сили, насправді він відчуває набагато більше через погодні фактори, але ми зупинимось на цих чотирьох основних силах. Вже слід зазначити, що ці сили діють на центр ваги літака.
Перелічимо ці сили: спочатку є сила тяжіння, який, як правило, збиває літак, і підняти, який, навпаки, прагне змусити його піднятися. У польоті горизонтальний на швидкості постійний, підйомник врівноважує силу, що діє під дією сили тяжіння. Ці дві сили діють вертикально на площину. Побачимо тепер сили, що діють горизонтально на площину: спочатку є стежка, що ми вже бачили раніше, але також і силу, яка дозволяє літаку рухатися, тобто або тяги гвинта, або штовхати реактори. У польоті горизонтальний на швидкості постійний, тягнучи, або штовхаючи, збалансувати опору.
Ми знаємо, як здійснюється вага та опір, щоб зрозуміти, як здійснюється тяга, я запрошую вас ознайомитись з главою про двигуни. Іншими словами, ми побачимо тут, як здійснюється підйом, як літає літак.
Якщо взяти досвід борту, який вертикально тримається в повітряному потоці, ми бачимо, що на цю дошку діє сила. Якщо ми зараз нахилимо цю дошку в повітряному потоці, залежно від напрямку нахилу, дошка буде прагнути підніматися вгору або вниз. Ця сила, яка прагне підняти або опустити дошку, називається аеродинамічний результат. Ця сила буде зазначена Р..
Ми можемо виміряти кут падіння в градусів, Це досить просто кут, який мотузка утворює з повітряними потоками, цей падіння може бути позитивним або негативним.
Чим ближче верхній потік повітря наближається до заднього краю, тим більше він стає нестійкий, але хороший профіль крила повинен запобігти закручуванню потоку. Можливо, коли кут атаки крила занадто високий, іншими словами, коли літак піднімається занадто сильно, потік повітря на верхній поверхні стає вир, оскільки воно вже не «прилипає» до верхньої поверхні крила, в цей момент підйомник стає майже нульовим, а літак падає як камінь, ми говоримо це відключити, і що цей вплив є a частота відсіву. Будьте обережні, стійло може бути смертельним на занадто низькій висоті! Конфігурація профілю крила залежить від типу літального апарату (мисливець, реактивний літак, пасажирський літак тощо).
Ви напевно вже помітили, що взяли авіалайнер, кінчики крил вигнуті на деяких моделях літаків, не уявляйте, що вони там, щоб виглядати красиво, нічого не використовується, щоб зробити його приємним на літаку, крім фарби (і знову ж таки, це запобігає корозії). Ці маленькі плавники називаються крилатки, вони фактично використовуються для зменшення опору літака, а отже, для поліпшення його експлуатаційних характеристик та зменшення споживання палива. Ми бачили, що на верхній поверхні тиск нижчий, ніж на нижній, ці різниці тисків є на всій поверхні крила. Прибувши в кінець крила, повітря буде робити те, що знаходиться в його голові, точніше, повітряний потік нижньої поверхні буде прагнути пройти через край крила, щоб вийти на верхню поверхню, нічого по-справжньому поганого. Однак літак рухається вперед і навіть рухається вперед, і чим швидше він рухається, тим швидше будуть ці потоки повітря, що створить бурхливі вири слідом за площиною ці вихори називаються граничні вихори.
Ці вихори збільшують опір літака, але також небезпечні для літаків, що прилітають позаду, я кажу, наприклад, у випадку посадки, їх може дестабілізувати ця турбулентність, особливо найменші. Як ви можете бачити на діаграмі нижче, крильця запобігають обходу повітряних потоків навколо крила і, отже, значно зменшують опір.
Наведіть курсор на зображення
Підсумуємо сили, що діють на літак: тяга (див. розділ про двигуни), стажист, зношеність та вага. Зараз ми знаємо аеродинаміку, яку можна спостерігати на літаку, принаймні в загальних рисах, але перш ніж переходити до формул розрахунку цих сил, я хотів би швидко поглянути на високопідйомні пристрої які можна знайти на всіх площинах.
Пасажирський літак
Окрім високопідйомних пристроїв, є практично на всіх літаках пристрої підйомники, які, на відміну від передніх заслінок та планок, знищити підйомник, ми їх називаємо спойлери, або частіше - повітряні гальма. Ви, безсумнівно, бачили їх під час посадки на борт авіалайнера, це великі пластини, що розгортаються на верхній поверхні крила при посадці, як тільки літак торкнувся землі. Вирізаючи повітряний потік, який створює западину на верхній поверхні крила, ці пристрої руйнують підйомник і змушують літак втрачати висоту. У авіалайнерах ці пристрої використовуються вкрай рідко в польоті, за винятком підходу, якщо літак занадто високий, щоб прийняти остаточний результат.
Як виміряти ці сили ?
Для вимірювання сил, що діють повітрям на тверде тіло, потрібна експериментальна камера, у випадку аеродинаміки ця експериментальна камера являє собою аеродинамічну трубу. Повітродувка може бути аспіраційною, тобто гігантський вентилятор, який використовується для створення повітряного потоку, знаходиться позаду твердої речовини, але він також може подавати повітряний потік безпосередньо до твердої речовини. У разі всмоктувального нагнітача, в порядку появи, є колектор, експериментальна камера та вентилятор.
Були встановлені формули для вимірювання сил, що діють на літак у польоті:
Опір, що позначається умовою Rx, можна обчислити наступним чином: Rx = ½. стор. V². С. Cx
p є Об'ємна маса повітря в кілограмів на кубічний метр, V - це швидкість літака в метрів в секунду, S - це площа крила літака, виражене в квадратних метрів, нарешті, Cx - це коефіцієнт, що називається коефіцієнт опору, він не мав жодної одиниці.
Підйом, позначений умовною умовою Rz, може бути розрахований наступним чином: Rz = ½. стор. V². С. Чехія
Всі елементи розрахунку, крім Cz, є так само що для опору Cz - коефіцієнт без одиниці: коефіцієнт підйому.
Ці два коефіцієнти Cx і Cz змінюються в залежності від кут падіння крила, ми можемо намалювати криві, що представляють варіацію коефіцієнта як функцію кута падіння:
Існує дуже важлива крива, для якої можна розрахувати всі літаки, це дозволяє вам виміряти і оцінити витонченість крила, тобто його більш-менш міцне коефіцієнт підйому/опору. Ця крива є полярний крило, руно дуже корисно, коли ви хочете порівняти між ними кілька типів крил, чим тонше крило, тим краща його здатність літати на літаку, звичайно, метою є отримання максимальний підйом для мінімальний опір. Для отримання тонкості крила з точними значеннями коефіцієнта ми ділимо коефіцієнт підйому на коефіцієнт опору, тобто, дрібність = Cz/Cx . Ось типова крива полярного крила (тут кут падіння позначається i):
Увага ! Зверніть увагу, що ця крива є полярною крило одне ! Щоб отримати полярність всього літака, необхідно врахувати опору, додану фюзеляжами, та відмінності в компонентах літака, крива буде однаковою, але зміщена на векторний переклад x Cx, де x враховують опору, додану кузовом літака.