Аэродинамика на службе человечества реферат

Обновлено: 27.04.2024

Когда люди впервые захотели взлететь, они сделали себе крылья и попытались повторить ими движения птиц. Летательные аппараты, построенные по этому принципу, называются орнитоптерами. Никому еще не удалось создать орнитоптер, имеющий практическое применение, — современная авиация основана исключительно на законах аэродинамики.

Содержание

Работа содержит 1 файл

Реферат - Как работает крыло.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

на тему: Аэродинамика

Выполнила студентка гр.И-27а

Введение………………………………………………………… …………..3
Типы крыльев…………………………………………………………… …..4
Толщина крыла и угол атаки………………………………………………..6
Форма крыла………………………………………………………………. . 7
Список литературы…………………………………………………… ……12

За исключением опытов с различным оснащением парусных судов наука аэродинамика в прикладном отношении не использовалась, более того, ее фактически просто не существовало до тех пор, пока 200 лет тому назад сэр Джордж Кайли не начал проводить свои исследования в этой области.

Аэродинамика изучает обтекание газами, такими как воздух, твердых поверхностей. В конце XIX века английский ученый Горацио Ф. Филипс начал методически проводить исследования, посвященные вопросам работы крыла в набегающем потоке воздуха. Он измерял подъемную силу, создаваемую различными моделями крыла, установленными на вращающейся стойке. Филипс также предложил простейшую конструкцию аэродинамической трубы. Первый прототип трубы современного типа был предложен К.Э. Циолковским в 1897 году. А в начале XX века аэродинам и че ские трубы были созданы в Лондоне (Т. Стантон), Москве (К. Жуковский), Геттингене (Л. Прандтль) и в Париже (Ж. Эйфель).

1. Крыло сэра Джорджа Кейли

Таким образом, Кейли изобрел аэроплан. Разумеется, очень сложно

изготовить тонкий лист, эффективно сопротивляющийся сгибанию.

Первые конструкторы аэропланов обнаружили, что для этого необходимо дабавить жесткую раму, соединив концы крыла проволочными растяжками.

2. Выгнутое крыло

В действительности ровная, пуст и установленная под углом(по замыслу Кейли), плоскость имеет небольшуюподъемную силу. К 1850 году на большинстве рисунков, изображающих гипотетический аэроплан, крыло стало слегка выгнутым — выпуклым сверху и вогнутым снизу. Такое крыло имеет нулевой угол атаки, поэтому воздушный поток плавно обтекает его.

3. Первые настоящие крылья

Первым, кто подошел к проблеме полета с научной точки зрения, был англичанин Горацио Филлипс. Фактически его следует считать отцом аэродинамики. В 1884 году он получил свой первый патент на выпуклое крыло, а затем испытал десятки различных сечений крыла. Это были уже не просто изогнутые листы, но настоящие крылья с закругленной передней кромкой, утолщающимся в середине профилем и острой задней кромкой.

4. Как работает крыло

В эпоху бипланов конструкторы забыли о том, как работают настоящие аэродинамические секции крыла, отличающегося от простой наклонной плоскости. Ключевым фактором является то, что воздух обтекает верхнюю выпуклую (и более длинную) поверхность крыла быстрее, чем его почти плоскую нижнюю поверхность. Чтобы составить графическую схему обтекания крыла, специалисты по аэродинамике назвали путь, проделанный каждой молекулой воздуха, линией воздушного потока. В невозмущенном воздушном потоке эти линии параллельны, как показано слева. В области крыла ситуация кардинально меняется.

Толщина крыла и угол атаки

После того как была создана основная концепция крыла, инженеры и конструкторы принялись улучшать его. Развитие авиации шло стремительно. Нескольких лет хватало для внесения новых революционных изменений в конструкцию аэропланов. В свое время появился моноплан, а вместе с ним перед конструкторами самолетов возникли и новые проблемы.

Стало ясно, что в аэродинамической схеме самолета допущена какая-то существенная ошибка. Со временем, после многочисленных происшествий в воздухе с этими и другими скоростными истребителями, ученые обнаружили, что при крутом пикировании скорость воздушного на верхней кромке крыла достигает скорости звука. Это и приводило к возникновению ударных волн . Решить проблему могли только еще более тонкие крылья, которые должны были стать гораздо прочнее и, следовательно, тяжелее.

Ключевым фактором, определяющим величину создаваемой крылом подъемной силы, является угол атаки, то есть угол между направлением скорости набегающего потока и хордой профиля крыла. Превышение максимального утла атаки может сделать самолет неуправляемым.

1. Идеальная подъемная сила

Подъемная сила возникает в результате несимметричности обтекания крыла воздушным потоком, и в каждой точке крыла она различна. Если посмотреть на самолет спереди, возникающие на крыле подъемные силы в идеале должны описываться эллиптической линией (на рисунке внизу она показана пунктиром). Но на практике фюзеляж уменьшает подъемную силу на внутренней части крыла.

До сих пор мы рассматривали крыло только в нормальном полете, во время которого угол атаки обычно составляет около 3—4 градусов, поскольку при подобных углах отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению становится максимальным. Отметим, что к фюзеляжу это не имеет отношения — просто крыло прикреплено к фюзеляжу под углом атаки. Обычно его приближают к , чтобы во время полета фюзеляж самолета оставался в горизонтальном положении, а лобовое сопротивление, как следствие этого, было минимальным. Правда, в некоторых случаях угол атаки увеличивают. Так, в 1934 году сконструировали бомбардировщик Armstrong Whitworth Whitley. Тогда еще не были распространены крылья с закрылками, поэтому крыло установили под большим углом атаки. Более поздним примером самолета с большим углом атаки крыла стал В-52. В этом случае необычную конфигурацию выбрали потому, что иначе шасси Boeing заклинивало задней частью фюзеляжа при взлете. Возникающая при большом угле атаки подъемная сила приподнимала фюзеляж, после чего машина взлетала с опущенным вниз носом!

Когда аэродинамические свойства крыла удалось изучить более полно, авиаконструкторы получили возможность улучшить эффективность крыла за счет снижения его лобового сопротивления. Решение этой задачи стало особенно важным с появлением реактивных двигателей, которые позволяли достигать больших скоростей полета.

1. До появления реактивных двигателей: типичное соотношение толщины и длины хорды профиля крыла

Вплоть до появления реактивных двигателей, конструкторы проектировали крылья, опираясь на устоявшиеся правила. Для монопланов-истребителей обычно относительная толщина профиля крыла (отношение толщины к длине хорды) выбиралась равной 13%.

Относительная толщина профиля крыла тяжелого бомбардировщика принималась равной 20%.

2. Форма крыла в плане

В плане крыло могло сужаться к законцовкам по передней кромке (DC-3) или по задней (Boeing 247), а также по передней и по задней кромкам сразу Удлинение крыла варьировалось примерно от 4 (у истребителей) до 8 (у бомбардировщиков или пассажирских самолетов, тяжелый бомбардировщик В-24 Liberator имел большое удлинение крыла, равное 11,5), удлинение крыла высотных планеров и мотопланеров составляет примерно 20.

3. Стреловидное крыло

В 1935 году германские ученые-аэродинамики Буземан и Бетц доказали, что рост сопротивления с ростом числа Маха можно замедлить за счет уменьшения удлинения крыла и использования крыла стреловидной в плане формы. При достаточно большой стреловидности все крыло будет находиться внутри скачка уплотнения, формируемого носовой частью фюзеляжа, а формируемый самим крылом скачок уплотнения будет слабее.

4. Дельтовидное в плане крыло

5. Крыло изменяемой стреловидности

В конце 1950-х годов конструкторы предложили поворачивать плоскости крыла с целью изменения угла стреловидности на различных режимах полета. Вначале консоли на больших углах стреловидности своими задними кромками задвигались в фюзеляж, позже конструкторы разместили поворотные узлы дальше от продольной оси самолета, а пространство между крылом и фюзеляжем, которое образуется на определенных углах стреловидности, стали закрывать пластинами.

В 1950-е годы конструкторы пытались доработать носок и другие части стреловидного крыла с целью улучшения его несущих свойств в большом диапазоне скоростей и углов атаки. Одним из паллиативных решений стало искривление носка крыла для удлинения хорды профиля

Аэродинамика – это область знания, изучающая движения потоков воздуха и их воздействия на твердые тела. Является подразделом гидро- и газодинамики. Исследования в этой области восходят к глубокой древности, ко времени изобретения стрел и планирующих копий, позволявших дальше и точнее посылать снаряд в цель. Однако потенциал аэродинамики полностью был раскрыт с изобретением аппаратов тяжелее воздуха, способных летать либо планировать на значительные расстояния.

С древних времен

Открытие законов аэродинамики в 20 веке способствовало фантастическому скачку во многих областях науки и техники, особенно в транспортной сфере. На ее достижениях созданы современные летательные аппараты, позволившие сделать общедоступным фактически любой уголок планеты Земля.

Первые упоминания о попытке покорения неба встречаются в греческом мифе об Икаре и Дедале. Отец с сыном соорудили крылья, похожие на птичьи. Это указывает на то, что еще тысячелетия назад люди задумывались о возможности оторваться от земли.

Очередной всплеск интереса к сооружению летательных аппаратов возник в эпоху Возрождения. Страстный исследователь Леонардо да Винчи много времени посвятил этой проблеме. Известны его записи, в которых объяснены принципы работы простейшего вертолета.

Новая эпоха

Глобальный прорыв в науке (и аэронавтике в частности) совершил Исаак Ньютон. Ведь в основе аэродинамики лежит всеобъемлющая наука механика, родоначальником которой стал английский ученый. Ньютон первым рассмотрел воздушную среду как конгломерат частиц, которые, набегая на препятствие, либо прилипают к нему, либо упруго отражаются. В 1726 году он представил публике теорию сопротивления воздуха.

Развитие аэродинамики

Основатель гидродинамики Даниэль Бернулли описал в 1738 году фундаментальную взаимосвязь между давлением, плотностью и скоростью для несжимаемого потока, известную сегодня как принцип Бернулли, который также применителен к расчетам силы аэродинамического подъема. В 1799 году сэр Джордж Кэли стал первым человеком, который идентифицировал четыре аэродинамических силы полета (вес, подъемную силу, сопротивление и тягу), а также отношения между ними.

В 1871 году Фрэнсис Герберт Уэнам создал первую аэродинамическую трубу, позволяющую точно измерять аэродинамические силы. Неоценимые научные теории разработаны Жаном Ле Рондом Даламбером, Густавом Кирхгофом, лордом Рэлеем. В 1889 году Чарльз Ренард, французский инженер по аэронавтике, стал первым человеком, который научно рассчитал мощность, необходимую для устойчивого полета.

От теории к практике

В 19 веке изобретатели взглянули на крыло с научной точки зрения. И благодаря исследованиям механизма полета птиц была изучена аэродинамика в действии, которую позже применили к искусственным летательным аппаратам.

Особо в исследованиях механики крыла преуспел Отто Лилиенталь. Немецким авиаконструктором создано и испытано 11 типов планеров, в том числе биплан. Им же совершен первый полет на аппарате тяжелее воздуха. За относительно недолгую жизнь (46 лет) он совершил порядка 2000 полетов, постоянно совершенствуя конструкцию, которая скорее напоминала дельтаплан, чем самолет. Он погиб во время очередного полета 10 августа 1896 года, став и первопроходцем аэронавтики, и первой жертвой авиакатастрофы. Кстати, один из планеров немецкий изобретатель лично передал пионеру в изучении аэродинамики самолетов Жуковскому Николаю Егоровичу.

Жуковский не просто экспериментировал с конструкциями самолетов. В отличие от многих энтузиастов того времени, прежде всего он рассматривал поведение воздушных потоков с научной точки зрения. В 1904 году он основал первый в мире аэродинамический институт в Качино под Москвой. С 1918 года возглавлял ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт).

Первые самолеты

Аэродинамика – это наука, позволившая человеку покорить небо. Без ее изучения было бы невозможно строить летательные аппараты, стабильно перемещающиеся в воздушных потоках. Первый самолет в привычном нам понимании изготовили и подняли в воздух 7 декабря 1903 года братья Райт. Однако этому событию предшествовала тщательная теоретическая работа. Американцы много времени посвятили отладке конструкции планера в аэродинамической трубе собственной разработки.

Во время первых полетов Фредерик В. Ланчестер, Мартин Вильгельм Кутта и Николай Жуковский выдвинули теории, которые объясняли циркуляцию воздушных потоков, создающих подъемную силу. Кутта и Жуковский продолжили разработку двумерной теории крыла. Людвигу Прандтлу приписывают развитие математической теории тонких аэродинамических и подъемных сил, а также работу с пограничными слоями.

Проблемы и решения

Важность аэродинамики самолетов возрастала по мере увеличения их скоростей. Конструкторы начали сталкиваться с проблемами, связанными со сжатием воздуха со скоростью, близкой или большей, чем скорость звука. Различия в потоках при таких условиях привели к проблемам управления воздушным судном, увеличению сопротивления из-за ударных волн и угрозе разрушения конструкции из-за аэроупругого флаттера. Отношение скорости потока к скорости звука было названо числом Маха по имени Эрнста Маха, который одним из первых исследовал свойства сверхзвукового потока.

Основные характеристики

Согласно законам аэродинамики, для обеспечения полета в атмосфере земли любого аппарата важно знать:

Классификация

Аэродинамические характеристики классифицируются по условиям и свойствам воздушного потока, включая скорость, сжимаемость и вязкость. Внешняя аэродинамика – это исследование потока вокруг твердых объектов различной формы. Примерами являются оценка подъема и вибраций самолета, а также ударных волн, которые образуются перед носом ракеты.

Внутренняя аэродинамика – это исследование воздушного потока, перемещающегося через отверстия (проходы) в твердых объектах. Например, она охватывает изучение потоков через реактивный двигатель.

Аэродинамические показатели также могут быть классифицированы в зависимости от скорости потока:

Дозвуковой называют скорость, меньшую скорости звука.
Околозвуковой (трансзвуковой) – если присутствуют скорости как ниже, так и выше скорости звука.
Сверхзвуковой – когда скорость потока больше скорости звука.
Гиперзвуковая – скорость потока намного больше скорости звука. Обычно под этим определением подразумевают скорости с числами Маха выше 5.

Аэродинамика вертолета

Если принцип полета самолета основан на подъемной силе при поступательном движении, оказываемой на крыло, то вертолет как бы сам создает подъемную силу за счет вращения лопастей в режиме осевого обдува (то есть без поступательной скорости). Благодаря данной особенности геликоптер способен зависать в воздухе на месте и совершать энергичные маневры вокруг оси.

Другие области применения

Естественно, аэродинамика применима не только к летательным аппаратам. Сопротивление воздуха испытывают все объекты, движущиеся в пространстве в газовой и жидкой среде. Известно, что водные обитатели – рыбы и млекопитающие – обладают обтекаемыми формами. На их примере можно проследить аэродинамику в действии. Ориентируясь на животный мир, люди также делают водный транспорт заостренной либо каплевидной формы. Это касается кораблей, катеров, подводных лодок.

Значительное сопротивление воздуха испытывают транспортные средства: оно возрастает по мере увеличения скорости. Для достижения лучшей аэродинамики автомобилям придают обтекаемую форму. Особенно это актуально для спорткаров.

Как только люди первый раз взглянули на небесных обитателей, в голову им лезли мысли о том как прекрасен мир с высоты. Они мечтали взлететь как птицы к облакам. Но пока одни мечтали, другие пытались это сделать. Постепенно люди продвигались в направление своих идей. И так человечество прогрессировало и дошло до наших дней. Теперь взглянув на небесные просторы мы можем увидеть самолеты летящие в далекие страны, спутники похожие на звезда… Человек добился многого в полетах над землей и изобрел множество летательных аппаратов. И с недавних пор человек смог достичь наибольшего успеха в полетах как птица. Вингсьют - последнее слово техники, летательный аппарат конструкцией напоминающий птицу или белку - летягу. Человек буквально смог стать птицей и парить в небесах. Но действительно ли что вингсьют стал выдающимся изобретением и так ли он похож на привычный нам парашют.

Аэродинамическое качество парашюта типа "крыло" превышает аэродинамическое качество вингьсюта

Провести сравнительную характеристику аэродинамических качество парашюта типа "крыло" и вингсьюта

1) Изучить принцип работы вингсьюта и парашюта типа крыло

1) Изучить аэродинамику вингсьюта и парашюта

2) Провести эксперименты на доказательство гипотезы

3) Сделать вывод о проделанной работе.

1) Парашют типа "крыло"

3) Крыло самолета

Глава 1. Теоретическая часть

Парашют - устройство из ткани, в основном в виде полусферы, к которому стропами прикреплена подвесная система или груз. Служит для замедления движения предмета в воздухе. Парашюты используются для прыжков из летательных аппаратов (или с фиксированных объектов) с целью безопасного спуска и приземления людей (грузов), для торможения летательных аппаратов при посадке.

Дополнительно персональные парашюты подразделяются на:

- классический (точностный) купол;

Классический парашют типа крыло состоит:

- Из верхней и нижней оболочки (Основные несущие поверхности купола. Они изготавливаются из ткани с низкой или нулевой воздухопроницаемостью);

- Сопла (Отверстие в передней части секции для по-ступания воздуха внутрь; купола)

- Слайдера (Это устройство рифления, предназначенное для замедления раскрытия купола и представляющее собой прямоугольную косынку с кольцами по углам. В кольца продеты все стропы, таким образом, слайдер делит стропы на четыре группы соответственно четырем свободным концам. Он может беспрепятственно скользить (отсюда его название) по стропам or купола до свободных концов, иногда и по свободным концам);

- Клеванты (Пластиковый или эбонитовый цилиндр со скругленными концами и поперечным сквозным отверстием в середине. Красного цвета. Закреплен на концах строп управления для их фиксации в верхнем положении и удобства управления. В настоящее время вместо клевантов широкое распространение получили мягкие петли);

- Передних и задних свободных концов ( Элемент подвесной системы в виде короткой капроновой ленты, соединяющей стропы с подвесной системой);

1.2.Что такое вингсьют

Вингсьют (англ. Wingsuit; также белка-летяга, бёрдман) - костюм-крыло из ткани. Полёты в вингсьюте являются разновидностью прыжков с парашютом. При полётах в вингсьюте для приземления используется парашют. В отличие от прыжков с парашютом, движение совершается не вниз, а вперед, напоминая полет птицы. Управление вингсьютом происходит посредством изменения угла падения или положения тела.

Костюм был оснащен тремя двухслойными крыльями (вместо двух, как в более ранних версиях), способными наполняться набегающим воздушным потоком. Все три тканевых крыла имеют внутри нервюры, надуваются набегающим потоком через воздухозаборники, и при полёте парашютиста вперед создают подъёмную силу. Кроме того, давление внутри крыла создает необходимую жесткость, без которой крыло было бы тяжело держать рукой.

Крыло - несущая поверхность, которая создает аэродинамическую подъемную силу, обеспечивающую полет самолета. Также от размеров и формы крыла зависят лётные качества летательного аппарата.

1.3.1.Конструкция крыла и основные понятия

- Размах крыла - наибольшее расстояние между концевыми точками прямого крыла;

Наибольшую подъемную силу дают вогнуто-выпуклые крылья. У двояковыпуклых крыльев подъемная сила несколько меньше, чем у вогнуто-выпуклых, но зато меньше лобовое сопротивление. Крылья плосковыпуклым сечением занимают промежуточное место, т. е. подъемная сила и лобовое сопротивление у них меньше, чем у вогнуто-выпуклых, но больше, чем у двояковыпуклых. Наименьшее лобовое сопротивление имеют крылья симметричных двояковыпуклых профилей.

-Передняя кромка - ею называют передний край крыла, которым оно набегает на воздух

-Задняя кромка -это задний край этого же крыла.

-Хорда крыла или хорда профиля - расстояние между кромками

-Абсолютная толщина профиля - это расстояние от верхней до нижней поверхности профиля в сечении, перпендикулярном хорде

-Относительная толщина профиля - это отношение наибольшей толщины к хорде

менее 8% профили считают тонкими

от 8 до 12% - средними,

Чем толще профиль, тем больше его лобовое сопротивление, но зато, как правило, больше и подъемная сила. И наоборот, чем тоньше профиль, тем меньше его лобовое сопротивление и меньше подъемная сила.

Силы действующие на крыло самолета

Во время полета на крыло самолета действует основные четыре физические силы:

Подъемная сила крыла

Подъёмная сила - одна из составляющих полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком. Крыло самолета имеет несимметричный профиль (верхняя часть крыла более выпуклая), вследствие чего скорость потока по верхней кромке крыла будет выше, чем над нижней. Создавшаяся разница давлений и порождает подъёмную силу.

Подъемная сила крыла создается движением частиц воздуха над и под крылом. Ее можно получить или в случае, когда крыло самолета движется относительно воздуха с некоторой скоростью, или если струю воздуха пустить мимо неподвижного крыла. Подъемная сила зависит от скорости частиц воздуха, обтекающих крыло. Малейшее увеличение их скорости вызывает более быстрое увеличение как подъемной силы, так и лобового сопротивления.

Тяга - сила, которая вырабатывается двигателями и толкает самолёт сквозь воздушную среду. Тяге противостоит лобовое сопротивление. В установившемся прямолинейном горизонтальном полёте они приблизительно равны. Если пилот увеличивает тягу, добавляя обороты двигателей, и сохраняет постоянной высоту, тяга превосходит сопротивление воздуха. Самолёт при этом ускоряется. Довольно быстро сопротивление увеличивается и вновь уравнивает тягу. Самолёт стабилизируется на постоянной, но более высокой скорости. Тяга - важнейший фактор для определения скороподъёмности самолёта (как быстро он может набирать высоту). Вертикальная скорость набора высоты зависит не от величины подъёмной силы, а от того, какой запас тяги имеет самолёт. В случаи крыла самолета тяга, увеличивает подъемную силу и силу сопротивления воздуха.

Сила тяжести - сила, с которой Земля притягивает к себе тело. Сила тяжести "тянет" крыло самолета к земли. Ее противоположность это подъемная сила.

Лобовое сопротивление - сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. Наряду с подъёмной силой является составляющей полной аэродинамической силы.

Лобовое сопротивление может способствовать как обледенению летательных аппаратов (при низких температурах воздуха), так и вызывать нагревание лобовых поверхностей летательного аппарата при сверхзвуковых скоростях ударной ионизацией.

1. 4 Принцип работы вингсьюта и парашюта.

Летает ли вингсьют или только уменьшает вертикальную скорость за счет аэродинамического сопротивления? Он действительно летает, так как просто его площади недостаточно для такого уменьшения вертикальной скорости и гладкого планирования. Но лететь вингсьюту позволяет только гравитация. Вертикальное падение вызываемое силой гравитации вингсьют превращает в горизонтальный (насколько это возможно) полет. Те же самые принципы лежат в основе полетов планеров, дельтапланов и парашютов типа крыло. Вингсьют летает потому, что имеет аэродинамический профиль, точно так же как крыло самолета, парашют крыло или даже Space Shuttle (космический челнок) В действительности по форма и летным характеристикам вингьют ближе к шатлу, чем к остальным летательным аппаратам.

1. 5 Аэродинамика парашюта.

Существует всего две основные составляющие, которые заставляют парашют замедлять снижение - подъемная сила и сопротивление. Купол типа "крыло" создает себе подъемную силу, приложенную к "крылу" в зависимости от формы купола и его положения по отношению к набегающему потоку. Контролирование потока воздуха над "крылом" и есть искусство пилотирования парашютом.

Сама по себе форма крыла уже создает подъемную силу. Из-за его формы, его изогнутости, воздуху приходится быстрее протекать над куполом, чем под ним. Согласно законам физики, когда скорость воздуха повышается, его давление уменьшается. Это создает область низкого давления над куполом, и соответственно высокого под ним.

Сопротивление так же является к нам в двух своих проявлениях, сопротивлением крыла и "паразитным" сопротивлением. Говоря проще, сопротивление крыла - это результат трения воздуха о крыло. Это "наказание" всех без исключения крыльев, имеющих, хоть какую ни будь площадь, и вы можете говорить об этом как о подъемной силе, толкающей назад! "Паразитное" сопротивление есть результат разрушения формы потока воздуха неравномерностями крыла, и все что с ним связано. Отверстия секций вызывают турбулентность. Швы, укладочные петли, стропы и их держатели, "медуза", слайдер и даже пилот способствуете сопротивлению, при этом, абсолютно не повышая подъемной силы. Парашюты никогда не будут такими же хорошими крыльями, как крылья самолета, из-за своего структурного свойства порождать неимоверное количество паразитного сопротивления.

Подъемная сила и сопротивление - два результата обтекания воздушным потоком верхней части крыла. Именно поток воздуха над крылом создает эти силы для полета, отсюда - быстрее поток - больше значения этих сил. Подъемная сила и сопротивление возрастают в геометрической прогрессии по отношению к скорости: Увеличение скорости вдвое, повышает подъемную силу и сопротивление вчетверо. А это значит только одно: скорость - это ключ ко всему. Двигаться быстро - значит, в данном случае, большая подъемная сила и четкая реакция в управлении.

Для крыла, двигающегося сквозь воздушный поток и порождая подъемную силу, необходима так же сила, толкающая его вперед. Назовем ее тягой. С самолетом все понятно - эту проблему тут решает мотор. У спортивных куполов этим занимается гравитация. В парашютах - крыло стропы передней кромки короче, чем стропы задней кромки ,что вызывает наклон купола вниз. Поток, отклоняющийся у задней кромки, вызывает горизонтальное перемещение. Вес всей системы (вы плюс снаряжение) давят купол вниз. Крыло скользит, как санки с горы, согласно уклону, выставленному передними и задними стропами.

Чем больше масса, давящая купол вниз - тем эта самая тяга больше. Мы будем считать отношение массы к площади купола так называемой "загрузкой купола", которая является очень важным показателем для пилота. В Америке загрузка купола считается отношение полного веса парашютиста и системы в фунтах к площади купола в квадратных футах. Это заставляет нас быть уверенным в том, что при постоянной неизменной загрузке купола его перемещение по вертикали и горизонту так же буде постоянным.

Однако загрузка купола может катастрофически изменятся во время поворота. Нельзя не заметить, что при некоторых маневрах вы можете так же здорово уменьшать загрузку крыла на какой-то момент. На многих куполах пилоты могут совершать повороты, которые подбрасывают их тело вверх, в то время как купол уходит вниз, при этом, на какое то время стропы ослабляются - что означает уменьшение загрузки практически до нуля на какое-то мгновение.

В то же время, большая масса (тяга) значительно улучшают управление.

Вингсьют и парашют имеет одинаковый принцип работы, в основе его полета, принцип работы парашюта. Но их конструкции сильно отличаются.

Для того что бы сравнить летательные аппараты в теории мы прибегла к такой безразмерной единицы измерения как аэродинамическое качество.

Аэродинамическое качество летательного аппарата - это отношение подъёмной силы к лобовому сопротивлению.

Подъёмная сила представляет собой полезную составляющую аэродинамической силы, которая поддерживает летательный аппарат в воздухе. Лобовое сопротивление, напротив, приводит к дополнительному расходу энергии летательного аппарата и является вредной составляющей. Таким образом, их отношение позволяет характеризовать качество летательного аппарата.

Аэродинамика как раздел механики сплошных сред, предмет и методы ее изучения, направления, этапы развития. Характеристики воздуха и других текучих сред. Сила гидравлического сопротивления, порядок и инструменты для ее измерения. Течение движущегося тела.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	23.11.2010
Размер файла	22,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Аэродинамика - раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения воздуха и других газов, а также характеристики тел, движущихся в воздухе. К аэродинамическим характеристикам тел относятся подъемная сила и сила сопротивления и их распределения по поверхности, а также тепловые потоки к поверхности тела, вызванные его движением в воздухе. В аэродинамике рассматриваются такие тела, как самолеты, ракеты, воздушно-космические летательные аппараты и автомобили. В атмосферной аэродинамике изучаются процессы диффузии твердых частиц (например, дыма, смога, пыли) и аэродинамические силы, действующие на здания и другие сооружения.

Характеристики воздуха и других текучих сред

В аэродинамике принимаются во внимание такие свойства воздуха, как плотность, давление, температура и молекулярный состав.

Воздух состоит из молекул ряда химических элементов, в основном азота (78%) и кислорода (21%). Имеются также небольшие примеси аргона, углекислого газа, водорода и других газов. Число молекул в единице объема воздуха чрезвычайно велико: на уровне моря при температуре 15? С в 1 м 3 содержится 2,7?10 25 молекул. Плотность определяется как масса воздуха, содержащегося в единице объема.

Давление представляет собой силу, действующую на единицу площади. Молекулы воздуха находятся в непрерывном движении; они соударяются с ограничивающей воздух поверхностью и отражаются от нее. Сумма всех импульсов, сообщаемых молекулами, падающими на единицу площади поверхности за единицу времени, равна давлению.

Температура воздуха (или какого-либо другого газа) служит мерой средней кинетической энергии молекул (равной половине произведения массы на квадрат скорости), отнесенной к единице массы.

Важной физической характеристикой газа, зависящей только от температуры, является скорость звука. Скорость звука a (м/с) в воздухе можно вычислить, зная абсолютную температуру T (K), по формуле .

Изменения давления и плотности воздуха по высоте согласуются с этими законами. Давление и плотность уменьшаются, по сравнению с их значениями на уровне моря, в 2 раза на высоте 6 км, в 5 раз на высоте 12 км и в 100 раз на высоте 30 км.

В нижних слоях атмосферы температура воздуха также снижается при увеличении высоты. Стандартная температура на уровне моря составляет 288 К. Она уменьшается до 256 К на высоте 5 км и до 217 К на высоте 12 км.

Вопреки закону Паскаля

Как известно, неподвижная жидкость в сосуде, согласно закону Паскаля, передает внешнее давление ко всем точкам жидкости без изменения. Но когда жидкость течет без трения по трубе переменной толщины, давление в разных местах трубы неодинаково. Оказывается, в узких местах трубы давление жидкости меньше, чем в широких.

Труба, по которой течет жидкость, снабжена впаянными в нее открытыми трубками - манометрами. В узких местах трубы высота столбика жидкости меньше, чем в широких. Это значит, что в этих узких местах давление меньше.

Предположим, что жидкость течет по горизонтальной трубе, сечение которой в разных местах различное (рис. 3). Выделим мысленно несколько сечений в трубе, площади которых обозначим S1, S2, S3. За какой-то промежуток времени t через каждое из этих сечений должна пройти жидкость одного и того же объема. Вся жидкость, которая за время t походит через первое сечение, должна за это же время пройти второе сечение, и третье сечение. Заметим, что мы считаем, что жидкость данной массы повсюду имеет один объем, что она не может сжиматься (несжимаема).

Рассмотрим стационарный (скорость в данной точке не изменяется со временем) поток идеальной (нет внутреннего трения) несжимаемой жидкости. В этом случае выполняется закон сохранения массы. Пусть за время t через сечение трубы S₁ проходит жидкость массой m_1. m₁=?V₁=?S₁V₁t Тогда через сечение S₂ за тоже время проходит жидкость массой m₂: m₂=?V₂=?S₂V₂t. Так как m₁=m₂, то S₁V₁= S₂V₂ или V₂/ S₁= V₁/ S₂, где сечение трубы меньше, там скорость жидкости больше, и наоборот (если S₁ > S₂, то v₁ 2 , где m - масса, выраженная в кг, l - длина и t - время (с). Величиной, имеющей размерность силы, является произведение плотности ?, квадрата скорости движения тела в среде v 2 и площади S. Искомый безразмерный параметр, который называется коэффициентом силы, определяется следующим соотношением:

Сила как векторная величина, характеризуется своими компонентами, имеющими различные направления. Соответственно этому различают три коэффициента сил: коэффициент подъемной силы (нормальной к скорости набегающего потока), коэффициент силы сопротивления (направленной вдоль скорости набегающего потока) и коэффициент боковой силы (ортогональной двум предыдущим).

Сам коэффициент силы зависит от других безразмерных параметров. Одним из них является число Рейнольдса Re, введенное английским инженером Осборном Рейнольдсом (1842-1912). Этот критерий определяется формулой

аэродинамика среда движущийся течение

Длина l, входящая в определение критерия Рейнольдса, является характерным масштабом течения. Для течения около сферы в качестве l можно взять диаметр сферы, для самолета это хорда крыла, а для трубы - ее диаметр. Это означает, что можно сравнивать числа Рейнольдса для течений различных сред около двух сфер или двух геометрически подобных самолетов. Однако не имеет смысла сравнивать числа Рейнольдса течений около сферы и около самолета, так как эти тела не являются геометрически подобными и нельзя определить один масштаб длины, устанавливающий соответствие между этими двумя видами течений. Сопоставление чисел Рейнольдса для течений около двух сфер может служить указанием об относительном влиянии вязкости среды на характер течения.

Вторым определяющим критерием является число Маха M,

M = v/a,

Излагаемые здесь сведения касаются главным образом влияния чисел Рейнольдса и Маха на аэродинамические характеристики, т.е. на подъемную силу и сопротивление крыльев и других элементов самолета. Ниже будет показано, что каждое из этих чисел определяет некоторые особенности обтекания, соответствующие высоким или низким значениям размера тела, скорости или высоты полета.

Подъемная сила.

Когда крыло обтекает поток, движущийся с числом Маха, значительно меньшим единицы (т.е. скорость течения значительно меньше скорости звука), то распределения давлений по его верхней и нижней поверхностям имеют вид, показанный на рис. 4. Приведенные там же линии тока характеризуют траектории элементарных частиц текущей среды, скорости которых связаны с давлением уравнением Бернулли. Возникновение областей пониженного и повышенного давления означает, что скорость течения на верхней поверхности больше, чем на нижней. Так как давление на нижней поверхности соответственно больше, то на крыло действует сила, направленная вверх, или подъемная сила.

Подобные документы

Уравнения механики сплошных сред для затвердевающих и растущих тел. Реологические соотношения затвердевающих линейных вязкоупругих сред. Исследование цилиндрического стеклометаллокомпозита. Осесимметричное состояние затвердевающих сред, задача Ламе.

дипломная работа [594,3 K], добавлен 26.07.2011

Изучение механики материальной точки, твердого тела и сплошных сред. Характеристика плотности, давления, вязкости и скорости движения элементов жидкости. Закон Архимеда. Определение скорости истечения жидкости из отверстия. Деформация твердого тела.

реферат [644,2 K], добавлен 21.03.2014

Аспекты науки, влияющие на звук при перемещении среды, источника, приемника звуковых колебаний. Приборы, созданные на основе эффекта Доплера, аэродинамики и их спользование в наше время. Ученые, которые повлияли на развитие акустики движущихся сред.

реферат [397,3 K], добавлен 20.12.2010

Причины возникновения подъемной силы летательного аппарата. Заслуги Жуковского в развитии аэродинамики. Понятие турбулентности и процесс возникновения зоны повышенной плотности на передней части снаряда. Принципы всасывания потока воздуха в двигатель.

реферат [2,2 M], добавлен 01.06.2013

Элементы механики сплошных сред. Энергия деформирования. Теоремы о минимуме. Модель среды с малой объемной долей включений. Полидисперсная модель, свойства среды с малой объемной долей произвольно ориентированных тонких пластинчатых включений.

курсовая работа [3,2 M], добавлен 30.07.2011

Определение механики, ее место среди других наук, подразделения механики. Развитие методов механики с XVIII в. до нашего времени. Механика в России и СССР. Современные проблемы теории колебаний, динамики твердого тела и теории устойчивости движения.

реферат [47,3 K], добавлен 19.06.2019

Предмет и задачи механики – раздела физики, изучающего простейшую форму движения материи. Механическое движение - изменение с течением времени положения тела в пространстве относительно других тел. Основные законы классической механики, открытые Ньютоном.

Читайте также: