Forțele aerodinamice la viteze mari
Tot ce a fost spus despre drag și ridicare este valabil pentru corpurile care curg cu viteze subsonice scăzute, până la aproximativ 100 m / s. La viteze mari, aproape de viteză
Fig. 19. Debit în jurul corpului:
a - fluxul subsonic; b - Circuitul supersonic.
sunetul și mai sus, fluxul în jurul corpurilor are propriile caracteristici. Aceste trăsături constau în faptul că, la viteze mari, forțele aerodinamice încep să depindă de proprietățile aerului, să-și schimbe densitatea sub acțiunea presiunii, adică de la compresibilitatea aerului.
Să ne gândim cum diferă fluxul în jurul corpurilor în fluxurile subsonice și supersonice (figura 19). Mai întâi amintim că undele sonore sunt perturbări mici ale densității și presiunii care se propagă într-un mediu suficient de dens și că viteza sunetului este viteza de propagare a acestor perturbații. Aceste tulburări pot fi auzite de urechea umană. De asemenea, trebuie remarcat faptul că perturbațiile presiunii aerului, de exemplu, cauzate de un bici, prin lanțuri de voce umane, de o aripă de avion, se răspândesc în toate direcțiile din corp la viteza sunetului.
La mișcarea cu viteză subsonică, partea din față a unui corp presează particule de aer care sunt înaintea lui. Există perturbații ale aerului, propagând înainte de la o particulă la alta cu viteza sunetului. Aceste tulburări depășesc corpul în mișcare.
În același timp, organismul nu se confruntă cu multă rezistență. Acesta este fluxul subsonic. Și ce se întâmplă dacă corpul se mișcă cu viteză supersonică?
Și în acest caz, partea din față a corpului va perturba particulele de aer, provocând oscilații ale aerului din jur.
Dar viteza de propagare a acestor oscilații va fi în continuare egală cu viteza sunetului.
În aceste condiții, fluctuațiile din mediul aerian care apar atunci când corpul se mișcă nu au timp să se răspândească în fața corpului. Înainte de corp, mișcându-se cu viteză supersonică, se formează un strat de aer comprimat.
Având o viteză supersonică, corpul lasă din ce în ce mai multe valuri noi de sunet (Figura 20).
Anterior, undele emergente au timp să se extindă și raza lor crește. Aceste nenumărate valuri sferice de sunet, formând, formează în spatele corpului un con de tulburări, la vârful căruia se află punctul corpului însuși. Cu cât viteza de mișcare este mai rapidă decât viteza sunetului, cu atât este mai clar acest con.
Undele de aer perturbă mediul. Aceste perturbații, formând, formează în fața corpului un val comun de aer comprimat. Acest strat de aer comprimat mărește rezistența la mișcarea corpului de mai multe ori.
La capul conului, pe suprafața sa, tot timpul, va fi o lovitură a particulelor de aer care intră. În locul impactului, există un șoc de comprimare - regiunea compresiei aerului. Unda de șoc este cauza rezistenței suplimentare. Deoarece cauza acestei rezistențe este valurile, rezistența adițională se numește rezistența la undă.
Fig. 21. Curgeți în jurul unui corp ascuțit cu flux supersonic.
În undă de șoc, presiunea și temperatura aerului cresc într-o manieră abruptă. În această zonă a aerului comprimat, energia mișcării corpului intră în presiune tot mai mare și în căldură. Astfel, aerodinamica cu viteze mari ține cont de fenomenele termice care apar în fluxul de gaze. După șocul de compresie, totuși, presiunea scade, dar rămâne în continuare ridicată (Figura 21). Această presiune acționează asupra suprafeței frontale a corpului, determinând o creștere a tragerii.
Este interesant de observat că undele de șoc apar de asemenea în natură. De exemplu, este cunoscut faptul că rocile meteorit prăbușesc la o viteză de câteva zeci de kilometri pe secundă, în atmosfera Pământului, format puternic sigiliu aer salt, în care comprimarea este atât de mare încât gazele din ea sunt încălzite, este încălzită și meteor în sine și este emisă de lumină puternică, pe care o vedem atunci când privim "stelele care se încadrează".
Apariția la viteze mari a rezistenței aerului la aer depinde nu de valoarea absolută a vitezei, ci de raportul dintre viteza zborului și viteza sunetului.
Pentru această legătură, între creșterea rezistenței la aer și viteza sunetului, pentru prima dată în lume, profesorul de artilerie al științificului Academiei de artilerie NV Mayevsky a indicat. Raportul dintre viteza zborului și viteza sunetului se numește numărul M.
Pentru o viteză de zbor egală cu viteza de zgomot, numărul M = 1.
Datorită aspectului impedanței de undă descrisă anterior, formulele de calcul al forței de tracțiune și de ridicare sunt specificate prin modificările corespunzătoare ale coeficientului de tracțiune Cx și coeficientului forței de ridicare Cy.
Acești factori, așa cum am văzut mai înainte (§ 3 și 4), la viteze subsonice scăzute de aproximativ 100 m / s, nu depinde de viteza de zbor, pe aceleași viteze de zbor mai mari de 100 m / s, mai degrabă decât pe viteza de zbor, pentru care numărul M = 0,3 ÷ 0,5, acestea depind puternic de numărul M. Valorile acestor coeficienți sunt determinate experimental prin suflare în tunelurile eoliene de mare viteză.
Cercetătorii noștri aerodinamici caută neobosit cele mai bune noi forme de piese ale aeronavelor supersonice.
Formele exterioare ale aeronavei supersonice sunt neobișnuite și diferă semnificativ de formele avionului subsonic cu viteză mică. Vom lua cunoștință de ele în secțiunea "Avioane".
Vezi de asemenea
Trimiteți-le prietenilor: