Подъемная сила. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Подъемная сила

Подъемная сила - сила, перпендикулярная вектору скорости движения центра тяжести тела, возникающая вследствие несимметрии обтекания тела потоком жидкости (газа). В двумерной модели движения крыла в идеальной и несжимаемой жидкости (рис. 1) несимметричное движение жидкости у границ крыла можно представить как сумму поступат. движения со скоростью v и циркуляц. движения интенсивностью Г. В суммарном течении при выбранном направлении циркуляции скорость у ниж. границы профиля будет меньше, а давление больше, чем у верхней (см. Бернулли уравнение ).Интеграл от давления по контуру профиля крыла даст П. с. Y, перпендикулярную скорости набегающего потока v. П. с. Y будет зависеть от величины циркуляции скорости Г и, согласно Жуковского теореме, для участка крыла длиной L (вдоль размаха)

где

- плотность среды.

Рис. 1. Схема обтекания профиля крыла самолёта. Скорость v_н < v_в, давление p_н> р_в.

Поскольку Г имеет размерность [vl] ([l] - размерность длины), то П. с. можно выразить равенством

где S - величина характерной для тела площади (напр., площадь крыла в плане, равная Lb, если b - длина хорды профиля крыла), С_у - безразмерный коэф. П. с., зависящий в общем случае от формы тела, его ориентации в среде и чисел Рейнольдса Re и Маха М. Значение С_уопределяют теоретич. расчётом или экспериментально. Так, согласно теории Жуковского, для крыла бесконечного размаха в плоскопараллельном потоке при небольших углах атаки

где

- угол атаки (угол между направлением скорости набегающего потока и хордой крыла),

- угол атаки при нулевой П. с., m - коэф., зависящий только от формы профиля крыла, напр. для тонкой слабоизогнутой пластины т =. В случае крыла конечного размаха L коэф. т = где

= L/b - удлинение крыла. Методы вычисления П. с. обобщены на случай обтекания решётки профилей и используются при расчёте лопаточных машин (насосов, компрессоров и турбин).
В реальной жидкости в результате влияния вязкости величина т меньше теоретической, причём эта разница возрастает по мере увеличения относит. толщины профиля; значение угла

также меньше теоретического. Кроме того, с увеличением угла

зависимость С_у от

(рис. 2) перестаёт быть линейной и величина dC_y/ монотонно убывает, становясь равной нулю при угле атаки

к-рому соответствует макс. величина коэф. П. с. С_умакс. Дальнейшее увеличение

ведёт к падению Су вследствие отрыва пограничного слоя от верх. поверхности крыла и возрастания давления на ней. Величина С_умакс имеет существ. значение, т. к. чем она больше, тем меньше скорость взлёта и посадки самолёта.

Рис. 2. Зависимость С_уот a.

При больших, но докритич. скоростях, т. е. таких, для к-рых М < М_кр (М_кр - значение числа М набегающего потока, при к-ром вблизи поверхности профиля местные значения числа М = 1), становится существенной сжимаемость газа. Для слабопзогнутых и тонких профилей при малых

сжимаемость можно приближённо учесть, положив

При сверхзвуковых скоростях характер обтекания существенно меняется. Так, при обтекании плоской пластины идеальным сжимаемым газом у её передней кромки на верх. поверхности образуются волны разрежения, а на нижней - ударная волна (рис. 3). В результате давление р_нна ниж. поверхности пластины становится больше, чем на верхней (р_в); возникает суммарная сила, нормальная к поверхности пластины, составляющая к-рой, перпендикулярная к скорости набегающего потока, и есть П. с. Для малых М > 1 и малых

П. с. пластины может быть вычислена по ф-ле С_у =Эта ф-ла справедлива и для тонких профилей произвольной формы с острой передней кромкой.

Рис. 3. Схема сверхзвукового обтекания пластинки: v_в > v_н, р_в < р_н; v₂ < v_в, р₂ > р_в; v_н< v₁, р_н> р₁, v₃ > v_н, р₃< р_н.

При обтекании тел сложной формы, напр. спускаемых в атмосфере Земли и планет космич. летат. аппаратов, П. с. определяют эксперим. путём на основании испытаний геометрически подобных моделей в аэродинамич. трубах и газодинамич. стендах.

Литература по подъемной силе

Лойцянский Л. Г., Механика жидкости и газа, 6 изд., М., 1987;

Седов Л. И., Механика сплошной среды, 4 изд., т. 1 - 2, М., 1983 - 84.

М. Я. Юделович

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Рыцари теории эфира