Аэродинамика

АЭРОДИНАМИКА ПЛАНЕРА . СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПЛАНЕР

Всякое движение обязательно   связано с сопротивлением среды, в которой это движение происходят.

Лепех плуга встречает сопротивление разрезаемого им слоя земли. Вода оказывает сопротивление движению лодки. И даже такая обычно мало заметная среда, как воздух, сопротивляется вашему движению. Такое сопротивление вы ощущаете при быстром беге или езде на велосипеде. Чем быстрее ваш бег, тем ощутитель­ней будет сопротивление. Эти примеры выявляют три характерных особенности силы со­противления. Во-первых, величина ее, по-видимому, зависит от плотности тон среды, в которой движется тело. В среде воз­духа вы способны свободно бежать, а попробуйте сделать это, погрузившись в воду. В воде ваших сил хватит лишь на то, чтобы едва продвигаться вперед. Во-вторых, как показывает опыт, со­противление зависит от скорости движения. Чем быстрее будет двигаться тело, тем большее сопротивление его движению будет оказывать среда. И, в-третьих, что очень важно, сопротивление зависит от формы тела, его величины и положения относительно направления движения. Именно поэтому умелый пло­вец, правильно располагая свое тело, движется в воде быстро, не затрачивая чрезмерно больших усилий. Как известно, воздух состоит из отдельных частиц — молекул. Если считать, что молекулы не отличаются друг от друга, то плот­ность воздуха будет характеризоваться количеством их в единице объема: например, в одном кубическом метре.

 Рисунок 1

Частицы воздуха, ударяясь о поверхность движущегося планера, оказывают сопротивление его движению. При этом чем больше плотность воздуха, тем большее количество частиц его ударяется о планер. Если плотность воздуха увеличить вдвое, то количество ударов частиц воздуха, о планер также увеличится в два раза и сопротивление движению увеличится в два раза. При уменьшении плотности воздуха сопротивление полету будет уменьшаться. Известно, что плотность воздуха земной атмосферы уменьшает­ся с увеличением высоты подъема над уровнем моря. Поэтому с увеличением высоты полета самолета или планера и сопротивление полету при неизменной скорости будет постепенно уменьшаться. Изменение скорости полета при одинаковой плотности воздуха также изменяет величину сопротивления. Так как с увеличением скорости полета планер за единицу времени успевает пролететь больший объем воздуха, то увеличивается количество ударов ча­стиц воздуха о планер. Но при этом увеличивается также и сила удара каждой частицы Если вам приходилось с кем-нибудь столк­нуться на бегу, то наверное помните, что сила удара была значи­тельно больше, чем при движении шагом» С увеличением скорости полета в два раза количество ударов частиц воздуха о планер увеличится в два раза, но и сила удара, каждой частицы воздуха также увеличится в два раза. Поэтому сопротивление увеличится уже в четыре раза. Увеличение скорости полета в три раза увеличит сопротивление воздуха в девять раз и так далее. Таким образом, увеличение сопротивления воз­духа пропорционально квадрату скорости. Двигаясь с равными скоростями, не все тела испытывают оди­наковое сопротивление воздуха. Более того, положение одного и того же тела относительно направления движения также оказы­вает влияние на величину воздушного сопротивления. Только шар, двигаясь в любом положении, будет испытывать одинаковое со­противление.  

Рисунок 2

При движении плоской пластинки (рис 2) сопротивление воз­духа сильно изменяется в зависимости от ее положения. Наимень­шее сопротивление пластинка будет испытывать тогда, когда она установлена вдоль направления движения. В этом случае, если пренебречь толщиной пластины, только трение воздуха о пластин­ку препятствует ее движению.                                     

Рисунок 3

Если мы станем поворачивать пластинку и установим ее под некоторым углом к направлению движения, то сила сопротивления воздуха обязательно увеличится. Наибольшее сопротивление (рис. 3) пластинка будет испыты­вать тогда, когда она будет установлена поперек направления дви­жения. В этом случае, встречая на своем пути воздух, пластинка давит на него своей поверхностью и увлекает с собой. Поэтому впереди пластинки образуется область повышенного давления, тор­мозящая движение. В это же время позади пластинки происходит обратное явление: воздух устремляется за пластинкой и не успевает до конца заполнить образующуюся за ней пустоту. Поэтому сзади пластинки образуется область пониженного давления, или разре­жение; по бокам пластинки сжатый воздух приходит в движение, стремится заполнить образующуюся пустоту за пластинкой. Все это ведет к беспорядочному движению воздуха (который до этого находился в покое) и сильно увеличивает силу сопротивления воз­духа. Пластинку, установленную вдоль или поперек движения, аэродинамическая сила, будучи направленной строго против дви­жения, стремится только задержать.