Подъемная и тормозящая сила

Подъемная и тормозящая сила

Характер обтекания крыла не изменится, если его установить неподвижно, а воздух заставить двигаться навстречу крылу. Размеры тела, движущегося в воздухе, также влияют на величину воздушного сопротивления. Тело, имеющее большее поперечное сечение, преодолевает большее сопротивление, так как встречает на своем пути большее количество частиц воздуха.  Влияние формы теп и его положения относительно направления движения определяют опытным путем. Для этого различные тела «продувают» в так называемой аэродинамической трубе, в которой специальным двигателем при помощи воздушного винта создают движение воздуха с необходимой скоростью. Испытываемое тело подвешивают внутри трубы и перед испытаниями уравновешивают специальными аэродинамическими весами. Когда воздух внутри трубы начинает двигаться и обтекает испытываемое тело, равновесие на весах нарушается, так как появляется аэродинамическая сила. Величина аэродинамической   силы определяется весом грузов в килограммах, которые необходимо добавлять на весы для сохранения равновесия. При изменении положения тела в воздушном потоке   аэродинамическая сила также изменяется и равновесие на весах опять нарушается.  Поэтому для его  восстановления снова потребуется увеличить или уменьшить вес грузов. При продувках замеряют две силы: подъемную и тормозящую. Тормозящую силу называют обычно лобовым сопротивлением. Опыты, как правило, ведутся с уменьшенными моделями иссле­дуемых тел. Аэродинамические силы, действующие на такие модели, также становятся соответственно меньшими. Поэтому числовые значения сил, полученные при испытании маленьких моделей, заменяют коэффициентами. Аэродинамические коэффициенты подсчитывают путем деления полученного при опыте числового значения силы на площадь испытуемой модели и на величину скоростного напора воздуха в аэродинамической трубе. Скоростной напор представляет собой повышение дав­ления, возникающее при полном торможении струи движущегося воздуха. Величину скоростного напора можно подсчитать как по­ловину произведения плотности воздуха на квадрат его скорости. Для тел, не имеющих подъемной силы, продувкой находят только коэффициент лобового сопротивления; для крыльев - два коэффициента: лобового сопротивления и подъемной силы. Реальную аэродинамическую силу, действующую на любую отдельно взятую часть планера, вы можете подсчитать обратным путем: по найденному из продувок значению аэродинамического коэффициента для данной части планера и по величине скорост­ного напора. Величина аэродинамической силы определится про­изведением ее коэффициента на площадь тела и скоростного напора воздуха. Аэродинамические коэффициенты изменяются в зависи­мости от положения модели в потоке. Рассматривая движение планера, нетрудно заметить, что и ло­бовое сопротивление и подъемная сила являются силами аэроди­намическими, а поэтому можно их объединить и говорить об одной общей силе воздействия воздуха на планер. Тогда на планер будут действовать только две силы: сила тя­жести планера и полная аэродинамическая сила (включающая в себя как подъемную силу, так и лобовое сопротивление). Когда полная аэродинамическая сила равна силе тяжести, планер будет двигаться прямолинейно с определенной установившейся ско­ростью. Но сила тяжести планера направлена вертикально вниз, значит вертикальной должна быть и полная аэродинамическая сила. Для этого траекторию полета приходится отклонять вниз. Планер в спокойном воздухе всегда снижается, съезжая вниз по невидимой наклонной плоскости. При этом сила тяжести тянет планер не только вниз, но и вперед, а аэродинамическая сила не только тянет планер назад, но и поддерживает его, создавая непонятную с первого взгляда возможность иметь в податливом воздухе на­дежную опору.

Рисунок 1 - планирование

Рис. 1. Если планер, подвесив к воздушному шару, поднять на достаточную высоту и после этого сбросить, то сначала он, как камень, будет падать вертикально вниз. Однако по мере уве­личения скорости падения аэродинамическая сила крыла также станет увеличиваться, а угол наклона траектории падения планера к горизонту будет уменьшаться до тех пор, пока эта сила не ока­жется способной уравновесить силу тяжести, а направление ее действия не станет вертикальным. С этого момента начнется установившееся планирование с постоянной скоро­стью и с постоянным углом наклона к линии горизонта, или, другими словами, с постоянным  углом планирования. Происходит  это   потому, что   полная   аэродинамическая сила крыла, как уже сказано выше, действует почти перпендикулярно направлению движения и только небольшой своей частью тормозит движение вперед. Чем круче угол планирования, тем большая часть веса тянет планер вперед. С изменением тянущей части веса изменяется и скорость полета, а это в свою очередь ведет к изме­нению величины аэродинамической силы и нарушению равенства сил. Если вы, управляя планером, измените направление движения, то аэродинамическая сила также изменится по величине и направ­лению, т.е. ее направление составит уже несколько иной угол с траекторией полета.  

Рисунок 2 - полная аэродинамическая сила

Рис 2. Одновременное изменение   величины и направления действия аэродинамической силы затрудняет ее изучение. Поэтому удобнее рассматривать   две  составляющие   части этой силы, на­правления которых нам  всегда известны. Это - подъемная сила, действующая всегда   перпендикулярно направлению движения, и лобовое сопротивление,  действующее  против  движения.   Нужно только помнить, что фактически это части единого целого - пол­ной силы воздействия воздуха. При нарушении равновесия между, силой тяжести планера и полной аэродинамической силой изме­няется не только скорость полета, но и угол наклона наклонной плоскости - угол планирования, поэтому без разделительного рассмотрения  отдельных составляющих (подъемной силы и лобового сопротивления) обойтись трудно.

Когда падает камень или на парашюте спускается парашютист, то в том и другом случаях направление движения совпадает с направлением действия силы тяжести и движение происходит вер­тикально вниз. При нарушении равенства сил как парашютист, так и камень только замедляют или ускоряют свое падение, не меняя направления действия сил и направления падения. Когда же летит планер, то направление его движения только в отвесном пикировании совпадает с направлением действия силы тяжести.