Зависимость коэффициентов подъемной силы

Зависимость коэффициентов подъемной силы от углов

Рисунок 1 – кривая изменения коэффициента подъемной силы

Рис. 1. Зависимость коэффициентов подъемной силы от углов атаки крыла изображена на графике. Коэффициенты подъемной силы отложены вверх, а углы атаки - вправо по горизонтали. При движении крыла с малым углом атаки, как мы видим, коэффициенты подъемной силы невелики. Поэтому на малых углах атаки, чтобы уравновесить силу тяжести, планер должен лететь на большой скорости. Если угол атаки увеличивать, то аэродинамическая сила будет также увеличиваться, при этом поступательная скорость полета может соответственно уменьшаться. Однако увеличение угла атаки допустимо только до определенного предела. Угол атаки, при котором коэффициент подъемной силы достигает самого большого значения, называется критическим углом атаки. При углах атаки, больших критического, частицы воздуха оторвутся от поверхности профиля крыла и от этого аэродинамическая сила сильно отклонится назад, коэффициент подъемной силы уменьшится, а коэффициент лобового сопротивления резко увеличится. При этом обтекание профиля почти не отличается от обтекания плоской пластинки, поэтому летать на планере при углах атаки больших, чем критический, невыгодно и опасно. Полет на таких углах атаки крыла называется парашютированием. При движении планера с определенным отрицательным углом атаки крыла, когда обтекание его воздухом почти симметрично, крыло совсем не будет создавать подъемной силы. Такой угол атаки называется первым летным углом и соответствует отвесному пикированию. Зависимость между подъемной силой и лобовым сопротивлением планера, а также их коэффициентами при различных углах атаки крыла, изображается графически в виде кривой линии, называемой полярой планера. На графике коэффициенты подъемной силы откладываются вверх от точки пересечения координат. Коэффициенты лобового сопротивления откладываются вправо. Углы атаки крыла отмечаются на самой поляре.

Подъемную силу создает только крыло. Другое дело — лобовое сопротивление. Его создает не только крыло, но и фюзеляж, хвостовое оперение, посадочные приспособления, все другие детали, соприкасающиеся с воздухом, и даже щели между отдельными деталями планера. Поэтому на поляре планера коэффициенты сопротивления всех других деталей прибавляются к коэффициенту сопротивления крыла. Лобовое сопротивление планера складывается из индуктивного и профильного сопротивления крыла и вредного сопротивления всех других деталей. Фюзеляж, оперение и другие детали планера, соприкасающиеся с воздухом, создают только вредное сопротивление.

Рисунок 2 - перетекание воздуха

Рис 2. Благодаря разности давления у верхней и нижней поверхности крыла, воздух стремится перетекать по бокам снизу вверх - в сторону меньшего давления, образуя на конце крыла зоны закрученного воздуха. Сопротивление крыла, которое вызвано энергетическими затратами на образование подъемной силы, является для планера неизбежным и называется индуктивным сопротивлением; по-другому его можно назвать вызванным. Когда нет подъемной силы, нет и индуктивного сопротивления, но как только появляется подъемная сила, сразу же появляется и оно. Чем больше подъемная сила, тем больше и индуктивное сопротивление. Форма крыла в плане и главным образом отношение размаха к хорде в большой степени влияют на величину индуктивного сопротивления. Наименьшее индуктивное сопротивление создает крыло эллипсовидной формы (в плане). Наибольшее индуктивное сопротивление создает прямоугольное крыло. Увеличение размаха крыла, т.е. его длины, за счет уменьшения ширины (хорды) уменьшает индуктивное сопротивление при одинаковой подъемной силе. Происходит это потому, что у длинного и узкого крыла по бокам перетекает меньше воздуха, чем у широкого и короткого крыла. Вредное сопротивление планера, в зависимости от причины возникновения, складывается на сопротивления давления и сопротивления трения. Плоская пластинка, установленная вдоль направления движения, испытывает, как уже было замечено, только сопротивление трения. Всякое другое тело, даже удобообтекаемое, но имеющее определенный объем, испытывает еще и сопротивление давления. Когда планер стоит на земле, то все детали его испытывают одинаковое атмосферное давление со всех сторон. Когда же планер летит, то воздушная масса, уступая ему место, сопротивляется его движению, давит на детали планера спереди больше, чем сзади; это и есть сопротивление давления. Причиной сопротивления трения является трение частиц воздуха о поверхность планера. Частицы воздуха, непосредственно соприкасающиеся с поверхностью планера, трутся о его крыло, фюзеляж, оперение и, благодаря трению, сами увлекаются за планером. При этом, чем ближе частицы воздуха находятся к поверхности, тем с большей скоростью они двигаются за планером.