Аэродинамический профиль

Самым первым авиаторам никогда не удавалось высоко отрываться от поверхности земли. Они много размышляли над этой ситуацией, чертили сложные чертежи и диафрагмы, но небо оставалось недосягаемым. Были придуманы машины, которые просто «взбивали» воздух различными приспособлениями. Такой подход к проблеме кажется смешным и, в некотором смысле, «смертельным». Чтобы научиться летать по настоящему, надо брать уроки у птиц.

Если рассматривать крыло птицы в поперечном срезе, вы обнаружите, что оно изогнуто. Верхняя поверхность крыла закруглена, тогда как нижняя часть почти плоская. Такая форма называется «аэродинамический профиль». Первые любители полетов, пораженные этим открытием, попытались применить эту форму в своих крыльях. Постепенно что-то стало получаться, поскольку многим птицам, например, хищным, нет необходимости махать крыльями, чтобы парить в воздухе.

Результаты, полученные после применения новой формы крыла, были очень обнадеживающими. По мере поступательного движения крыла в воздухе, крыло создавало подъемную силу. Самое интересное, что никто так и не знает до конца, почему это происходит, хотя существует ряд общепринятых объяснений этому явлению. Самый очевидный компонент подъемной силы - это угол атаки. Если крыло сориентировано по отношению к относительному потоку так, что оно отклоняет воздушный поток вниз, возникает подъемная сила. Эта сила действует даже в случае, когда крыло совершенно плоское.

Второй эффект аэродинамического профиля связан с разницей воздушного давления над и под поверхностью крыла. В ореховой скорлупе давление над крылом намного меньше давления под крылом. Природа не любит зоны воздушного давления, которое ниже атмосферного давления. Вот почему существуют неблагоприятные погодные условия, когда природа пытается сбалансировать зоны различного давления и привести его к среднему уровню. Природа предпочитает сбалансированность во всем. При попытке восстановить баланс возникает сила. Как и сила притяжения, движение объектов по направлению к зонам пониженного давления позволяет крыльям лететь.

Попробуем разобраться, почему над поверхностью крыла воздушное давление ниже. Чтобы это понять, познакомимся с еще одним принципом аэродинамики - принципом Бернулли. Много лет назад два очень умных брата выявили зависимость между давлением воздуха и скоростью. В общих чертах принцип гласит, что если скорость возрастает, то давление падает. Этот очень простой принцип лежит в основе всех парящих полетов. Из-за изогнутой формы верхней поверхности крыла поток воздуха движется над поверхностью и дальше вперед. Поскольку природа стремится к восстановлению баланса, скорость воздушного потока, проходящего над изогнутой частью поверхности, будет увеличиваться, с тем, чтобы «догнать» поток воздуха, проходящий под крылом. Такое ускорение вызывает уменьшение давления над аэродинамической поверхностью, и, следовательно, подъем.

Этот феномен един для всей вселенной. Если крыло двигается вперед с достаточной скоростью, будет возникать подъемная сила. Величина подъемной силы будет зависеть от веса и положения крыла по отношению к относительному ветру.

Итак, поступательное движение создает подъемную силу. Приняв это положение, мы можем приблизиться к базовым основам так называемого «статического» полета. Под словом «статический» я понимаю состояние скольжения/планирования по воздуху, а не падение вш-п со скоростью, равной силе притяжения. Направление движение будет зависеть от формы летящего объекта, скорости и угла траектории полета по отношению к относительному потоку.

Сваливание/срыв потока (Stall)

Существует ограничение по величине угла тангажа. Каждая аэродинамическая поверхность имеет дискретный угол, при котором воздушный поток над поверхностью становится турбулентными и не возникает аэродинамический подъем. Это явление называется «сваливанием». Широко распространено заблуждение о том, что причиной сваливания является уменьшение скорости воздушного потока. Верно, что большие углы атаки обычно соотносятся с низкими скоростями, но это не обязательно так. Одно и те же уменьшение подъемной силы может произойти при любой скорости и при достаточно большом угле атаки.

Данный рисунок показывает взаимосвязь между углом атаки и потоком воздуха над крылом. Когда угол атаки небольшой, про воздушный поток говорят, что он «ламинарный». Вокруг аэродинамического профиля образуется «обтекающий» поток относительного ветра, который как бы следует за задней кромкой крыла па всем протяжении полета. При увеличении угла атаки происходит отсоединение этого потока. Около задней кромки крыла прямолинейный поток становится хаотичным и турбулентным. Это приводит к увеличению сопротивления, что, в свою очередь, уменьшает скорость крыла. Увеличенный угол атаки также увеличивает подъемную силу, создаваемую крылом. По мере увеличения угла атаки тгот эффект нарастает, пока турбулентный поток, образующийся на верхней поверхности крыла не распространится до передней кромки. Это и есть момент сваливания/срыва потока. Количество подъемной силы достигает критически низкого уровня, которого недостаточно для удержания веса аппарата.

В зависимости от различных факторов эффект сваливания может возникнуть неожиданно или развиться постепенно. Некоторые крылья имеют «бафтипг», что предупреждает пилота о потере подъемной силы. Другие крылья, например, эллиптической формы или крылья с тонким аэродинамическим профилем срываются очень быстро и без предварительного преду преждения.

Угол атаки и скорость воздушного потока - одни из основных факторов, которые должен учитывать пилот. Без тщательного изучения этих факторов он не сможет контролировать ситуацию. Чтобы оставаться в воздухе, пилот должен постоянно преодолевать силу притяжения. Для этого он должен постоянно следить за взаимодействием поступательного движения и уровнем подъемной силы, создаваемой крылом.

В применении этой теории к парашютам типа крыло можно заметить, что отклонения от оси тангажа приведут к изменениям величины подъемной силы, создаваемой парашютом. В отличии от летчиков, парашютисты пользуются другими способами для изменения угла атаки. Если пилот самолета хочет увеличить угол атаки, он подает ручку управления от себя и, таким образом, изменяет угол набора высоты, что приводит к задиранию носа самолета но отношению к относительному ветру. У парашютиста скоростного парашюта нет такого оборудования.

Дата добавления: 2015-12-01