АЕРОДИНАМИКА - 7

Аеродинамика, основни понятия, основни теореми

Този раздел е важен, за да се разбере защо някои планери могат да се плъзгат до 30-60 км от височина 1000 метра и какво влияе на различните сили.

Налягането на въздуха е открито от Торичели. Но за щастие преди това имаше въздушно налягане. Въздушното налягане не е нищо повече от налягането на въздуха над това в тези в долните слоеве (това се нарича статично налягане). Така че колкото по-високо се изкачваме, толкова по-разреден е въздухът (в същия обем тежи по-малко), така че налягането му намалява. Помислете за това, искате ли да бъдете отдолу или отгоре на купчина хора (това сега не са пилета:)? Най-ниският човек е тласкан от повечето, а горният - от никого ...
Конвенционалната стойност е, че въздушното налягане на морското равнище е 1013,25 mbar. Това разбира се е само обща стойност, в зависимост от времето може да бъде повече или по-малко. Много хора са чувствителни към промени в налягането на въздуха, те се наричат чувствителни отпред.

Не искам да уточнявам, че въздухът е 99 процента кислород и азот и е газообразен, което означава и че молекулите летят обратно заедно, сблъскват се помежду си и с това, което им пречи и че ще има въздушно налягане, всички вече знаят това.

Статичното въздушно налягане в лабораториите се извършва с манометър за въздушно налягане с U-тръба, който е подобрена версия на инструмента на Toricelli. Горната половина на тръбата за измерване на налягането е затворена, а долната половина е отворена. С налягането на въздуха теглото на течността е в равновесие и тъй като никакъв въздух не може да влезе в затворения край на тръбата, нито течността може да изтече от тръбата. Така работят хранилките за птици в клетката.

Измерването на въздушното налягане по време на полет обикновено се извършва с манометри на кутията, но ние говорихме за това по-подробно в раздела за уредите.

Въздушният слой на земята е получил различни имена за различни височини:
0-10 км надморска височина Тропосфера (Тук се извършват метеорологични процеси и плъзгане)
До 10-40 км надморска височина Статосфера (Тук няма да летим, с макс. Пътнически транспорт на 11-12000 метра)
Над 40 км Йоносфера (Тук се разхождат само астронавти)

Понятия за барометрично налягане, закони:
Налягане на дросела (динамично налягане): Съпротивлението на въздуха, което зависи от плътността на въздуха, скоростта на въздуха и повърхността на тялото. Това осигурява голяма част от въздушното съпротивление на самолета. От този натиск можем да преизчислим скоростта си. Това е като да извадиш от това докъде стигаме с двигателя, колко силно трябва да се придържаме заради попътен вятър. Ние също трябва да преодолеем натиска зад задръстванията там.

Закон за приемствеността:
Ако вземем тръба, погледнем нейното напречно сечение и измерим скоростта на въздуха (но евентуално течност), протичащ в нея, и след това повторим това за различни напречни сечения (но за една и съща тръба), ще установим, че продуктът на напречното сечение и скоростта винаги са равни. Този продукт дава колко материал протича през тръбата за единица време. Очевидно е, че същото количество материал протича през всяко напречно сечение за 1 секунда, тъй като навлиза в тръбата за една секунда, колкото трябва да излезе в другия край. Тоест, ако захванете края на маркуча (намалете напречното сечение), скоростта на течащата в него среда ще се увеличи (ще напоявате по-далеч).

Законът на Бернули.
Законът е, че с увеличаване на скоростта налягането намалява, така че продуктът им винаги е равен. На този принцип работи и стар тип парфюмериатор и дори пулверизатор за боя за компресор. Ако издухате горната част на резервоар с висока скорост, той ще изсмуче материала вътре. Под малките червени тръби се намират познатите по-рано манометри на U-тръбата. Във втория изглежда, че течността се изсмуква от потока. Забележете, че този закон много прилича на предишния. Общото налягане (динамично + статично) е еднакво във всички напречни сечения и е постоянно, така че законът за непрекъснатостта може да бъде изпълнен. Ако динамичното налягане се увеличи донякъде в дадено напречно сечение, статичното намалява със същата величина.

Въздушно течение:

Пътят, описан от въздушните частици, се нарича поток. (редове, маркирани в синьо)
Ламинарен поток. Частиците на средата се движат в ред една до друга, без да се смесват съседните слоеве.
В турбулентен поток (b) частиците на средата се движат по неподреден начин и съседните слоеве се смесват.
В завихрящ се поток (c) частиците от потока се движат по неподреден начин и се изправят срещу потока. Тогава въздушното съпротивление нараства експоненциално.

Устойчивост на въздуха: Очевидно всеки е преживял, че не можем да ускоряваме толкова много, докато караме колело, защото „попътен вятър“ задържа. Тази задържаща сила е въздушното съпротивление. Размерът му зависи най-добре от скоростта (на квадрат: 4 пъти въздушното съпротивление при 2 пъти скоростта, 9 пъти скоростта при 3 пъти .), зависи и от плътността на средния размер на повърхността (следователно се дърпаме заедно наклонът за ускорение) и зависи от формата на тялото. Всяка форма се обозначава с рационално число, наречено коефициент на въздушно съпротивление. Cw е знакът и зависи само от формата на тялото. Нека видим коя форма има какъв коефициент на въздушно съпротивление:

Виждаме, че формите на профила на крилото са най-опростени и по този начин имат най-ниско въздушно съпротивление. Коефициентът на въздушно съпротивление на средния автомобил е около 0,3-0,4. Въздушното съпротивление се определя от въздушните вихри около тялото, енергията се абсорбира от завихрящ се, триещ се въздух. Следващите изображения показват потока около тялото.

Зад тялото вихрите винаги се събуждат по двойки и в противоположни посоки. Това беше забелязано за първи път от Тодор Карман, така че те бяха кръстени на него. Няколко вихрови двойки се образуват една след друга. След всяко движещо се тяло може да се наблюдава вихрената серия на Карман.
Друга форма на съпротива, която се среща в самолетите, е индуцираното съпротивление. Налягането на въздуха над крилото е по-ниско от долу, ще опиша защо скоро (затова самолетът така или иначе може да лети). Въздухът в върховете на крилата може да излезе отдолу нагоре, това задейства надлъжен вихър зад крилото, това също създава сила на прибиране като всички вихри (загуба на енергия от триене).

На снимката по време на излитане от 747. Димът, споменат по-горе, се вижда добре върху дима.
Той може да бъде защитен срещу него, като блокира въздушния път в краищата на крилата. Ето защо виждаме вертикални плочи в краищата на крилата на някои равнини. Така че това са не просто дизайнерски елементи, а много полезни.