НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

Библиотечка «За страницами учебника»

Простейшие авиамодели. Ермаков А. М. — 1984 г.

Алексей Михайлович Ермаков

Простейшие авиамодели

*** 1984 ***


DjVu


PEKЛAMA Заказать почтой 500 советских радиоспектаклей на 9-ти DVD. Подробности...


 

ОГЛАВЛЕНИЕ

От автора 3
Глава 1. Мастерская авиамоделиста 4
Глава 2. Летательные аппараты — почему и как они летают 11
Глава 3. Воздушные змеи ..29
Глава 4. Модели воздушных шаров и дирижаблей .47
Глава 5. Модели планёров ..60
Глава 6. Модели самолетов 95
Глава 7. Модели вертолетов ...145

      ОТ АВТОРА
      Авиационный моделизм — это первая ступень овладения авиационной техникой, увлекательное и серьезное занятие. Из рядов юных авиамоделистов вышло много талантливых конструкторов и ученых, выдающихся советских летчиков и космонавтов. Среди них люди, чьими именами гордится наша Родина, — генеральные авиаконструкторы А. А. Туполев и О. К. Антонов, летчики М. М. Громов и А. И. Покрышкин, космонавты Ю. А. Гагарин и Г. Т. Береговой.
      Генеральному авиаконструктору А. С. Яковлеву принадлежат слова: «Авиамоделизму я обязан многим. Постройка и запуск летающих моделей определили мой путь в авиацию».
      Современные летательные аппараты — это сложнейшие инженерные сооружения. Для их создания нужна огромная армия исследователей, научных работников, конструкторов — людей творческих, прокладывающих новые пути в авиационной науке и технике. Авиамоделизм может стать практической школой, воспитывающей людей такого склада для самостоятельной творческой работы.
      Летающая модель незаметно введет вас в круг авиационных понятий. Строя летающие модели, вы научитесь чертить, работать различным инструментом, ознакомитесь с устройством летательных аппаратов. Запуская модели, узнаете основы теории полета, поймете многие явления, происходящие в атмосфере.
      В предлагаемой вам книге рассмотрены почти все типы летательных аппаратов и простейшие авиационные модели, в доступной и занимательной форме изложены основы теории полета и устройство летательных аппаратов, история их развития. Рассказ о летательных аппаратах ведется в той исторической последовательности, в какой они были созданы: в глубокой древности — воздушный змей, затем шар, планёр, самолет, вертолет.
      Я конце книги приведен перечень литературы, которой вы можете пользоваться при более глубоком изучении авиации и авиамоделизма.
     
      КАК ОБОРУДОВАТЬ РАБОЧЕЕ МЕСТО
      Летающая модель схематически повторяет все элементы реального летательного аппарата. Чтобы строить хорошие модели, нужно быть аккуратным в работе и содержать в порядке рабочее место. Ни одна модель не будет хорошо летать, если ее небрежно и неумело выполнить. Строить модели лучше всего сообща. Постарайтесь привлечь к работе над моделями одного-двух своих товарищей.
      Прежде всего надо оборудовать рабочее место (рис. 1). Для этого необходимо иметь рабочий стол размером не менее 1,0X0,6 м. Лучше всего для этих целей использовать канцелярский стол с тумбочкой или с ящиками. Чтобы не портить крышку стола, его нужно накрывать листом фанеры, на котором будет удобно вырезать ножом, вбивать мелкие гвоздики, красить, паять и т. д. По окончании работы лист фанеры можно убирать.
      Большое значение имеет правильное освещение рабочего места.
      Дневной свет должен падать слева спереди, электрический (лучше от настольной лампы) должен быть направлен на объект работы.
      Перед началом работы надо приобрести необходимый минимальный набор инструмента, который следует постоянно пополнять. Инструмент требует бережного обращения. Он должен быть исправным, хорошо заточенным, содержать его нужно в порядке как во время работы, так и при хранении (рис. 2). Недопустимо сваливать инструмент в один ящик, так как это приводит к его порче, затуплению, к лишней трате времени на его отыскание.
      Для хранения инструмента, материалов и заготовок хорошо иметь шкаф (см. рис. 1). Внутри шкафа на полках укрепляют бобышки — держатели инструмента или планки с прорезями, в которых в определенном порядке располагают инструмент. Оборудовать такой шкаф совсем несложно. Прежде всего надо вынуть полки из шкафа, разложить на них инструмент и карандашом обвести его контуры. Затем сделать и прикрепить гвоздями или шурупами бобышки-ограничители, которые будут фиксировать инструмент и удерживать его на месте.
      Оборудовав полки, их следует поставить обратно в шкаф, причем желательно не горизонтально, а наклонно, что улучшит обзор.
      Такой инструмент, как сверла, метчики и надфили, хранят в самодельных колодках, сделанных из твердой древесины. Для этого в прямоугольной колодке сверлят глухие отверстия, соответствующие размерам хвостовиков инструмента. Отверстия должны иметь такую глубину, чтобы сверла хорошо в них держались. Для удобства пользования верхнюю часть колодки целесообразно сделать скошенной.
      Инструмент должен использоваться только по назначению. Нельзя, например, забивать гвозди напильником, завинчивать шурупы ножом или стамеской и т. д. Важно правильно выбирать инструмент для выполнения определенных операций. Так, при обработке древесины первый наибольший слой снимают рубанком, меньший — рашпилем, напильником и, наконец, последний — шкуркой. При обработке металла сначала снимают слой драчевым напильником, потом личным и затем уже бархатным. Соблюдая эти правила, можно уменьшить время обработки детали и обеспечить большой срок службы инструмента.
      По окончании работы следует убрать инструмент со стола, смести стружки, опилки, ненужные обрезки дерева и металла.
      Некоторые материалы, применяемые в моделизме, огнеопасны, например нитрокраски и нитроклей, целлулоид и др. При работе с ними, а также при пользовании электропаяльником и другими электрическими приборами нужно соблюдать особую осторожность.
     
      ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ
      Примерный перечень необходимого готового инструмента
      Столярные инструменты (рис. 3)
      Ножовка по дереву 1 шт.
      Лобзик ручной с пилками 1 шт.
      Рубанок малый 1 шт.
      Ножи или скальпели 1 — 2 шт.
      Бруски для заточки инструмента 1 — 2 шт.
      Рашпиль 1 шт.
      Шлицовка 1 шт.
      Слесарные и монтажные инструменты (рис. 4)
      Молоток слесарный 1 шт.
      Дрель ручная с набором сверл 1 шт.
      Ножовка по металлу 1 шт.
      Надфили 5 шт.
      Напильники личные 1 — 2 шт.
      Напильники драчевые 1 — 2 шт.
      Круглогубцы 1 шт.
      Плоскогубцы 1 шт.
      Пассатижи 1 шт.
      Кусачки 1 шт.
      Тиски настольные малые 1 шт.
      Отвертки 2 — 3 шт.
      Ножницы i шт.
      Чертежные, разметочные и измерительные инструменты
      Угольники деревянные (пластмассовые) 1 — 2 шт.
      Лекала 4 — 5 шт.
      Транспортир 1 шт.
      Готовальня 1 шт.
      Карандаши чертежные 2 — 3 шт.
      Линейка металлическая 1 шт.
      Угольник металлический 1 шт.
      Зубило Керн Пробойник
      Настольные поворотные тиски
      Ножницы по металлу
      Круглогубцы
      Отвертки
      Ножовка по металлу
      Бархотный напильник
      Драчевыи напильник
      Личной напильник
     
      Рис. 4. Слесарные и монтажные инструменты.
      Самодельные инструменты и приспособления (рис. 5)
      Ножи — самые необходимые инструменты при постройке моделей. Наиболее часто моделисты пользуются медицинскими скальпелями и самодельными ножами. Чтобы скальпель было удобно держать, к нему необходимо сделать ручку из древесины. Для этого надо взять две деревянные пластинки, одну из них выдолбить по форме ручки скальпеля, а затем обе половинки склеить и обработать. Материалом для изготовления самодельных ножей различных форм и размеров может служить старый, пришедший в негодность инструмент из качественной инструментальной стали: ножовочные полотна, тонкие плоские напильники, сломанные ленточные пружины и др.
      При заточке ножа на электроточиле следует обратить особое внимание на условия его охлаждения. При заточке на песчаном точиле нужно охлаждать инструмент водой.
      Стамески используют для выдалбливания мелких деталей из дерева (передних профилированных кромок, реек-фюзеляжей схематических моделей, концевых уервюр и др.). Стамески можно сделать из пишущих или чертежных перьев. Перо и рукоятка должны прилегать друг к другу без зазора, иначе между ними будет забиваться стружка. Плоские стамески разных размеров изготавливают из старых*, сработанных надфилей.
      Напильники (шкурилки), изготовленные самостоятельно, во многих случаях удобнее для обработки и доводки деталей, чем готовый инструмент. Сделать их очень просто. На деревянные брусочки или палочки разных размеров и формы наклеивают шкурку. Можно сделать шкурилки и со съемной шкуркой. Для лучшего прилегания и меньшего выкрашивания зерен шкурки грани брусочков следует слегка закруглить.
      Зажимы применяют при сборке и склейке деталей моделей. Для изготовления зажимов используют рейки и резиновую нить. При отсутствии столярного верстака для выстругивания разных деревянных брусков и реек необходима упорная дощечка с клинообразным вырезом. Такую дощечку можно выпилить из фанеры.
      Приспособление для обработки реек представляет собой доску с рядом желобков разной глубины. Рейки, заготовленные с припуском, кладут в подходящий желобок и, держа левой рукой рубанок, правой тянут рейку на себя. Рейку протягивают до тех пор, пока рубанок не перестанет снимать стружку. После этого переходят к обработке другой стороны рейки. Эту работу лучше выполнять вдвоем: один держит рубанок, а другой протягивает рейку.
     
      Глава 2. ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ — ПОЧЕМУ И КАК ОНИ ЛЕТАЮТ
     
      ТРИ ПРИНЦИПА СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ
      Летательные аппараты — это технические устройства, предназначенные для выполнения определенных задач в воздушной среде. Летательными аппаратами принято считать все аппараты тяжелее или легче воздуха, движущиеся в атмосфере или в космическом пространстве под действием аэродинамических и аэростатических сил, сил реакции или по инерции.
      Характер выполняемых задач зависит от типа и назначения того или иного летательного аппарата. Но условие для осуществления полета летательных аппаратов любого типа и назначения общее — они должны преодолевать силу земного притяжения, т. е. в процессе полета создавать подъемную силу, равную силе притяжения Земли или превышающую ее.
      Известны три основных принципа создания подъемной силы: аэростатический, аэродинамический, и реактивный. Соответственно все летательные аппараты можно разделить на три большие группы.
      Летательные аппараты, у которых подъемная сила образуется по аэростатическому принципу, образуют группу летательных аппаратов легче воздуха. Аэростатический принцип создания подъемной силы можно объяснить, используя закон Архимеда, одинаково справедливый как для жидкой, так и для воздушной среды: «Сила, выталкивающая целиком погруженное в жидкость или газ тело, равна весу жидкости или газа в объеме этого тела».
      Летательные аппараты, основанные на аэростатическом принципе, называются воздушными шарами или аэростатами (рис. 6). Стратостаты — это аэростаты, предназначенные для полетов на большие высоты, в стратосферу. Они отличаются от обычных аэростатов наличием герметической кабины. Управляемые аэростаты, оборудованные двигателями, называются дирижаблями. Оболочка дирижабля удлиненной формы. Кроме гондолы, он имеет силовую установку, создающую силу тяги, необходимую для перемещения его в воздухе, а также рули, с помощью которых можно по желанию летчика изменять направление движения.
      Основные достоинства аппаратов легче воздуха заключаются в том, что оци могут подниматься и опускаться вертикально и даже неподвижно «висеть» в воздухе без дополнительной затраты энергии. Недостатки этих аппаратов — плохая маневренность и малая скорость полета.
      У летательных аппаратов второй, наиболее многочисленной группы, подъемная сила образуется по аэродинамическому принципу, при их перемещении относительно воздуха. Это летательные аппараты тяжелее воздуха (рис. 7). Прежде всего к ним относятся самолеты различного типа и назначения. Подъемная сила создается несущими поверхностями, в основном крылом, при перемещении самолета относительно воздуха в результате работы двигательной установки. При этом сила тяги, создаваемая двигательной установкой, позволяет самолету преодолевать сопротивление воздуха. планёры, в отличие от самолета, не имеют двигательной установки, но подъемная сила, так же как и у самолета, создается крылом при перемещении планёра.
      К этой же группе относятся вертолеты и автожиры. У вертолетов подъемная сила создается несущим винтом, приводимым во вращение двигательной установкой. У автожиров подъемную силу создает специальный винт, который вращается от набегающего потока воздуха, а поступательное движение осуществляется благодаря двигательной установке.
      К летательным аппаратам, подъемная сила которых создается по реактивному ракетному принципу, относятся ракеты и космические корабли различного типа и назначения, реактивные снаряды.
      Авиационные модели — это тоже летательные аппараты. В уменьшенном виде они или копируют прототип, или схематически воспроизводят его. Летающие модели, допускаемые к соревнованиям, имеют ограничения по площади несущих поверхностей, полетной массе, рабочему объему или массе двигателя.
      Под несущей поверхностью летающих моделей подразумевается суммарная площадь крыла и горизонтальной стабилизирующей поверхности. Площадь несущих поверхностей должна быть не более 150 дм2, масса модели — не более 5 кг, рабочий объем двигателей внутреннего сгорания — не более 10 см3.
      Летающие модели по характеру полета делятся на свободнолетающие, кордовые и радиоуправляемые.
      Свободным называется полет, во время которого между летающей моделью и моделистом отсутствует всякая связь, кроме визуальной. Свободнолетающими являются модели планёров, самолетов с резиновыми и с поршневыми двигателями (таймерные), вертолетов (рис. 8).
      Полетом кордовой модели моделист, находящийся на земле, управляет посредством нерастягивающихся нитей — тонкой стальной проволоки или тросиков. Кордовыми моделями могут быть скоростные, гоночные, пилотажные, модели «воздушного боя» и копии реальных самолетов (рис. 9).
      Во время радиоуправляемого полета моделист, находящийся на земле, управляет моделью, подавая радиокоманды. Управляемыми по радио могут быть летающие модели планёров, самолетов и вертолетов, а также модели-копии этих летательных аппаратов (рис. 10).
     
      ВОЗДУХ И ЕГО ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
      Воздух кажется нам невесомым, но это не так. Он состоит из газов и, как всякий газ, имеет массу, хотя по сравнению с твердыми телами и незначительную. Установлено, что один кубический метр сухого воздуха при барометрическом давлении 760 мм рт. ст. (101,3 кПа) и температуре +15°С имеет массу 1,25 кг и, соответственно, плотность 1,25 кг/м3.
      Воздух представляет собой физическую смесь газов, составляющих атмосферу. У поверхности земли сухой и чистый воздух (без влаги и пыли) содержит по объему 78% азота, 21% кислорода и около 1% смеси других газов. Воздух окружает весь земной шар слоем толщиной до нескольких сот километров. Весь этот слой воздуха называют атмосферой.
      Пр мере удаления от поверхности земли плотность воздуха уменьшается, при этом изменяется и его температура — она понижается на б,5°С на Г км высоты. Таким образом, чем выше от земли, тем холоднее. Но такое понижение температуры происходит не по всей толще атмосферы, а только до высоты 10 — 12 км в умеренных широтах, до 8 — 10 км в полярных областях и до 16 — 18 км в тропиках. Нижний слой атмосферы с постоянно убывающей температурой называется тропосферой. Выше этой границы до высоты примерно 25 км температура воздуха почти одинакова и составляет около — 56°С, а на высоте от 25 до 50 км она возрастает примерно до 0°С. Весь этот слой атмосферы, лежащей выше тропосферы, называется стратосферой.
      На высотах от 55 и до 80 км температура воздуха понижается в среднем на 3 — 4°С на 1 км высоты. Выше 80 км она снова растет и на высоте 120 км достигает +176°С, а на высоте 200 км — уже +1263°С.
      Подобно всем веществам, имеющим массу, воздух притягивается к земле, чем и объясняется атмосферное давление. Напомним опыт, который проделал в 1648 году итальянский ученый Торричелли. Запаянную с одного конца стеклянную трубку длиной около 1 м наполняют ртутью. Затем, плотно зажав пальцем открытый конец трубки, перевертывают ее, погружают этот конец в
      чашку с ртутью и убирают палец. Оказывается, вся ртуть в чашку не выльется — уровень ее упадет только до некоторой определенной высоты. В верхней же части трубки образуется сильно разреженное пространство, заполненное парами ртути. Вся ртуть не выливается из трубки, потому что на поверхность ее в чашке давит воздух.
      Наблюдениями установлено, что на уровне моря при температуре +15°С высота столба ртути в трубке обычно равна 760 мм. При уменьшении атмосферного давления еще часть ртути из трубки выливается в чашку и высота столба уменьшается, а при увеличении давления происходит обратное.
      Атмосферное давление нетрудно обнаружить, проделав простой опыт. Наполним стакан водой до краев, прикроем его листком плотной бумаги, а затем, придерживая листок ладонью, быстро перевернем стакан вверх дном и отнимем ладонь — листок как бы прилипнет к краям стакана, и вода не выльется.
      Атмосферное давление на одной и той же высоте изменяется в зависимости от температуры и плотности воздуха. Однако эти изменения в общем незначительны по сравнению с изменением давления при подъеме на высоту, когда оно быстро уменьшается. Чем ниже находится слой воздуха, тем более он сжат вышележащими слоями, а следовательно, больше и атмосферное давление. Например, на высоте 5 тыс. м оно уже почти в два раза меньше, чем на уровне моря.
      Воздух в нижних, лежащих у земной поверхности слоях атмосферы не находится в состоянии покоя, а всегда движется. Прежде всего это происходит потому, что земная поверхность нагревается солнечными лучами неравномерно. Пашня, например, нагревается сильнее, чем луг, и много сильнее, чем водная поверхность; горы без растительности — сильнее, чем покрытые лесом, а песчаные пустыни, конечно, больше, чем степи. Ясно, что нижние слои воздуха, находясь вблизи неравномерно нагретой земной поверхности, нагреваются тоже неравномерно. Но так как теплый воздух легче холодного, то он поднимается вверх, а на его место притекает со стороны более холодный. Так создаются восходящие и нисходящие потоки воздуха (рис. 11). Образующееся при этом горизонтальное течение воздуха называется ветром.
      Основными факторами, характеризующими ветер, являются его направление и скорость. Направление ветра, как известно, принято обозначать названием той стороны горизонта, откуда он дует. Простейшим прибором для определения направления ветра может служить флюгер, который под действием набегающего на него воздуха всегда устанавливается в плоскости ветра. Скорость ветра можно определить с помощью специального прибора — анемометра вращения.
     
      ПОЧЕМУ И КАК ВОЗНИКАЕТ ПОДЪЕМНАЯ СИЛА
      Почему могут летать птицы, несмотря на то что они тяжелее воздуха? Какие силы поднимают огромный пассажирский самолет, который может летать быстрее, выше и дальше любой птицы, ведь крылья его неподвижны? Почему планёр, не имеющий мотора, может парить в воздухе? На все эти и многие другие вопросы дает ответ аэродинамика — наука, изучающая законы взаимодействия воздуха с движущимися в цем телами.
      В развитии аэродинамики у нас в стране выдающуюся роль сыграл профессор Николай Егорович Жуковский (1847 — 1921) — «отец русской авиации», как назвал его В. И. Ленин. Заслуга Жуковского состоит в том, что он первый объяснил образование подъемной силы крыла и сформулировал теорему для вычисле-ния этой силы. Им была решена и другая проблема теории полета — объяснена сила ТЯГИ воздушного винта. Жуковский не только открыл законы, лежащие в основе теории полета, но и подготовил почву для бурного развития авиации в нашей стране. Он связал теоретическую аэродинамику с практикой авиации, дал возможность инженерам использовать достижения ученых-теоретиков.
      В основанных Жуковским лабораториях и в созданных при них кружках выросла целая плеяда ученых, исследователей и конструкторов, обогативших своими трудами и открытиями не только русскую, но и мировую науку. Под научным руководством Жуковского был организован под Москвой Аэрогидродинамический институт. В этом институте удалось провести много весьма ценных исследований.
      Основным приспособлением, служащим для изучения законов движения тел в воздухе, является аэродинамическая труба. Простейшая аэродинамическая труба представляет собой профилированный канал (рис. 12). В одном конце трубы установлен мощный вентилятор, приводимый во вращение электродвигателем. Когда вентилятор начинает работать, в канале трубы образуется воздушный поток. В зависимости от диаметров канала трубы и воздушного винта и мощности двигателя вентилятора можно получить различные скорости воздушного потока вплоть до сверхзвуковых. Современные аэродинамические трубы достигают гигантских размеров. В их каналах можно помещать для исследования не только модели, но и реальные самолеты.
      Важнейшими законами аэродинамики являются закон сохранения массы (уравнение неразрывности) и закон сохранения энергии (уравнение Бернулли). Оба эти закона справедливы и для движущегося газа (воздуха), и для жидкости, поэтому проще будет ознакомиться с ними на примере движения воды. На рис. 13 изображена схема прибора, состоящего из открытого резервуара с водой, соединенного с трубкой, имеющей разные сечения. Согласно закону постоянства массы через каждое из этих сечений будет протекать в одну секунду одинаковый объем воды. Но если через неравные сечения в единицу времени протекает одинаковый объем воды, то, значит, через эти сечения вода движется с разными скоростями: чем меньше сечение, тем больше скорость воды (воздуха). В этом можно также убедиться, наблюдая за течением реки. Там, где русло узкое, течение воды быстрее.
      Если к потокам жидкости в разных сечениях трубки подключить манометры, то они покажут, что при сужении струи, т. е. при увеличении скорости воды (воздуха), давление в струе уменьшается, и наоборот. Это явление, описанное математиком Бернулли, позволяет установить связь между скоростью потока в данном сечении струи жидкости (газа) и давлением в этом же сечении.
      Описанное уравнением Бернулли явление позволяет объяснить возникновение аэродинамических сил, а главное подъемной силы крыла. В литературе это уравнение иногда называют законом Бернулли.
      Уравнение Бернулли объясняет ряд явлений, долгое время казавшихся противоестественными. Например, если два корабля движутся параллельно на небольшом расстоянии друг от друга, они стремятся сблизиться, что может привести к столкновению. Казалось бы, что вода, попадающая между кораблями, должна действовать как клин и отталкивать их друг от друга, в действительности же они притягиваются. Происходит это потому, что между кораблями сжатие струй подучается более сильным, чем у внешних их бортов. Это ведет к увеличению скорости струй и уменьшению давления в струе между кораблями. Поэтому давление воды на внешние борта судов становится больше, чем на внутренние. Разность давлений и заставляет корабли сближаться.
      Рассмотрим природу возникновения подъемной силы. Опыты, проведенные в аэродинамических лабораториях, позволили установить, что при набегании на тело воздушного потока частицы воздуха обтекают тело. Картину обтекания тела воздухом легко наблюдать, если поместить тело в аэродинамической трубе, в подкрашенном потоке воздуха, кроме того, ее можно сфотографировать. Полученный снимок называют спектром обтекания.
      Упрощенная схема спектра обтекания плоской пластинки, поставленной под углом 90° к направлению потока, изображена на рис. 14. Из рисунка видно, что в этом случае никакой подъемной силы не возникает. Воздух впереди пластинки создает подпор, плртность его струек повышается, а сзади пластинки воздух оказывается разреженным. Повышенное давление воздуха впереди пластинки и разрежение позади нее приводят к тому, что струйки воздуха с силой устремляются в разреженное пространство, закручиваются и образуют сзади пластинки те завихрения, которые мы и видим на спектре.
      На рис. 15 дано схематическое изображение спектра обтекания пластинки, поставленной под острым углом к потоку. Под пластинкой давление повышается, а над ней вследствие срыва струй получается разрежение воздуха, т. е. давление понижается. Благодаря образующейся разности давлений и возникает аэродинамическая сила. Она направлена в сторону меньшего давления, т. е. назад и вверх. Отклонение аэродинамической силы от вертикали зависит от угла, под которым пластинка поставлена к потоку. Этот угол получил название угла атаки (его принято обозначать греческой буквой а — альфа).
      Свойство плоской пластинки создавать подъемную силу, если на нее набегает под острым углом воздух (или вода), известно уже с давних времен. Примером тому служит воздушный змей и руль корабля, время изобретения которых теряется в веках.
      Рис. 14. Упрощенная схема спектра обтекания плоской пластинки, поставленной под углом 90° к потоку.
      Рис. 15. Схематическое изображение спектра обтекания плоской пластинки, поставленной под острым углом к потоку.
      Подъемная сила крыла (обозначим ее Y) возникает не только за счет угла атаки а, но также и благодаря, тому, что поперечное сечение крыла представляет собой чаще всего несимметричный профиль с более выпуклой верхней частью.
      Крыло самолета или планёра, перемещаясь, рассекает воздух. Одна часть струек встречного потока воздуха пойдет под крылом, другая — над ним (рис. 16). У крыла верхняя часть более выпуклая, чем нижняя, следовательно, верхним струйкам придется пройти больший путь, чем нижним. Однако количество воздуха, набегающего на крыло и стекающего с него, одинаково. Значит, верхние струйки, чтобы не отстать от нижних, должны двигаться быстрее. В соответствии с уравнением Бернулли, если скорость воздушного потока под крылом меньше, чем над крылом, то давление под крылом, наоборот, будет больше, чем над ним. Эта разность давлений и создает аэродинамическую силу R (рис. 17), одной из составляющих которой является подъемная сила. Y. Подъемная сила крыла тем больше, чем больше угол атаки, кривизна профиля (его несущие свойства), площадь крыла, плотность воздуха и скорость полета v, причем от скорости подъемная сила зависит в квадрате. Но следует помнить, что угол атаки должен быть меньше некоторого критического значения акр, при превышении которого подъемная сила падает.
      Развивая подъемную силу, крыло всегда испытывает и лобовое сопротивление. Сила лобового сопротивления X направлена по потоку прямо против движения и, значит, тормозит его. Подъемная сила всегда перпендикулярна набегающему потоку. Из рисунка видно, что сила лобового сопротивления X и подъемная сила Y являются составляющими силы R по направлению скорости v и перпендикулярно ей. Сила R называется полной аэродинамической силой крыла. Точку приложения полной аэродинамической силы называют центром давления крыла (ЦД).
      Подъемная сила летательного аппарата, уравновешивая его вес, дает возможность осуществлять полет, лобовое же сопротивление тормозит его движение. Отсюда ясно, что крылу надо придать такую форму, чтобы оно развивало как можно большее значение подъемной силы и в то же время давало малое лобовое сопротивление. Число, показывающее, во сколько раз подъемная сила больше лобового сопротивления, называется аэродинамическим качеством и обозначается буквой К.
      А теперь подробнее рассмотрим природу возникновения сил сопротивления. Во время купания вы все, конечно, замечали, что в воде двигаться труднее. Это объясняется силой сопротивления воды. Как уже было сказано, воздух — газообразная среда, которая имеет определенную плотность и массу. И, перемещаясь в воздухе, мы также встречаем его сопротивление. Сила, которая мешает нам передвигаться в воздухе, называется силой сопротивления воздуха.
      Движется ли тело с некоторой скоростью в неподвижном воздухе или, наоборот, тело неподвижно, а на него набегает поток воздуха с той же скоростью, сила сопротивления воздуха в обоих случаях будет одинаковой. Все дело в том, что воздух и тело движутся один относительно другого.
      От каких же причин зависит сопротивление воздуха? Этих причин несколько. На рис. 18 изображена картина обтекания круглой пластинки. Если к этой пластинке спереди сделать конусообразную приставку, которая заполнила бы всю ту область перед пластинкой, где давление было повышено, то спереди давление значительно снизится. И хотя срыв струй и понижение давления позади составного тела будут такими же, как и за пластинкой, все же разность давлений и лобовое сопротивление значительно уменьшатся.
      Чтобы избежать срыва струй, следует сделать еще и кормовую конусообразную приставку, заполнив ею всю область пониженного давления за пластиной.
      Одновременное использование носовой и кормовой приставок определенной формы позволяет резко снизить лобовое сопротивление по сравнению с лобовым сопротивлением пластинки (примерно в 20 — 25 раз). Таким образом можно получить тело наиболее выгодной аэродинамической формы. В этом случае поток плавно разделяется передней частью тела, обтекает его и плавно стекает с кормовой части.
      Что касается влияния размеров тела на сопротивление воздуха, то кажется ясным: чем больше тело, тем сильнее сопротивление. Однако здесь надо уточнить следующее: основной величиной, связанной с размерами тела и определяющей силу сопротивления при его движении, является наибольшая площадь сечения тела, перпендикулярного к направлению движения. Такое сечение называется миделевым (рис. 19).
      Но еще большее влияние на сопротивление оказывает скорость движения тела в воздухе. При движении тела с небольшой скоростью это сопротивление мало, а с ее увеличением быстро возрастает. При полете самолета на дозвуковых скоростях сопротивление растет прямо пропорционально квадрату скорости. Это значит, что если, например, скорость движения увеличить в два раза, то сопротивление возрастет в четыре раза, если скорость увеличить в три раза, то сопротивление возрастет в девять раз, и т. д. Аналогично, как об этом говорилось выше, скорость влияет и на значение подъемной силы.
      Однако для скоростей, близких к скорости звука (340 м/с или 1224 км/ч), из-за влияния сжимаемости воздуха характер обтекания тел изменяется, сопротивление резко возрастает и этот закон уже не действует.
      Таким образом, как и подъемная сила, сила лобового сопротивления зависит от угла атаки, формы профиля, плотности воздуха, площади сечения и квадрата скорости, хотя эти зависимости и имеют свои особенности.
      KOHEЦ ГЛАВЫ И ФPAГMEHTA КНИГИ

 

 

НА ГЛАВНУЮТЕКСТЫ КНИГ БКАУДИОКНИГИ БКПОЛИТ-ИНФОСОВЕТСКИЕ УЧЕБНИКИЗА СТРАНИЦАМИ УЧЕБНИКАФОТО-ПИТЕРНАСТРОИ СЫТИНАРАДИОСПЕКТАКЛИКНИЖНАЯ ИЛЛЮСТРАЦИЯ

 

Яндекс.Метрика


Творческая студия БК-МТГК 2001-3001 гг. karlov@bk.ru