Skalistowskaja gimnazjum I-III etap

Przedmiot do wyboru z fizyki w klasie 10 Projekt badawczy na ten temat

„Badanie zależności właściwości aerodynamicznych skrzydła od jego kształtu”.

Bakczysaraj.

Doradca naukowy:

nauczyciel fizyki Dzhemilev Remzi Nedimovich

Praca zakończona: Erofiejew Siergiej

Uczeń klasy 10

(Ogólna edukacja Skalistowskaja

szkoła I - III poziomy

Bachczysaraj rada rejonowa

Autonomiczna Republika Krymu)

Aktualizacja tematu.

Jednym z głównych problemów przy projektowaniu nowych samolotów jest dobór optymalnego kształtu skrzydła i jego parametrów (geometrycznych, aerodynamicznych, wytrzymałościowych itp.). Projektanci samolotów musieli radzić sobie z różnymi nieoczekiwanymi efektami, które pojawiają się przy dużych prędkościach. Stąd czasami nietypowe kształty skrzydeł nowoczesnych samolotów. Skrzydła „odginają się” do tyłu, nadając im wygląd strzały; lub odwrotnie, skrzydła zostają cofnięte.

Przedmiotem naszych badań jest dział aerodynamiki fizyki - jest to dział aeromechaniki, który bada prawa ruchu powietrza i innych gazów oraz ich oddziaływanie siłowe z poruszającymi się ciałami stałymi.

Przedmiotem badań jest określenie wielkości uniesienia skrzydła przy określonym

prędkość przepływu powietrza względem skrzydła. Jedną z głównych przyczyn wpływających na kształt skrzydła jest zupełnie inne zachowanie się powietrza przy dużych prędkościach.

Aerodynamika to nauka eksperymentalna. Jak dotąd nie ma formuł, które pozwalają absolutnie dokładnie opisać proces interakcji ciała stałego z nadchodzącym strumieniem powietrza. Zauważono jednak, że ciała o tym samym kształcie (o różnych wymiarach liniowych) oddziałują na strumień powietrza w ten sam sposób. Dlatego na lekcji przeprowadzimy badania parametrów aerodynamicznych trzech typów skrzydeł o tym samym przekroju, ale o różnych kształtach: prostokątnych, skośnych i skośnych, gdy powietrze opływa je.

Obserwacje i eksperymenty, które przeprowadzimy, pomogą nam lepiej zrozumieć niektóre z nowych aspektów zjawisk fizycznych obserwowanych podczas lotu samolotu.

Istotność naszego tematu polega na popularyzacji lotnictwa, technologii lotniczej.

Historia badań.

Czy czujemy powietrze wokół nas? Jeśli się nie ruszamy, to praktycznie tego nie czujemy. Kiedy np. pędzimy samochodem z otwartymi szybami, wiatr uderzający w twarz przypomina sprężysty strumień cieczy. Oznacza to, że powietrze ma elastyczność i gęstość i może wytwarzać ciśnienie. Nasz daleki przodek nie wiedział nic o eksperymentach potwierdzających istnienie ciśnienia atmosferycznego, ale intuicyjnie rozumiał, że jeśli bardzo mocno wymachujesz rękami, będziesz mógł oderwać się od powietrza, jak ptak. Marzenie o lataniu towarzyszyło człowiekowi odkąd pamięta. Świadczy o tym słynna legenda Ikara. Wielu wynalazców próbowało wystartować. W różnych krajów a w różnych okresach były liczne próby podbicia żywiołu powietrza. Wielki włoski artysta Leonardo da Vinci naszkicował projekt samolot, działając tylko na siłę mięśniową osoby. Jednak natura nie pozwoliła człowiekowi latać jak ptak. Ale nagrodziła go inteligencją, która pomogła wymyślić urządzenie cięższe od powietrza, zdolne do podnoszenia się z ziemi i podnoszenia nie tylko siebie, ale także osoby z ładunkiem.

Jak udało mu się stworzyć taką maszynę? Co utrzymuje samolot w powietrzu? Odpowiedź jest oczywista - skrzydła. Co trzyma skrzydła? Samolot pędzi do przodu, przyspiesza, powstaje siła nośna. Przy odpowiedniej prędkości podniesie nasz samolot z ziemi i utrzyma go podczas lotu.

Pierwszy studia teoretyczne a ważne wyniki zostały przeprowadzone na przełomie XIX i XX wieku przez rosyjskich naukowców N. E. Zhukovsky'ego i S. A. Chaplygina.

Nikołaj Egorowicz Żukowski (1847 -1921) - rosyjski naukowiec, twórca nowoczesnej aerodynamiki. Zbudował tunel aerodynamiczny na początku wieku, rozwinął teorię skrzydła samolotu. W 1890 roku Żukowski opublikował swoją pierwszą pracę z dziedziny lotnictwa, Do teorii lotu.

Siergiej Aleksiejewicz Chaplygin (1869 - 1942) Radziecki naukowiec w dziedzinie mechaniki teoretycznej, jeden z twórców nowoczesnej hydroaerodynamiki. W swojej pracy „O dyszach gazowych” podał teorię lotów z dużymi prędkościami, które służyły podstawy teoretyczne nowoczesne lotnictwo dużych prędkości.

„Człowiek nie ma skrzydeł i w stosunku do masy ciała do masy mięśni jest 72 razy słabszy od ptaka… Ale myślę, że będzie latał, opierając się nie na sile swoich mięśni, ale na sile swojego umysłu.

NIE. Żukowski

Podstawy aerodynamiki. Podstawowe koncepcje.

Tunel aerodynamiczny to instalacja, która tworzy przepływ powietrza do eksperymentalnego badania przepływu powietrza wokół ciała.

Eksperymenty w tunelu aerodynamicznym przeprowadzane są w oparciu o zasadę odwracalności ruchu – ruch ciała w powietrzu można zastąpić

ruch gazu względem ciała stacjonarnego.

Skrzydło samolotu jest najważniejszą częścią samolotu, źródłem siły nośnej, która umożliwia latanie samolotem. Różne samoloty mają różne skrzydła, które różnią się wielkością, kształtem, położeniem względem kadłuba.

Rozpiętość skrzydeł to odległość między końcami skrzydła w linii prostej.

Obszar skrzydła S- to obszar ograniczony konturami skrzydła. Powierzchnia omiatanego skrzydła liczona jest jako powierzchnia dwóch trapezów.

S = 2 · · = bav · ɭ [m2] (1)

Całkowita siła aerodynamiczna to siła R, z którą nadjeżdżający

przepływ powietrza działa na ciało stałe. Rozkładając tę ​​siłę na składową pionową Fy i poziomą Fx (rys. 1), otrzymujemy odpowiednio siłę nośną skrzydła i siłę jego oporu.

Opis eksperymentu.

Aby zwiększyć przejrzystość demonstracji i analizy ilościowej trwających eksperymentów, posłużymy się urządzeniem pomiarowym – do określenia wartości liczbowej uniesienia skrzydła. Urządzenie pomiarowe składa się z metalowej ramy, na której zamocowana jest strzałka z nierówną dźwignią. Kierując przepływ powietrza na model skrzydła, następuje równowaga dźwigni, strzałka porusza się po podziałce wskazującej kąt odchylenia skrzydła od poziomu.

Modele skrzydeł wykonane są z pianki o wymiarach 140 ͯ 50 mm. Skrzydła nowoczesnych samolotów mogą mieć kształt prostokątny, wygięty, wygięty do tyłu.

Model do pomiaru wielkości uniesienia skrzydła zawiera następujące główne bloki (rys. 4.):

tunel aerodynamiczny;

Urządzenie pomiarowe;

Stała platforma, na której zamocowane są powyższe urządzenia.

Przeprowadzanie eksperymentu.

Model działa tak:

Do eksperymentu model skrzydła jest przymocowany do dźwigni i ustawiony w odległości 20-25 cm od tunelu aerodynamicznego. Skieruj strumień powietrza na skrzydło modelu i obserwuj jego wzrost. Zmień kształt skrzydła. Ponownie ustawiamy dźwignię w równowadze, aby model przyjął swoją pierwotną pozycję i określamy siłę unoszenia, przy tej samej prędkości przepływu powietrza.

Jeśli płyta jest zainstalowana wzdłuż przepływu (kąt natarcia wynosi zero), wówczas przepływ będzie symetryczny. W tym przypadku strumień powietrza nie jest odchylany przez płytę, a siła podnoszenia Y wynosi zero. Opór X jest minimalny, ale nie zerowy. Powstanie dzięki siłom tarcia cząsteczek powietrza o powierzchnię płyty. Całkowita siła aerodynamiczna R jest minimalna i pokrywa się z siłą oporu X.

Wraz ze stopniowym wzrostem kąta natarcia i wzrostem nachylenia przepływu wzrasta siła nośna. Oczywiście rośnie też opór. Należy tutaj zauważyć, że przy niskich kątach natarcia siła nośna rośnie znacznie szybciej niż opór.

Skrzydło prostokątne.

• Masa skrzydła m 0,01 kg;
• kąt ugięcia skrzydła α = 130, g ≈ 9,8 N/kg.

Obszar skrzydła S= 0,1 0,027 = 0,0027 m2

Siła nośna skrzydła Ru = = 0,438 N

Opór czołowy Rх = = 0,101 N

K \u003d Fu / Fx \u003d 0,438 / 0,101 \u003d 4,34

Im lepsza jakość aerodynamiczna skrzydła, tym jest ono doskonalsze.

• Wraz ze wzrostem kąta natarcia przepływ powietrza wokół płytki staje się trudniejszy. Siła podnoszenia, choć nadal rośnie, ale wolniej niż wcześniej. Ale opór rośnie coraz szybciej, stopniowo wyprzedzając wzrost siły nośnej. W rezultacie całkowita siła aerodynamiczna R zaczyna odchylać się do tyłu. Obraz dramatycznie się zmienia.

Strumienie powietrza nie są w stanie płynnie opływać górnej powierzchni płyty. Za płytą tworzy się potężny wir. Siła podnoszenia gwałtownie spada, a opór wzrasta. To zjawisko w aerodynamice nazywa się STALL. Skrzydło „oskubane” przestaje być skrzydłem. Przestaje latać i zaczyna spadać.

W naszym eksperymencie już przy kącie ugięcia skrzydła α = 600 i większym skrzydło jest przeciągnięte, nie lata, g ≈ 9,8 N/kg

Uniesienie skrzydła Ry = = 0,113 N

Opór czołowy Rх = = 0,196 N

Jakość aerodynamiczna skrzydło K = 0,113 / 0,196 = 0,58

Skrzydło strzałki.

Masa skrzydła m 0,01 kg;

kąt ugięcia skrzydła α = 200, g ≈ 9,8 N/kg

Obszar skrzydła S= 0,028 m2

Siła nośna skrzydła Ru = = 0,287 N

Opór czołowy R x \u003d \u003d 0,104 N

Aerodynamiczna jakość skrzydła

K \u003d Fu / Fx \u003d 0,287 / 0,104 \u003d 2,76

Skrzydło z odwróconym skosem.

Masa skrzydła m 0,01 kg;

kąt ugięcia skrzydła α = 150, g ≈ 9,8 N/kg

Obszar skrzydła S= 0,00265 m2

Siła nośna skrzydła Ru = = 0,380 N

Opór czołowy Rx \u003d \u003d 0,102 N

Aerodynamiczna jakość skrzydła

K \u003d Fu / Fx \u003d 0,171 / 0,119 \u003d 3,73

Analiza eksperymentu

Analizując eksperyment i uzyskane wyniki wyszliśmy z tezy, że im lepsza jakość aerodynamiczna skrzydła, tym jest ono lepsze.

W pierwszym przypadku naszego eksperymentu najlepszymi skrzydłami były skrzydło prostokątne i skrzydło skośne do tyłu. Główną zaletą prostego skrzydła jest wysoki współczynnik nośności K = 4,34. Dla skrzydła skośnego współczynnik nośności wynosi K = 2,76 i odpowiednio skrzydło odwrócone ma współczynnik nośności równy K = 3,73. Dlatego okazało się, że najlepszym skrzydłem okazały się skrzydło prostokątne i skrzydło przesunięte do tyłu.

Powtórzyliśmy nasze doświadczenie z większa siła przepływ powietrza: w tym samym czasie właściwości aerodynamiczne skrzydła prostego i skośnego spadły dość gwałtownie K = 2,76 i K = 1,48, ale jakość aerodynamiczna skrzydła skośnego zmieniła się nieznacznie K = 2,25.

Analizując wyniki uzyskane dla skośnego skrzydła, zauważyliśmy, że wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza opór skrzydła rośnie raczej powoli, przy prawie niezmienionym współczynniku siły nośnej.

W tym artykule badaliśmy zależność siły nośnej skrzydła tylko od jego kształtu planu. W prawdziwym locie siła nośna skrzydła zależy również od jego powierzchni, profilu, a także od kąta natarcia, prędkości i gęstości przepływu, a także od wielu innych czynników.

Aby eksperyment był czysty, muszą być spełnione następujące warunki.

• przepływ powietrza był utrzymywany na stałym poziomie;
• pokrywała się oś skrzydła i oś tunelu aerodynamicznego.
• odległość od końca rury do punktu mocowania skrzydła była zawsze taka sama;

• PS Kudryavtsev. I JA. Konfederaci. Historia fizyki i techniki. Instruktaż dla studentów instytutów pedagogicznych. Państwowe Wydawnictwo Edukacyjne i Pedagogiczne Ministerstwa Edukacji RSFSR. Moskwa 1960
• Fizyka. Znam świat. Encyklopedia dla dzieci. Moskwa. AST. 2000
• V.B. Baidakov, A.S. Klumow. Aerodynamika i dynamika lotu statku powietrznego. Moskwa. "Inżynieria", 1979
• Wielka radziecka encyklopedia. 13. Wydanie trzecie. Moskwa „Sowiecka Encyklopedia”, 1978

Pytania przeglądowe: Jakie eksperymenty przeprowadzono, aby pokazać rolę sił napięcia powierzchniowego w oddychaniu? Dlaczego ciągła synteza surfaktantów pomaga nam oddychać i co się dzieje, gdy się zatrzymuje? Dlaczego płetwonurkowie oddychają sprężonym powietrzem pod wodą? Dlaczego nurkowie schodząc na duże głębokości nie mogą używać sprężonego powietrza, a muszą przygotowywać specjalne mieszanki oddechowe? Czym jest choroba kesonowa i jak jej uniknąć?

Siła oporu przepływu powietrza Siła oporu jest proporcjonalna do liczby cząsteczek powietrza, które skrzydło zatrzymuje, ich masa i prędkość F opierają się poprzecznej (czołowej) części skrzydła w kierunku ruchu

Zmiana siły oporu w pędzie powietrza Siła nośna strumienia powietrza mV0mV0 mV1mV1 Siła nośna jest proporcjonalna do liczby cząsteczek powietrza, które obraca skrzydło, ich masy i prędkości gdzie to gęstość powietrza, V to prędkość samolotu, a S to powierzchnia jego skrzydła

Zależność prędkości samolotu od jego masy Przy stałej mocy silnika im większa masa samolotu tym wolniej leci Przy stałej prędkości i właściwościach aerodynamicznych tj. C under/C Resistance = const, nośność jest proporcjonalna do powierzchni skrzydeł

Czy istnieje związek między frekwencją a wydajnością? frekwencja, % wyniki testu Jak określić ilościowo, czy zmiana dwóch wartości jest ściśle ze sobą związana?

Frekwencja, % wyniki testu Jak określić ilościowo, czy zmiana dwóch wartości jest ze sobą ściśle związana? Czy istnieje związek między frekwencją a wydajnością?

Obliczamy współczynnik korelacji (związek), CORR, między wynikami w nauce a frekwencją, % wyników egzaminów średnia frekwencja AB VG średni wynik w nauce CORR (10 "B") = 0

Wiek: 14 lat

Miejsce studiów: MBOU LAP №135

Miasto, region: Samara, 63

Kierownik: Samsonova Natalia Yurievna, nauczycielka fizyki

Historyczna praca badawcza „Papierowy samolot – zabawa dla dzieci i badania naukowe”

Wstęp____________________________________________________ 2

Cele i cele _________________________________________________________3-4

Główną częścią ________________________________________________________5-12

Siła nośna skrzydła samolotu _____________________________________________ 5-8

Historia rozwoju samolotów ________________________________________________9-10

Czynniki wpływające na siłę nośną skrzydła samolotu ________________________ 10

Czynniki wpływające na zasięg lotu ______________________________________ 10

Czynniki wpływające na czas lotu ___________________________________________10

Obserwacje i eksperymenty _____________________________________________________________ 10-12

Metodologia________________________________________________________________________________12

Wniosek _____________________________________________________________13

Bibliografia_______________________________________________ 14

Wstęp

Ludzie od dawna marzyli o lataniu. Twórz skrzydła jak ptaki, owady, nietoperze. Ile różnych żywych stworzeń unosi się w powietrzu, ale człowiek nie może!

Odważni wynalazcy próbowali robić skrzydła dla ludzi. Ale nikt nie mógł latać na takich skrzydłach. Mężczyzna nie miał dość siły, by wznieść się w powietrze. W najlepszym razie wynalazcom udało się bezpiecznie wylądować na ziemi, szybując na skrzydłach z góry lub wysokiej wieży. To nie wymagało użycia siły.

Za każdym razem, gdy widzę samolot - srebrnego ptaka wznoszącego się w niebo - podziwiam moc, z jaką z łatwością pokonuje ziemską grawitację i orki niebiański ocean i zadaję sobie pytania:

• Jak należy skonstruować skrzydło samolotu, aby wytrzymać duży ładunek?
• Jaki powinien być optymalny kształt skrzydła przecinającego powietrze?
• Jakie właściwości wiatru pomagają samolotowi w jego locie?
• Jaką prędkość może osiągnąć samolot?

Człowiek zawsze marzył o tym, by wzbić się w niebo „jak ptak” i od czasów starożytnych starał się spełnić swoje marzenie. W XX wieku lotnictwo zaczęło się tak szybko rozwijać, że ludzkość nie była w stanie uratować wielu oryginałów tej złożonej technologii. Ale wiele próbek zachowało się w muzeach w postaci zredukowanych modeli, dając prawie pełny obraz prawdziwych maszyn.

Wybrałem ten temat, ponieważ pomaga on w życiu nie tylko rozwijać logiczne myślenie techniczne, ale także łączyć praktyczne umiejętności pracy z papierem, materiałoznawstwem, technologią projektowania i budowy samolotów. A najważniejsze jest stworzenie własnego samolotu.

Przedstawiamy hipoteza - można przyjąć, że charakterystyka lotu samolotu zależy od jego kształtu.

Wykorzystaliśmy następujące metody badawcze:

• Studium literatury naukowej;
• Uzyskiwanie informacji w Internecie;
• Bezpośrednia obserwacja, eksperymentowanie;
• Tworzenie eksperymentalnych modeli pilotowych samolotów;

Cel i zadania

Cel: Zaprojektuj samolot o następujących cechach: maksymalny zasięg i czas lotu.

Zadania:

Analizować informacje uzyskane ze źródeł pierwotnych;

Zbadanie elementów starożytnej orientalnej sztuki aerogami;

Zapoznanie się z podstawami aerodynamiki, technologią projektowania samolotów z papieru;

Przetestuj zbudowane modele;

Rozwijanie umiejętności prawidłowego, skutecznego uruchamiania modeli;

Jako podstawę swoich badań przyjąłem jeden z obszarów japońskiej sztuki origami - aerogamia(z japońskiego „gami” - papier i łacińskiego „aero” - powietrze).

Aerodynamika (od greckich słów aer – powietrze i dinamis – siła) to nauka o siłach wynikających z ruchu ciał w powietrzu. Powietrze dzięki swoim właściwościom fizycznym opiera się ruchowi ciał stałych w nim. Jednocześnie powstają siły interakcji między ciałami a powietrzem, które są badane przez aerodynamikę.

Aerodynamika to teoretyczna podstawa współczesnego lotnictwa. Każdy samolot lata, przestrzegając praw aerodynamiki. Dlatego dla projektanta samolotu znajomość podstawowych praw aerodynamiki jest nie tylko przydatna, ale wręcz niezbędna. Studiując prawa aerodynamiki, przeprowadziłem szereg obserwacji i eksperymentów: „Wybór kształtu samolotu”, „Zasady tworzenia skrzydła”, „Uderzenie” itp.

Projekt.

Złożenie papierowego samolotu nie jest tak łatwe, jak się wydaje. Akcje muszą być pewne i precyzyjne, fałdy – idealnie proste i we właściwych miejscach. proste projekty wybacz błędy, ale w przypadku skomplikowanym kilka nieidealnych kątów może doprowadzić proces montażu do ślepego zaułka. Ponadto zdarzają się przypadki, w których złożenie musi być celowo niezbyt dokładne.

Na przykład, jeśli jeden z ostatnich kroków wymaga złożenia grubej struktury kanapkowej na pół, złożenie nie zadziała, chyba że dokonasz regulacji grubości na samym początku składania. Takie rzeczy nie są opisane na diagramach, przychodzą z doświadczeniem. A symetria i dokładny rozkład masy modelu decydują o tym, jak dobrze będzie latał.

Kluczowym punktem w „lotnictwie papierowym” jest położenie środka ciężkości. Tworząc różne projekty proponuję dociążyć nos samolotu poprzez umieszczenie w nim większej ilości papieru, aby uformować pełnoprawne skrzydła, stabilizatory i kil. Wtedy papierowym samolotem można sterować jak prawdziwym.

Na przykład poprzez eksperymenty odkryłem, że prędkość i tor lotu można regulować, wyginając tył skrzydeł jak prawdziwe klapy, lekko obracając papierowy kil. Taka kontrola jest podstawą „akrobacji papierowych”.

Konstrukcje samolotów różnią się znacznie w zależności od celu ich budowy. Na przykład samoloty do lotów długodystansowych przypominają kształtem lotkę – są tak samo wąskie, długie, sztywne, z wyraźnym przesunięciem środka ciężkości w kierunku nosa. Samoloty do najdłuższych lotów nie są sztywne, ale mają dużą rozpiętość skrzydeł i są dobrze wyważone. Równoważenie jest niezwykle ważne dla samolotów startujących na ulicach. Muszą utrzymać prawidłową pozycję, pomimo destabilizujących wahań powietrza. Samoloty startujące w pomieszczeniach korzystają z nisko położonego środka ciężkości. Takie modele latają szybciej i stabilniej, łatwiej je wystartować.

Testy

Aby osiągnąć wysokie wyniki na starcie, konieczne jest opanowanie prawidłowej techniki rzutu.

• Aby wysłać samolot na maksymalną odległość, musisz rzucić go do przodu i do góry pod kątem maksymalnie 45 stopni.
• W zawodach time-of-flight należy wyrzucić samolot na maksymalną wysokość, aby szybował dłużej.

Wodowanie w plenerze, poza dodatkowymi problemami (wiatr), stwarza dodatkowe atuty. Używając prądów powietrza, możesz sprawić, że samolot będzie latał niewiarygodnie daleko i długo. Silny prąd wznoszący można znaleźć np. w pobliżu dużego wielopiętrowego budynku: uderzając w ścianę, wiatr zmienia kierunek na pionowy. Bardziej przyjazną poduszkę powietrzną można znaleźć w słoneczny dzień na parkingu. Ciemny asfalt bardzo się nagrzewa, a gorące powietrze nad nim unosi się płynnie.

Główną częścią.

1.1 Podnoszenie skrzydeł samolotu.

Do czego nie wytrzymują ruchome strumienie - nawet spychają statki razem. Czy można wykorzystać ich moc do podnoszenia ciał? Kierowcy wiedzą, że przy dużej prędkości przód samochodu może oderwać się od drogi, jakby startował. Założyli nawet antyskrzydła, aby temu zapobiec. Skąd bierze się siła nośna?

Tutaj nie możemy się obejść bez czegoś takiego jak skrzydło. Najprostszym skrzydłem jest być może latawiec (ryc. 216). Jak on lata? Przypomnijmy, że latawiec ciągniemy za linę, tworząc wiatr biegnący po jego płaszczyźnie, czyli skrzydle. Oznaczmy płaszczyznę skrzydła AB, napięcie liny Q, ciężar własny latawca P, wypadkową tych sił R, 1

Wiatr AB biegnący w płaszczyźnie latawca, odbijając się od niego, wytwarza siłę nośną R, która, aby latawiec nie spadł, musi być równa R jest lepsze bardziej, że latawiec unosi się. Czy czujesz, że w lataniu wszystko nie jest takie proste? Jeszcze trudniej niż z latawcem, sytuacja jest z siłą unoszącą skrzydło samolotu.

Przekrój skrzydła samolotu pokazano na rys. 217 a. Praktyka wykazała, że ​​aby wykonać lot, skrzydło samolotu musi być ustawione tak, aby istniał pewien kąt a – kąt natarcia, pomiędzy jego dolną linią a kierunkiem lotu. Ten kąt zmienia się pod wpływem działania windy.

Podczas lotu poziomego kąt a nie przekracza 1-1,5 °, podczas lądowania - około 15 °. Okazuje się, że przy takim kącie natarcia prędkość strumienia powietrza opływającego skrzydło z góry będzie większa niż prędkość ^/^ strumienia opływającego dolną powierzchnię skrzydła. Na ryc. 217 i ta różnica prędkości charakteryzuje się różną gęstością linii prądu.

Ryż. 217. Jak powstaje siła nośna skrzydła (a) i siły działające na samolot (b)?

Ale, jak już wiemy, w tym miejscu przepływu, gdzie prędkość jest większa, ciśnienie jest mniejsze i odwrotnie. Dlatego też, gdy samolot porusza się w powietrzu, nad górną powierzchnią skrzydła wystąpi zmniejszone ciśnienie, a nad dolną ciśnienie zwiększone. Ta różnica ciśnień powoduje, że na skrzydło działa skierowana do góry siła R.

Składowa pionowa tej siły, siła F, jest siłą nośną skierowaną przeciw ciężarowi ciała P. Jeżeli siła ta jest większa niż ciężar samolotu, ten ostatni uniesie się do góry. Drugim składnikiem Q jest opór czołowy, pokonywany przez ciąg śmigła.

Na ryc. 217,b przedstawia siły działające na samolot podczas poziomego lotu równomiernego: F, - siła nośna, P - masa samolotu, F., - opór i F - ciąg śmigła.

Wielki wkład w rozwój teorii skrzydła, a właściwie teorii aerodynamiki w ogóle, wniósł rosyjski naukowiec, profesor N. E. Żukowski (1847-1921). Jeszcze przed ludzkimi lotami Żukowski wypowiadał ciekawe słowa: „Człowiek nie ma skrzydeł, a w stosunku do masy ciała do masy mięśni jest 72 razy (!) słabszy od ptaka. Ale myślę, że będzie latał, opierając się nie na sile swoich mięśni, ale na sile swojego umysłu.

Ryż. 218. Kształt skrzydeł w ujęciu M< 1 и М > 1

Lotnictwo już dawno przekroczyło barierę dźwięku, którą mierzy się tak zwaną liczbą Macha - M. Przy prędkości poddźwiękowej M< 1, при звуковой М = 1, при сверхзвуковой М >1. I zmienił się kształt skrzydła - stał się cieńszy i ostrzejszy. Zmienił się również kształt skrzydeł. Skrzydła poddźwiękowe są prostokątne, trapezowe lub eliptyczne. Skrzydła transsoniczne i naddźwiękowe są skośne, naramienne (jak grecka litera „delta”) lub trójkątne (ryc. 218). Faktem jest, że kiedy samolot porusza się z prędkością bliską i naddźwiękową, powstają tak zwane fale uderzeniowe, związane z elastycznością powietrza i prędkością rozchodzenia się w nim dźwięku. Aby zmniejszyć to szkodliwe zjawisko, stosuje się skrzydła o ostrzejszym kształcie. Schemat przepływu powietrza wokół skrzydeł poddźwiękowych i naddźwiękowych pokazano na ryc. 219, gdzie widać różnicę w ich interakcji z powietrzem.

A samoloty naddźwiękowe wyposażone w takie skrzydła pokazano na ryc. 220.

Ryż. 219. Schemat przepływu powietrza wokół skrzydeł poddźwiękowych i naddźwiękowych

Ryż. 220. Bombowiec naddźwiękowy (a) i myśliwce (b)

Samoloty o prędkości M > 6 nazywane są hipersonicznymi. Ich skrzydła są zbudowane w taki sposób, że fale uderzeniowe z przepływu wokół kadłuba i skrzydła wydają się wzajemnie znosić. Dlatego kształt skrzydeł takich samolotów jest skomplikowany, tak zwany w kształcie litery W lub w kształcie litery M (ryc. 221).

Ryż. 221. Samolot naddźwiękowy

Ryż. 222. Ewolucja samolotów

Historia rozwoju samolotów

Krótko o historii lotu człowieka i ewolucji samolotu (ryc. 222).

W 1882 r. rosyjski oficer A.F. Mozhaisky zbudował samolot z silnikiem parowym, który ze względu na duży ciężar nie mógł wystartować. Kilka lat później niemiecki inżynier Lilienthal wykonał serię lotów szybowcowych na zbudowanym przez siebie szybowcu balansującym, sterowanym poprzez przesunięcie środka ciężkości ciała pilota. Podczas jednego z tych lotów szybowiec stracił stabilność, a Lilienthal zmarł. W 1901 roku amerykańscy mechanicy, bracia Wright, zbudowali szybowiec z bambusa i lnu i wykonali na nim kilka udanych lotów. Szybowiec został wystrzelony z łagodnego zbocza wzgórza za pomocą prymitywnej katapulty, składającej się z małej wieży z bali i liny z ładunkiem. W lecie bracia nauczyli się latać, a przez resztę czasu pracowali w swoim warsztacie rowerowym, oszczędzając pieniądze na kontynuowanie eksperymentów. Zimą 1902-1903 wykonali benzynowy silnik spalinowy, zainstalowali go na swoim szybowcu, a 17 grudnia 1903 odbyli pierwsze loty, z których najdłuższy, choć trwał tylko 59 sekund, pokazał jednak, że samolot mógł wystartować i pozostać w powietrzu.

Po ulepszeniu samolotu i zdobyciu pewnych umiejętności latania bracia Wright w 1906 roku ogłosili swój wynalazek. Od tego momentu rozpoczął się szybki rozwój lotnictwa w wielu krajach świata. Po 3 latach francuski inżynier Blériot przeleciał samolotem swojej konstrukcji przez kanał La Manche, udowadniając zdolność tej maszyny do latania nad morzem. Niecałe 20 lat później samolot jednomiejscowy przeleciał z Ameryki do Europy przez Ocean Atlantycki, a 10 lat później, latem 1937 roku, na samolocie A.N. Tupolew ANT-25 poleciał z Moskwy do Ameryki przez Biegun Północny. Kilka dni później M. M. Gromov, A. B. Yumashev i S. A. Danilin, lecąc tą samą trasą, ustanowili rekord świata w odległości lotu w linii prostej, pokonując 10 300 km bez lądowania.

Wraz z zasięgiem rosła nośność, wysokość i prędkość samolotów. Pierwszy superciężki samolot „Ilya Muromets” został zbudowany w Rosji. Ten czterosilnikowy gigant był tak lepszy od wszystkich ówczesnych maszyn, że przez długi czas za granicą nie mogli uwierzyć w istnienie takiego samolotu. W 1913 roku Ilya Muromets pobił światowe rekordy zasięgu, wysokości i ładowności.

Jeśli prędkość samolotu braci Wright wynosiła około 50 km/h, to nowoczesny samolot latać kilka razy szybciej niż dźwięk. A rakiety latają jeszcze szybciej. Na przykład pojazd startowy, który wystrzelił pierwszy sztuczny satelita Ziemia miała М>28.

1.2 Czynniki wpływające na siłę nośną skrzydła samolotu.

1) prędkość powietrza

2) kształt skrzydła

3) średnia gęstość

1.3 Czynniki wpływające na zasięg lotu.

1) masa samolotu

2) kształt skrzydła

1.4 Czynniki wpływające na czas lotu.

1) prąd strumieniowy na dużej wysokości;

2) wiatr tylny, wiatr czołowy, wiatr boczny;

3) kształt skrzydła

1.5 Obserwacje i eksperymenty.

Obserwacje

Wybór formy samolotu.

Doświadczenie #1

Wniosek:

Opływowy kształt pomaga utrzymać samolot w powietrzu. Gdy przesuwa się do przodu, tworzy windę. Samolot będzie się wznosić, aż wyczerpie się siła, z jaką wystrzeliłem powietrze. A prosta kartka papieru ma zbyt dużą powierzchnię podparcia, co nie sprzyja prawidłowemu lotowi.

Zasady skrzydeł.

Ekwipunek:

• Papier;
• Dwie książki.

Doświadczenie nr 2

Nagły podmuch wiatru:

Doświadczenie nr 3

Ekwipunek:

• Papier;
• Dwie książki.

Doświadczenie nr 4

Powiew.

Ekwipunek:

• Dwa paski papieru

Wniosek:

Powietrze ślizga się szybciej nad górną, zakrzywioną częścią skrzydła, która ma wyższą krawędź natarcia niż krawędź spływu (pomaga to zsunąć się ze skrzydła). Dlatego ciśnienie powietrza pod skrzydłem jest wyższe, więc wypycha skrzydło do góry. Siła podtrzymująca skrzydło jest spowodowana różnicą ciśnień. Nazywa się windą. Strumień powietrza na skrzydle można skierować w dół za pomocą klap lub lotek. Pozwalają one samolotom startować, skręcać i latać na małej wysokości nawet przy małej prędkości.

1.6 Metodologia

Postanowiłem przeprowadzić eksperyment potwierdzający zależność czasu i zasięgu lotu od kształtu skrzydła. Zrobiłem 5 papierowych modeli samolotów. Kilka razy wystrzeliłem samoloty o tej samej masie z tą samą siłą. Po uruchomieniu wszystkich modeli zapisałem wyniki przebiegów i średnią arytmetyczną w tabeli. Na podstawie średniej arytmetycznej znalazłem zwycięzców pod względem zasięgu i czasu lotu (model nr 2 i model nr 5).Czas lotu i zasięg są różne dla wszystkich modeli => zasięg i czas lotu zależą od kształtu skrzydła.

Wniosek

Analiza wyników badań:

Do oceny modeli zdecydowałem się użyć 5

System kulowy:

Na podstawie tabeli znalazłem najwięcej najlepsza opcja papierowe samoloty: model nr 4. Model #2 jest dobry na zawody długodystansowe, podczas gdy Model #3 ma dłuższy czas lotu.

Podczas eksperymentów nie udało mi się dokładnie zmierzyć zasięgu i czasu lotu każdego samolotu, wystrzelić samolot jedną siłą, udało mi się z grubsza zmierzyć czas lotu i zasięg każdego samolotu.

Dzięki tym doświadczeniom i informacjom z Internetu udało mi się sporządzić tabelę przekrojów skrzydeł samolotów i ich przeznaczenia:

Lista wykorzystanej literatury

1) Antonow OK, Paton B.I. Szybowce, samoloty. Nauki. Dumka, 1990r. - 503 s.

2) Wielka księga eksperymentów dla uczniów / wyd. Antonelli Meyani. - M .: CJSC "ROSMEN-PRESS", 2007. - 260 s. http://www.ozon.ru/context/detail/id/121580 /

3) Mikortumov E.B., Lebedinsky M.S. modelowanie samolotów; Przegląd artykułów. Podręcznik dla liderów kół modelowania samolotów. - M. Uchpedgiz, 1960. - 144 s.

4) Nikulin A.P. Kolekcja najlepszych modeli papierowych (origami). Sztuka składania papieru. - M.: Terra - Klub Książki, 2005, 68 s.

5) Svishchev G.P. Belov A.F. Lotnictwo: encyklopedia. - M .: „Wielka rosyjska encyklopedia”, 194. - 756 s. Sucharewskaja O.N. Origami dla najmłodszych. - M.: Iris Press, 2008. - 140 s.

6) Niesamowita fizyka – o czym milczały podręczniki N.V. Gulii

Podnoszenie skrzydeł
Podnoszenie skrzydeł
Autor: Sinegubow Andrey
Grupa: E3-42
Dyrektor artystyczny: Sergey Burtsev
Aleksiejewicz

Sformułowanie problemu

Model środowiskowy

Płat

Powierzchnia odniesienia

Wzory obliczeniowe

Twierdzenie Żukowskiego

Podnoszenie skrzydeł

Lista wykorzystanych źródeł

* Skrzydło samolotu jest zaprojektowane do generowania siły nośnej potrzebnej do wsparcia samolotu w powietrzu. Im większa siła nośna i mniejszy opór, tym lepsza aerodynamika skrzydła. Siła nośna i opór skrzydła zależą od cech geometrycznych skrzydła. Cechy geometryczne skrzydła sprowadzają się do cech skrzydła w planie i cech charakterystycznych

Skrzydła nowoczesnych samolotów są eliptyczne w planie (a), prostokątne (b), trapezowe (c), skośne (d), trójkątne (e)

Kąt skrzydła poprzecznego V Charakterystyka geometryczna skrzydła Kształt skrzydła w rzucie charakteryzuje się rozpiętością, wydłużeniem powierzchni, zwężeniem, skosem i poprzecznym V Rozpiętość L to odległość pomiędzy końcami skrzydła w linii prostej. Powierzchnia skrzydła pod względem Skr jest ograniczona konturami skrzydła.

Powierzchnia skrzydeł trapezowych i skośnych jest obliczana jako powierzchnia dwóch trapezów, gdzie b 0 jest cięciwą korzeniową, m; bk - akord końcowy, m; - średni cięciwę skrzydła, m Wydłużenie skrzydła to stosunek rozpiętości skrzydeł do średniej cięciwy.Jeżeli zamiast bav podstawimy jego wartość z równości (2.1), to wydłużenie skrzydła będzie określone wzorem W przypadku nowoczesnych samolotów naddźwiękowych i transsonicznych wydłużenie skrzydeł nie przekracza 2-5. W przypadku samolotów o małej prędkości wydłużenie może osiągnąć 12-15, a szybowce do 25.

Zwężenie skrzydła to stosunek cięciwy osiowej do cięciwy końcowej.Dla samolotów poddźwiękowych zwężenie skrzydła zwykle nie przekracza 3, a dla samolotów transsonicznych i naddźwiękowych może się znacznie różnić. Kąt odchylenia to kąt między linią krawędzi natarcia skrzydła a osią poprzeczną samolotu. Sweep można również mierzyć wzdłuż linii ognisk (przechodząc 1/4 cięciwy od krawędzi natarcia) lub wzdłuż innej linii skrzydła. Dla samolotów transsonicznych osiąga 45°, a dla samolotów naddźwiękowych – do 60°. Kąt poprzeczny V skrzydła to kąt między osią poprzeczną samolotu a dolną powierzchnią skrzydła. We współczesnych samolotach kąt poprzeczny V waha się od +5° do -15°. Profil skrzydła to kształt jego przekroju. Profile mogą być symetryczne lub asymetryczne. Z kolei asymetryczny może być dwuwypukły, płasko-wypukły, wklęsło-wypukły itp. W kształcie litery S. Soczewkowate i w kształcie klina mogą być stosowane w samolotach naddźwiękowych. Główne cechy profilu to: cięciwa profilu, względna grubość, względna krzywizna

Pas profilu b to odcinek linii prostej łączący dwa najbardziej odległe punkty profilu Formy profili skrzydeł 1 - symetryczne; 2 - niesymetryczne; 3 - płasko-wypukły; 4 - dwuwypukły; 5 - w kształcie litery S; 6 - laminowany; 7 - soczewkowy; 8 - w kształcie rombu; 9 wybitnych

Charakterystyka geometryczna profilu: b - cięciwa profilu; Cmax - maksymalna grubość; fmax - strzałka krzywizny; współrzędna x największej grubości Kąty natarcia skrzydła

Całkowita siła aerodynamiczna i punkt jej przyłożenia R jest całkowitą siłą aerodynamiczną; Y - siła podnoszenia; Q to siła oporu; - kąt natarcia; q - kąt jakości Względna grubość profilu c jest stosunkiem maksymalnej grubości Сmax do cięciwy, wyrażonym w procentach:

Względna grubość profilu c to stosunek maksymalnej grubości Cmax do pasa, wyrażony w procentach: Względna krzywizna profilu f jest stosunkiem maksymalnej krzywizny f do cięciwy, wyrażonym w procentach. Maksymalna odległość od osi profilu do pasa określa krzywiznę profilu. Środkowa linia profilu jest rysowana w równej odległości od górnego i dolnego konturu profilu. Dla profili symetrycznych krzywizna względna jest równa zeru, natomiast dla profili asymetrycznych wartość ta jest niezerowa i nie przekracza 4%.

ŚREDNIA AERODYNAMICZNA Cięciwa Skrzydła Średnia aerodynamiczna cięciwa skrzydła (MAC) to cięciwa takiego skrzydła prostokątnego, które ma taką samą powierzchnię jak dane skrzydło, wielkość całkowitej siły aerodynamicznej i położenie środka ciśnienia (CP) przy równe kąty natarcia

W przypadku trapezowego skrzydła nieskręcanego MAR jest determinowany przez konstrukcję geometryczną. Aby to zrobić, skrzydło samolotu jest narysowane w planie (i w określonej skali). Na kontynuacji cięciwy stopowej osadzany jest segment równy rozmiarem pasowi końcowemu, a na kontynuacji cięciwy końcowej (do przodu) osadzany jest segment równy pasowi stopowemu. Końce segmentów są połączone linią prostą. Następnie narysuj środkową linię skrzydła, łącząc prosty środek akordów korzeniowych i końcowych. Średnia cięciwa aerodynamiczna (MAC) przejdzie przez punkt przecięcia tych dwóch linii.

Znając wielkość i położenie MAR na samolocie i przyjmując go jako linię bazową, określ położenie względem niego środka ciężkości samolotu, środka nacisku skrzydła itp. Siła aerodynamiczna samolotu jest tworzony przez skrzydło i przykładany w centrum nacisku. Środek nacisku i środek ciężkości z reguły nie pokrywają się i dlatego powstaje moment sił. Wielkość tego momentu zależy od wielkości siły i odległości środka ciężkości od środka nacisku, którego położenie określa się jako odległość od początku MAR, wyrażoną liniowo lub jako procent długość MAR.

WING Drag Drag to opór ruchu skrzydła samolotu w powietrzu. Składa się z profilu, indukcyjności i rezystancji falowej: Xcr=Xpr+Hind+XV. Opór fal nie będzie brany pod uwagę, ponieważ występuje przy prędkościach lotu powyżej 450 km/h. Na opór profilu składają się opory nacisku i tarcia: Хpr=ХД+Хtr. Opór ciśnienia to różnica ciśnienia przed i za skrzydłem. Im większa ta różnica, tym większa odporność na ciśnienie. Różnica ciśnień zależy od kształtu profilu, jego względnej grubości i krzywizny, na rysunku Cx wskazano współczynnik wytrzymałości profilu).

Im większa jest względna grubość c płata, tym bardziej ciśnienie wzrasta przed skrzydłem i tym bardziej maleje za skrzydłem, na jego krawędzi spływu. W rezultacie wzrasta różnica ciśnień, a co za tym idzie, wzrasta opór ciśnieniowy. Kiedy strumień powietrza opływa profil skrzydła pod kątem natarcia zbliżonym do krytycznego, opór ciśnieniowy znacznie wzrasta. Jednocześnie gwałtownie wzrastają wymiary wirującego strumienia wzbudzającego i samych wirów. Wielkość sił tarcia zależy od struktury warstwy przyściennej oraz stanu opływowej powierzchni skrzydła (jego chropowatości). W laminarnej warstwie granicznej powietrza opór tarcia jest mniejszy niż w turbulentnej warstwie granicznej. W konsekwencji im większa część powierzchni skrzydła opływa laminarną warstwę przyścienną przepływu powietrza, tym mniejszy opór tarcia. Na wartość oporu tarcia mają wpływ: prędkość samolotu; chropowatość powierzchni; kształt skrzydła. Im wyższa prędkość lotu, tym gorszej jakości obrabiana powierzchnia skrzydła i grubszy profil skrzydła, tym większy opór tarcia.

Opór indukcyjny to wzrost oporu związany z powstawaniem siły nośnej skrzydeł. Kiedy niezakłócony przepływ powietrza opływa skrzydło, powstaje różnica ciśnień nad i pod skrzydłem. W rezultacie część powietrza na końcach skrzydeł przepływa ze strefy wyższego ciśnienia do strefy niższego ciśnienia.

Kąt odchylenia strumienia powietrza opływającego skrzydło z prędkością V wywołaną przez prędkość pionową U, nazywany jest skośnym kątem przepływu. Jego wartość zależy od wartości prędkości pionowej indukowanej przez wiązkę wirów oraz nadjeżdżającej prędkości przepływu V

W związku z tym, ze względu na skos przepływu, rzeczywisty kąt natarcia wschodniej części skrzydła w każdej z jego sekcji będzie się różnił od geometrycznego lub pozornego kąta natarcia każdego o pewną wartość. ^ Y jest zawsze prostopadła do nadchodzącego strumienia, jego kierunku. Dlatego wektor siły nośnej skrzydła odbiega pod kątem i jest prostopadły do ​​kierunku przepływu powietrza V. siła podnoszenia nie będzie całej siły ^ Y ”, ale jej składowej Y, skierowanej prostopadle do nadchodzącego przepływu

Ze względu na małą wartość uważamy za równą Inny składnik siły Y "będzie Ta składowa jest skierowana wzdłuż przepływu i nazywa się opór indukcyjny (rys. przedstawiony powyżej). Aby znaleźć wartość oporu indukcyjnego, należy konieczne jest obliczenie prędkości ^ U i kąta opływu Zależność kąta opływu od wydłużenia skrzydła , współczynnika nośności Su i kształtu skrzydła w rzucie wyraża się wzorem w kategoriach.

gdzie Cxi jest współczynnikiem rezystancji indukcyjnej. Jest to określone wzorem Ze wzoru wynika, że ​​Cx jest wprost proporcjonalna do współczynnika nośności i odwrotnie proporcjonalna do wydłużenia skrzydła. Przy kącie natarcia o zerowym wzroście reaktancja indukcyjna będzie wynosić zero. Przy nadkrytycznych kątach natarcia płynny przepływ wokół profilu skrzydła jest zaburzony i dlatego wzór na wyznaczenie Cx 1 jest nie do przyjęcia do wyznaczenia jego wartości. Ponieważ wartość Cx jest odwrotnie proporcjonalna do wydłużenia skrzydeł, dlatego samoloty przeznaczone do lotów na duże odległości mają duży wydłużenie skrzydeł: = 14 ... 15.

GERODYNAMICZNA JAKOŚĆ SKRZYDŁA Aerodynamika skrzydła to stosunek siły nośnej do siły oporu skrzydła przy danym kącie natarcia, gdzie Y jest siłą nośną, kg; Q - siła oporu, kg. Podstawiając do wzoru wartości Y i Q otrzymujemy Im większa jakość aerodynamiczna skrzydła, tym jest ono doskonalsze. Wartość jakości dla nowoczesnych samolotów może sięgać 14-15, a dla szybowców 45-50. Oznacza to, że skrzydło samolotu może wytworzyć siłę nośną od 14 do 15 razy większą niż opór, a dla szybowców nawet 50 razy.

Stosunek siły nośnej do przeciągania charakteryzuje się kątem Kąt między wektorami siły nośnej a całkowitymi siłami aerodynamicznymi nazywany jest kątem przeciągania do siły nośnej. Im wyższy współczynnik podnoszenia do przeciągania, tym mniejszy kąt podnoszenia i na odwrót. Jakość aerodynamiczna skrzydła, jak widać ze wzoru, zależy od tych samych czynników, co współczynniki Cy i Cx, tj. od kąta natarcia, kształtu profilu, kształtu skrzydła w rzucie, numeru lotu M i obróbki powierzchni. WPŁYW NA JAKOŚĆ KĄTA ATAKU Wraz ze wzrostem kąta natarcia do określonej wartości poprawia się jakość aerodynamiczna. Przy pewnym kącie natarcia jakość osiąga maksymalną wartość Kmax. Ten kąt nazywa się najkorzystniejszym kątem natarcia, naiwnym. równa się zero. Wpływ kształtu płata na stosunek podnoszenia do oporu jest związany ze względną grubością i krzywizną płata. W tym przypadku duży wpływ mają kształt linii profilu, kształt nosa oraz położenie maksymalnej grubości profilu wzdłuż cięciwy. Aby uzyskać najwyższe wartości jakościowe, najlepszym kształtem skrzydła jest eliptyczny z zaokrągloną krawędzią natarcia.

Wykres zależności jakości aerodynamicznej od kąta natarcia Kształtowanie się siły ssącej Zależność jakości aerodynamicznej od kąta natarcia i grubości płata Zmiana jakości aerodynamicznej skrzydła w zależności od liczby Macha

WING POLAR Dla różnych obliczeń charakterystyk lotu skrzydła szczególnie ważna jest znajomość jednoczesnej zmiany Cy i Cx w zakresie kątów natarcia lotu. W tym celu konstruowany jest wykres zależności współczynnika Su od Cx, zwany biegunowym. Nazwę „biegunową” tłumaczy się tym, że tę krzywą można uznać za wykres biegunowy zbudowany na współrzędnych współczynnika całkowitej siły aerodynamicznej CR i gdzie jest kątem nachylenia całkowitej siły aerodynamicznej R do kierunku prędkości swobodnego przepływu (pod warunkiem, że skale Su i Cx są takie same). Zasada konstruowania skrzydła biegunowego Skrzydło biegunowe Jeżeli od początku, w jednej linii ze środkiem nacisku płata, wektor zostanie narysowany w dowolnym punkcie bieguna, to będzie to przekątna prostokąta, którego boki są odpowiednio równe Сy i Сх. współczynnik oporu i unoszenia od kątów natarcia - tzw. biegunowy skrzydła.

Polar jest skonstruowany dla dobrze zdefiniowanego skrzydła o określonych wymiarach geometrycznych i kształcie profilu. Szereg charakterystycznych kątów natarcia można określić z bieguna skrzydła. Kąt zerowego wzniosu o znajduje się na przecięciu bieguna z osią Cx. Przy tym kącie natarcia współczynnik siły nośnej wynosi zero (Сy = 0). Dla skrzydeł nowoczesnych samolotów zwykle o = Kąt natarcia, przy którym Cx ma najmniejszą wartość Cx. min. można znaleźć rysując styczną do bieguna równolegle do osi Cy. Dla nowoczesnych profili skrzydeł kąt ten mieści się w zakresie od 0 do 1°. Najkorzystniejszy kąt natarcia jest naiwny. Ponieważ przy najkorzystniejszym kącie natarcia jakość aerodynamiczna skrzydła jest maksymalna, to kąt między osią Сy a styczną poprowadzoną od początku, czyli kąt jakościowy, przy tym kącie natarcia, zgodnie ze wzorem (2.19 ), będzie minimalny. Dlatego, aby określić naiwność, konieczne jest narysowanie stycznej do bieguna od początku. Punkt kontaktu będzie pasował do naiwnego. Dla nowoczesnych skrzydeł naiwność leży w zakresie 4 - 6°.

Krytyczny kąt ataku crit. Aby określić krytyczny kąt natarcia, konieczne jest narysowanie stycznej do bieguna równoległej do osi Cx. Punkt dotykowy i będzie odpowiadał kryt. Dla skrzydeł nowoczesnych samolotów crit = 16 -30°. Kąty natarcia z tym samym stosunkiem uniesienia do przeciągnięcia można znaleźć, rysując sieczną od początku do bieguna. W punktach przecięcia znajdujemy kąty natarcia (u) podczas lotu, przy których stosunek siły nośnej do oporu będzie taki sam i koniecznie mniejszy niż Kmax.

AIRCRAFT POLAR Jedną z głównych cech aerodynamicznych samolotu jest polaryzacja samolotu. Współczynnik nośności skrzydła Cy jest równy współczynnikowi nośności całego samolotu, a współczynnik oporu samolotu dla każdego kąta natarcia jest większy niż Cx skrzydła o wartość Cxvr. W takim przypadku biegun samolotu zostanie przesunięty na prawo od bieguna skrzydła o temp. Cx. Biegunowy samolotu jest budowany na podstawie danych o zależnościach Сy=f() i Сх=f(), uzyskanych eksperymentalnie przez dmuchanie modeli w tunelach aerodynamicznych. Kąty natarcia na biegunach samolotu ustala się poprzez poziome przeniesienie kątów natarcia zaznaczonych na biegunach skrzydła. Wyznaczenie charakterystyk aerodynamicznych i charakterystycznych kątów natarcia wzdłuż bieguna samolotu odbywa się w taki sam sposób jak na biegunie skrzydła.

Zerowy kąt natarcia samolotu jest praktycznie taki sam jak zerowy kąt natarcia skrzydła. Ponieważ siła nośna pod kątem natarcia wynosi zero, przy tym kącie natarcia możliwy jest tylko pionowy ruch samolotu w dół, zwany nurkowaniem pionowym lub pionowym ślizgiem pod kątem 90 °.

Kąt natarcia, przy którym współczynnik oporu ma minimalną wartość, jest wyznaczany przez narysowanie stycznej do bieguna równoległej do osi Cy. Podczas lotu pod tym kątem natarcia będzie najmniejsza strata oporu. Przy tym kącie natarcia (lub w jego pobliżu) lot wykonywany jest z maksymalną prędkością. Najkorzystniejszy kąt natarcia (naiwny) odpowiada najwyższej wartości właściwości aerodynamicznych samolotu. Graficznie ten kąt, podobnie jak dla skrzydła, jest określany przez narysowanie stycznej do bieguna od początku. Z wykresu widać, że nachylenie stycznej do bieguna samolotu jest większe niż nachylenie stycznej do bieguna skrzydła. Wniosek: maksymalna jakość samolotu jako całości jest zawsze mniejsza niż maksymalna jakość aerodynamiczna pojedynczego skrzydła.

Z wykresu widać, że najkorzystniejszy kąt natarcia samolotu jest większy od najkorzystniejszego kąta natarcia skrzydła o 2 - 3°. Krytyczny kąt natarcia samolotu (crit) nie różni się swoją wartością od wartości tego samego kąta dla skrzydła. Wysunięcie klap do pozycji startowej (= 15 -25°) pozwala na zwiększenie maksymalnego współczynnika nośności Sumax przy stosunkowo niewielkim wzroście współczynnika oporu. Umożliwia to zmniejszenie wymaganej minimalnej prędkości lotu, co w praktyce determinuje prędkość startową samolotu podczas startu. Dzięki zwolnieniu klap (lub klap) w pozycji startowej rozbieg startowy zostaje skrócony nawet o 25%.

Gdy klapy (lub klapy) są wysunięte do pozycji do lądowania (= 45 - 60°), maksymalny współczynnik nośności może wzrosnąć nawet do 80%, co drastycznie zmniejsza prędkość lądowania i długość rozbiegu. Jednak w tym przypadku opór wzrasta intensywniej niż siła nośna, więc jakość aerodynamiczna jest znacznie obniżona. Ale ta okoliczność jest wykorzystywana jako pozytywny czynnik operacyjny - stromość trajektorii wzrasta podczas szybowania przed lądowaniem, a w konsekwencji samolot staje się mniej wymagający pod względem jakości podejść w wyrównaniu pasa startowego. Jednak po osiągnięciu takich wartości M, przy których ściśliwości nie można już zaniedbać (M > 0,6 - 0,7), należy określić współczynniki nośności i oporu z uwzględnieniem poprawki na ściśliwość. gdzie Susz jest współczynnikiem nośności uwzględniającym ściśliwość; Suneszh jest współczynnikiem siły nośnej nieściśliwego przepływu dla tego samego kąta natarcia co Suszh.

Do liczb M = 0,6 -0,7 wszystkie bieguny praktycznie się pokrywają, ale przy dużych liczbach ^ M zaczynają przesuwać się w prawo i jednocześnie zwiększają nachylenie do osi Cx. Przesunięcie biegunów w prawo (do dużego Cx) wynika ze wzrostu współczynnika oporu profilu ze względu na wpływ ściśliwości powietrza, a z dalszym wzrostem liczby (M > 0,75 – 0,8) ze względu na wygląd odporności na fale. Wzrost nachylenia biegunów tłumaczy się wzrostem współczynnika oporu indukcyjnego, ponieważ przy tym samym kącie natarcia w poddźwiękowym przepływie ściśliwego gazu stosunek siły nośnej do oporu samolotu zaczyna spadać od moment ściśliwości jest zauważalny.