Практическая аэродинамика — часть 3
Сила сопротивления, оказываемая воздухом на тело, движущееся в нем, зависит не только от скорости и плотности воздуха, но и от формы тела. На рис.
Плоская пластинка (рис. 13) вызывает наибольшее лобовое сопротивление. Почему?
Потому что воздух, проходя острое ребро плоской поверхности, образует завихрения вокруг и позади нее, постоянно стремясь заполнить пространство за задней стороной пластинки, где давление значительно меньше атмосферного.
При движении круглого тела (рис. 14) уменьшение давления позади шара, ввиду его округленной формы, не так велико, как при движении плоской пластинки. Воздух обтекает контур шара более плавно, и поэтому лобовое сопротивление его не так велико. Если мы прибавим к шару конус, то получим форму, изображенную на рис. 15, причем сила сопротивления уменьшится.
Если мы возьмем тоже тело и будем двигать его круглым концом вперед (рис. 16), лобовое сопротивление еще уменьшится; но самые лучшие результаты мы получим с телом, имеющим обтекаемую форму, показанную на рис. 17- в данном случае мы сможем довести лобовое сопротивление до минимума. В этом последнем примере частицы воздуха постепенно раздвигаются передним концом тела; они следуют близ поверхности тела и плавно обтекают его.
Сумма веса различных частей самолета: крыльев; мотора, фюзеляжа, хвоста, колес, баков с горючим и груза, представлена одной силой, называемой силой тяжести; точка ее приложения называется центром тяжести.
На рис. 18 самолет находится в положении прямолинейного и горизонтального полета, и четыре силы — тяга, подъемная сила, лобовое сопротивление и сила тяжести — взаимно уравновешиваются. Подъемная сила равна силе тяжести, а лобовое сопротивление равно тяге винта. Все эти четыре силы измеряются в килограммах.
Если мы увеличим угол всего самолете по отношению к земле, как показано на рис. 19, и захотим сохранить равновесие наших четырех сил и ту же скорость, придется увеличить тягу, так как при этих условиях лобовое сопротивление увеличилось.
Но если имеет место обратное явление, вследствие опускания носа самолета (рис. 20) значительно ниже линии горизонтального положения, то сила тяги создается не только винтом, но и силой тяжести. Сумма этих двух сил станет достаточной, чтобы заставить самолет двигаться вперед с большей скоростью. Поэтому, если мы захотим сохранить ту же скорость поступательного движения, как и в предыдущих случаях, надо силу тяги винта уменьшить, и тогда при определенном угле самолета по отношению к земле мы будем иметь силу тяги, равную лобовому сопротивлению, созданную, как и в предыдущих случаях, силой тяжести. При этом условии подъемная сила станет меньше, чем вес самолета, и результатом явится медленный спуск.
Если нос самолета поднять значительно выше горизонтальной плоскости, то для данного мотора, дающего определенную мощность, и с данным винтом максимум силы тяги может оказаться меньшим лобового сопротивления (рис. 21). В этом положении самолет не может остаться, так как его нос сразу получит тенденцию к понижению, и будет стремиться стать в положение, при котором достигается равновесие между силой тяги и лобовым сопротивлением.