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. 13–17 макси­мальное поперечное сечение тел одинаково. Представим себе, что все они двигаются справа налево с одинаковой скоростью в воздухе одинаковой плотности.

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.