Файл: Савкин Л.С. Метеорология и стрельба артиллерии.pdf

На рис. 7 стрелками обозначены области повышен­ ного (стрелки к корпусу) и пониженного (стрелки от кор­ пуса) давления.

Чем больше угол атаки, тем несимметричнее снаряд обтекается потоком воздуха и тем больше подъемная сила Rv. Численное значение подъемной силы можно определить по формуле (1.4). Для этого помимо плотно-

Рис. 8. Зависимость величины С„ от угла атаки а

сти, скорости н поперечного сечения снаряда необходимо знать еще значение коэффициента подъемной силы Су. Как и для силы лобового сопротивления, величина Су зависит от числа М и формы снаряда. Но, кроме того, в данном случае существенна и величина угла атаки а. Для небольших углов атаки зависимость для определе­ ния Су близка к прямой линии (рис. 8 ), угол наклона которой к оси Оа определяется значением числа М.

в) Б о к о в а я с и л а Rz

Возникновение боковой силы Rz объясняется причи­ нами, аналогичными причинам возникновения подъемной силы: если появляется угол между вектором скорости и плоскостью стрельбы (угол скольжения (3), то возни­ кает избыточное давление воздуха с одного бока и пони­ женное давление с другого (противоположного) бока снаряда. В результате появляется боковая сила Rz, на­ правленная перпендикулярно плоскости, в которой дей­ ствуют сила лобового сопротивления и подъемная сила.

3 6

При наличии асимметрии снаряда относительно про­ дольной оси давление на его бока распределяется также неравномерно, что приводит тоже к возникновению бо­ ковой силы.

Сила Магнуса Rm

Если снаряд вращается вокруг своей продольной оси, то наличие атмосферы приводит к возникновению еще одной аэродинамической силы, так называемой силы Магнуса Rm. Наиболее просто уяснить физическую сущ­ ность появления этой силы можно на примере вращаю­ щегося снаряда, который обтекается потоком воздуха, перпендикулярным его продольной оси (рис. 9).

Рис. 9. Возникновение силы Магнуса Rm

Вследствие трения воздуха о поверхность вращаю­ щегося снаряда частицы воздуха будут вовлекаться в круговое движение вместе со снарядом. Возникает цир­ кулирующий поток воздуха, имеющий противоположное направление вверху и внизу. Кроме того, снаряд обте­ кается воздушным потоком, перпендикулярным его про­ дольной оси, в одинаковом направлении сверху и снизу. Наложение потоков приводит к тому, что с одной сто­ роны набегающий и циркулирующий потоки имеют про­ тивоположные направления, а с другой — одинаковые. Там, где потоки встречные, частицы воздуха уплотня­ ются, т. е. давление воздуха повышается («+ »). Там, где потоки направлены в одну сторону, частицы воздуха движутся ускоренно. Воздух при этом разрежается, т. е. давление воздуха уменьшается («—»). Из-за разности

3 7

давлений на противоположных участках поверхности сна­ ряда возникает подъемная сила Rm. Она перпендикуляр­ на скорости набегающего потока * и направлена от обла­ сти повышенного к области пониженного давления.

Следовательно, сила Магнуса возникает всегда, когда имеется боковая составляющая набегающего потока воз­ духа, перпендикулярная продольной оси вращающегося снаряда.

Направление вектора силы Магнуса Rm в простран­ стве не остается постоянным, как и направления векторов подъемной Rv и боковой Rz сил. Причина этого явления, заключается в непрерывном изменении в каждой точке траектории углов атаки а и скольжения (3. Величина силы Магнуса зависит также от скорости снаряда v и угловой скорости его вращения со. Расчеты показывают, что влия­ ние самой силы Магнуса на полет снаряда очень мало. Однако воздействие момента этой силы, возникающего вследствие несовпадения точки приложения силы Rm с центром масс снаряда, может оказываться весьма суще­ ственным.

Действие ветра на полет снаряда

При изучении полной аэродинамической силы R име­ лась в виду скорость снаряда относительно неподвиж­ ного воздуха. На самом же деле в е ли ч и н а и н а и р а в- л е н и е действующих на снаряд аэродинамических сил R, Rm и их моментов зависят от скорости снаряда отно­ сительно подвижного воздуха. Таким образом, при опре­ делении сил Rx, Rv, Rz по формуле (1.4) вместо скорости полета снаряда v подставляем относительную скоростью,- При определении коэффициентов Сх, Су, Сг учитываем

ра v скорости полета снаряда относительно земли и век­

* Набегающий поток воздуха всегда существует (и при отсутст­ вии ветра). Его скорсть U равна_по величине и противоположна по Направлению скорости снаряда (U = —v). При наличии угла атаки о или угла скольжения р набегающий ноток имеет боковую и про­ дольную составляющие.

3 8

тора Wx скорости продольного ветра. Поясним эту мысль примером.

что и снаряд. Следовательно, дует попутный ветер. Будем считать, что его скорость равна 20 м/сек. Тогда скорость снаряда относи­ тельно воздуха теперь уже иная: vr = 300—20 = 280 м/сек.

Поскольку в рассмотренном примере скорость снаря­

Поверхност ь зем ли

Рис. 10. Скорости снаряда v н ветра Wx относительно земли

то и сила сопротивления воздуха R согласно формуле (1.4) окажется меньше. Поэтому снаряд должен лететь дальше. При встречном ветре скорости складываются, сила сопротивления воздуха возрастает и дальность по­ лета уменьшается.

Из сказанного следует, что попутный продольный ве­ тер не «подталкивает» снаряд, ибо ветер не является силой, действующей на снаряд сзади. Поскольку ско­ рость ветра гораздо меньше скорости снаряда, то ветер не может ни «догнать», ни тем более «подталкивать» снаряд. Физическая сущность действия продольного вет­

3 9

а

Попутный ветер

Встречный ветер

—— ^

Рис. 11. Действие продольного ветра на артиллерийский снаряд:

ветра

4 0

(рис. 11,а). При наличии продольного ветра (^=£=0) возникает угол атаки aw и появляется подъемная си­ ла Ryr (рис. 11,6, в). Вектор v г, как сказано ранее, ра­ вен разности векторов v, PF*:

Z r = v — W . v = v + ( — W x ).

Поэтому на рте. 11,6, в вектор W x показан с обратным знаком (—Wx)- При попутном продольном ветре (рис. 1 1 , 6 ) на восходящей ветви траектории подъемная сила RУг снижает высоту траектории и уменьшает даль­

ность. На нисходящей ветви траектории она повышает высоту траектории и увеличивает дальность. Результи­ рующее действие этой силы таково, что дальность полета увеличивается.

При продольном встречном ветре (рис. 11, в) траек­ тория вследствие действия силы Ryr повышается на вос­

ходящей ветви и понижается на нисходящей ветви. Ре­ зультирующее действие этой силы таково, что дальность полета уменьшается.

При встречном ветре относительная скорость снаря­ да vr (а значит, и сила лобового сопротивления RXj. )

больше, чем при попутном ветре.

Рассмотрим влияние постоянного бокового ветра Wz на полет снаряда (рис. 12). В этом случае возникает

Wz

/ / / / / / / /

на снаряд бокового ветра Wz (вид сверху)

41