Файл: Микерин, И. К. Аэродинамика летательных аппаратов.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 95

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Как известно, скорость звука есть скорость распространения малых возмущений плотности или давления в данной среде. Пере­ дача' этих возмущений происходит через столкновение частиц

средь' друг с другом. В несжимаемой жидкости частицы располо­

жены плотно и любые возмущения плотности илл давления переда­ ются частицами мгновенно, скорость их распространения, то есть скорость звука, очень большая. В сильно сжимаемой среде рас­ стояния между частицами в сотни раз превышают размеры самих

частиц, и как результат - все возмущения передаются медленно,

величина скорости звука небольшая.

_,

(

Из физики газов известно, что

CL -

 

то есть скорость звука газов полностью определяется абсолют­ ной температурой и при её увеличении растет.

Действительно, температура газа определяет внутреннюю кине­ тическую энергию его молекул. Пгч увеличении Т, растет ско­ рость хаотического движения молекул и скорость передачи в о з ­ мущений. Газ становится более "упругим", его труднее сжать.

Воздух, состоящий из jm"ch газов, при нормальных условиях является хорошо снимаемой средой. Однако, для исследования

законов движения воздуха важно знать, когда будет проявляться сжимаемость воздуха при движении в нем твердых тел.

Как показывает опыт, при движении удобообтекаемого тела в воздухе со скоростью V ^ (Ъ,3 - г 0,4 J Û плотность воз ­

духа в любой точке вокруг тела практически остается постоянной, следовательно, воздух (и другие газы) в этом случае, как и

капельные жидкости,

можно считать несжимаемой средой.

С ростом скорости в

некоторых точках вокруг тела плотность

10

 

начинает изменяться, то есть проявляется сжимаемость воздуха.

Таким

образом,

при

движении

тела в

воздухе

(газе)

 

учи­

тывать сжимаемость воздуха

целесообразно

только

при

V г.

0,4й-

При рассмотрении движения тел в воздухе скорость

звука

неудобно .принимать за характеристику сжимаемости,

так как

она зависит от температуря, а последняя

.'непостоянна

по

высо­

те. Одним из основных-параметров, характеризующих движение

сжимаемой

жидкости, является

безразмерная

величина

М,

 

 

 

равная

M

=

~

 

,

где

V

- скорость

движения

тела. Число

И является как

бы мерой сжимаемости

воздуха

 

( г а ­

з а ) , так

как

сжимаемость

воздуха

проявляется

только

при

 

 

M

>

0,4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Следовательно,

по

свойству

сжимаемости

жидкости можно

разделить

на:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а)

несжимаемые,

то

есть газы прр

 

M <£ (0,3

+

0,4),

 

и капельные

жидаости;

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

сжимаемые -

газы пра

М ~

 

0,4.

 

 

 

 

 

Вязкость Вязкостью живости называется её способность сопротив­

ляться относительному перемещению рядом лежащих слоев. Это свойство аналогично сопротивлению сдвига у твердых тел, кото­

рые можно назвать наиболее "вязкими".

У капельных жидкостей, и газов вязкость мала л силы сцепления частиц так незначительны, что почти нет противодействия уси­ лиям сдвига. Это обстоятельство позволяет иногда рассматривать некоторые капельные жидкости и газы как идеальные, то есть вовсе не обладающие свойством вязкости. Однако это допущение

пе оправдывается вблизи поверхностей обтекаемых тел.

I I

Лля поясненіія вязкости рассмотрим течение жидкости вдоль

твердой стенки.

Вследствие трения частицы, непосредственно

соприкасающиеся

со стенкой, полностью затормаживаются, как

бы "прялипая" к

ней. По мере удаления частиц от стенки их

скорость увеличивается: сначала очень быстро, а затем медлен­ нее, пока не установится скорость, равная скорости частиц

вдали от стенки. Слой жидкости,

непосредственно примыкающий

к поверхности обтекаемого тела,

в котором наблюдается изме­

нение скорости по нормали к поверхности, называется погранич­ ным слоем.

Выделим в пограничном слое два сечения

(рис.

1.2), находя­

щиеся друг о. друга

на

расстоянии

dn

.

Пусть

средние

скорости будут

и г

и

ІЦ

, а разность скоростей

между

слоями

d u = U a - L i <

. Как известно, частицы

жидкости кроме

поступательного

движения вдоль оси

ОС

совершают хаотичес­

кое движение, переходя из одного слоя

в другой. Частицы жид­

кости, находящиеся в верхнем сечении,

обладают большим запа­

сом кинетической энергии и,попадая в нижнее

сечение, увлекают

за собой частицы жидкости, находящиеся

~ нем

(рис. 1.3).

Частицы

жидкости нижнего

сеченая,

наоборот,

переходя в верх­

нее, притормаживают движение в этом сечении. Между этими сече ­ ниями возникают силы, ускоряющие движение нижнего сечения и затормаживающие движение верхнего. Эти силы называются силами

внутреннего трения, а свойство реальных

жидкостей

создавать

их называется вязкостью.

 

 

Таким образом, диффузия молекул-, сопровождающаяся пере­

носом количества движения из одного слоя

в другой,

является

причиной возникновения силы трения, касательной к слоям.

Силы трения (вязкость) проявляются

лишь тогда, когда йме-

12

ется разность скоростей в сечениях движущейся жидкости, то dt и

есть градиент скорости О • При движении жидкости

около твердой поверхности вязкость проявляется только внутри

пограничного

слоя

высотой

S

 

При Я э». S

£jpj s

О

и в-зкость

не проявляется.

По гипотезе

Ньютона

напряжение

трения, то есть силу трения,

приходящуюся на единицу площади поверхности трущихся слоев, выра:'сают формулой

 

 

 

d n

Jn

где

JÜ [

] -

динамический

коэффициент вязкости;

 

/ИМ )

-

градиент скорости по нормали к поверх-

^^ ности в данном сечении пограничного

 

 

слоя.

 

 

Двойной знак

указывает,

что

силы трения между

сечениями

численно равны, но противоположны по знаку.

 

Коэффициент

ßi

зависит

от рода жидкости

и температуры.

В аэродинамике

вместо

}Х

чаще пользуются

кинематическим

коэффициентом

вязкости

 

 

 

При учете сил еязкости используют безразмерный параметр - критерий Рейнольдса

 

п

^

 

рмі

 

Й € =

У

-

"'6>

где

t - длина

тела

в

направлении движения;

V- скорость потока вне пограничного слоя (скорость движешь, тела).

I 5

Число R e характеризует роль сил вязкости в аэродинами­

ческих явлениях и косвенно представляет отношение инерционных

сил к силам вязкости. Чем больше

R e

, тем

боллше

^оль

инерционных сил и меньше сил вязкости в данном явлении. При

уменьшении

 

R e

, наоборот,

роль

сил

елзкости

возрастает.

 

 

 

§ 1.2.

Атмосфера

Земли

 

 

 

 

 

 

 

 

I .

Строение

 

атмосферы

 

 

 

 

 

 

Аэродинамические летательные аппараты совершают свой

полет в атмосфере. Атмосферой называется слой

воздуха,

окру­

жающий земную

поверхность. Воздух, образующий

атмосферу

 

Земли представляет собой смесь газов: азота,

кислорода,

арго­

на, углекислого газа и др. С подъемом

на высоту состав возду­

ха

и его параметры изменяются,

давление и

^ютность

падают,

а

температура

 

изменяется

по сложному

закону.

 

 

 

 

 

По решению Международного геодезического и географи­

ческого союза,

принятому

в 1951

 

году,

атмосфера

разделяется

на

5 основных

 

слоев: тропосферу,

стратосферу,

мезосферу,

термосферу и

экзосферу (рис. 1.4).

 

 

 

 

 

 

 

Самый нижний с 1

ой,

прилегающий

к поверхности

Земли,

называется тропосферой. Он простирается в средних широтах

до ІО-ІІ км,

у

полюсов до

3-10

км и у

экватора до 17-18

км.

Характерной

особенностью

тропосферы

является

то, что с

 

увеличением высоты температура воздуха понижается. Зто

объяс­

няется тем, что в тропосфере

воздух нагревается в основном

от

земной поверхности путем

поглощения водяными парами

возду­

ха

длинноволнового излучения

Земли и перемешивания ідвсс воздуха.

14

 

 

 

Смотрите также файлы