Аэродинамика самолета

1.

Юрицин А.А
Попков В.О
Пичугин В.И
Горбачев Н.В

Содержание
1. Основные понятия и законы
аэродинамики Аэродинамика.
2.Классификация летательных аппаратов.
3. Атмосфера земли.
4. Изменение температуры воздуха по
высотам.
5 .Термодинамика самолёта.
6. Эффект Бернулли.

3.

1.Основные понятия и законы аэродинамики
Аэродинамика, её содержание и место в ряду
специальных дисциплин
Аэродинамикой называют науку, изучающую законы
движения воздуха (газа) и механическое взаимодействием
между воздухом (газом) и движущимся в нем телом. Раздел
аэродинамики, рассматривающий воздух как несжимаемую
жидкость, носит название гидроаэродинамики.
Рассматривать воздух в виде жидкости можно при малой
скорости его движения. При скорости, близкой к скорости
распространения звука, проявляется сжимаемость воздуха, т.е.
он ведет себя как газ. Изучением движения газа с большой
скоростью занимается аэродинамика больших скоростей
или газовая динамика. Обтекание тел при очень больших, так
называемых гиперзвуковых скоростях, которые в 5 и более раз
превышают скорость звука, изучается в разделе
аэродинамики, называемой гипераэродинамикой.

4.

5.

2.Классификация летательных аппаратов
Основным признаком классификации летательных аппаратов
является способ летания. Существуют два основных способа летания
аппаратов тяжелее воздуха – аэродинамический и баллистический.
аэродинамический
баллистический.

6.

Аэродинамический способ заключается в том, что летательный аппарат
удерживается в воздухе при помощи аэродинамической, так называемой
подъемной силы, возникающий от взаимодействия тела с потоком воздуха.
Условием образования аэродинамической силы является относительное
перемещение воздуха и тела.
К летательным аппаратам, использующим аэродинамический принцип полета,
относятся самолеты, крылатые ракеты и вертолеты.
Средством, создающим необходимую для полета аэродинамическую силу у
крылатых летательных аппаратов, является крыло, а у вертолетов – несущий винт.
Так как крыло присоединено к корпусу летательного аппарата неподвижно, то для
создания аэродинамической силы всему летательному аппарату придается
поступательное движение при помощи двигателя.
У вертолета роль крыла играет несущий винт, приводимый во вращение
двигателем. При этом аэродинамическая сила создается без
поступательного движения всего вертолета.

7.

Баллиститический способ летания есть полет свободно брошенного тела,
происходящий в основном под действием силы земного притяжения. Такой полет
может совершатся только за счет предварительно накопленной кинетической энергии.
Существует промежуточный класс летательных аппаратов – ракетопланы, для которых
применяются оба принципа полета – аэродинамический и баллистический.
Аэродинамический принцип полета может осуществляться только в пределах
атмосферы, от свойств и состояния которой зависит характер движения летательного
аппарата. Поэтому знакомство с аэродинамикой самолета необходимо начинать с
изучения свойств атмосферы.

8.

3.Атмосфера земли
Строение атмосферы
Атмосферой называется газовая оболочка, окружающая
земной шар. Газ, составляющий эту оболочку, называется
воздухом.
Тропосферой называется нижний слой атмосферы. Толщина ее
над полюсами 7 - 8 км, над экватором 16 - 18 км. Температура
воздуха в тропосфере с подъемом на высоту падает (6,5° на
каждые 1000 м) Изменение температуры приводит к
перемещению воздушных масс. Вследствие этого образуются
облака, выпадают осадки, дуют ветры.
Состав воздуха тропосферы практически постоянен. В нем
содержится 78% азота, 21% кислорода и около 1% других газов
(аргон, углекислый газ, водород, неон, гелий). В тропосфере
сосредоточен почти весь водяной пар. Содержание водяного пара и
пыли приводит к ухудшению видимости.

9.

4.Изменение температуры воздуха по высотам
Стратосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушными
слоями тропосферы. В ней наблюдается полное отсутствие облаков, дуют
сильные ветры.. В стратосфере до высоты 25...30 км температура постоянна и
составляет -56°С. С высоты 30 км до 55 км температура воздуха повышается до
+75°С. На высоте 82...83 км температура воздуха составляет -35°С.
Ионосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушным слоем
стратосферы. Высоты ионосферы от 85 до 500 км. Из-за наличия в ионосфере
огромного количества ионов (заряженных молекул и атомов атмосферных газов,
воздух сильно нагревается. В ионосфере наблюдаются полярные сияния,
магнитные бури.

10.

5.Термодинамика самолёта
Воздушный поток разрезается надвое передней кромкой крыла, и часть
его обтекает крыло вдоль верхней поверхности, а вторая часть — вдоль
нижней. Чтобы двум потокам сомкнуться за задней кромкой крыла, не
образуя вакуума, воздух, обтекающий верхнюю поверхность крыла,
должен двигаться быстрее относительно самолета, чем воздух,
обтекающий нижнюю поверхность, поскольку ему нужно преодолеть
большее расстояние.

11.

6.Эффект Бернулли
Эффект Бернулли — это то, благодаря чему птицы и самолеты могут
летать. Разрез крыла у них практически одинаковый: за счет сложной формы
крыла создается разница обтекающих его сверху и снизу воздушных потоков,
что позволяет телу подниматься вверх
Объединив законы механики ньютона с законом сохранения энергии и условием
неразрывности жидкости, Даниил Бернулли смог вывести уравнение, согласно
которому давление со стороны текучей среды падает с увеличением скорости
потока этой среды (понятие «текучая среда» включает жидкость или газ). В
случае с самолетом воздух обтекает крыло самолета снизу медленнее, чем
сверху. И благодаря этому эффекту обратной зависимости давления от
скорости давление воздуха снизу, направленное вверх, оказывается больше
давления сверху, направленного вниз. В результате по мере набора самолетом
скорости возрастает направленная вверх разность давлений и на крылья
самолета действует нарастающая по мере разгона подъемная сила. Как
только она начинает превышать силу гравитационного притяжения самолета
к земле, самолет в буквальном смысле взмывает в небо. Эта же сила
удерживает самолет в горизонтальном полете: на крейсерской скорости и
высоте подъемная сила уравновешивает силу тяжести.

12.

Если вы часто летаете самолетом, вы не могли не заметить и еще одного явления,
напрямую связанного с эффектом Бернулли. Самолет в аэропорту вашего родного
города в разные дни берет разгон по взлетно-посадочной полосе в противоположных
направлениях и садится на нее также то в одном, то в другом направлении. Выбор
направления не произволен: он зависит от направления ветра. При движении
навстречу преобладающему ветру скорость воздушного потока, обтекающего
крыло самолета, равна скорости самолета относительно земли плюс скорость
самого ветра относительно земли. Поэтому при движении навстречу ветру,
скорость отрыва от земли, при которой подъемная сила, описываемая уравнением
Бернулли, начинает превышать силу тяжести, оказывается ниже и самолету
требуется меньшая длина разбега или торможения после посадки. Тем самым
снижается риск выхода за пределы взлетно-посадочной полосы и экономится
горючее за счет того, что часть подъемной силы создается благодаря энергии
встречного ветра
С эффектом Бернулли вы можете встретиться также, когда сидите ненастным
вечером дома у камина. Вовремя особенно сильных порывов ветра языки пламени
взмывают вверх, в дымоход. А происходит следующее: когда скорость ветра у
выходного отверстия трубы возрастает, давление в этом месте падает. Более
высокое давление внутри дома буквально «выталкивает» пламя из камина в
дымоход. Вы, наверное, замечали спиральные лопатки вокруг выходных отверстий
заводских труб. Они установлены там с той же целью: направляя ветер вокруг и над
отверстием трубы, они способствуют белее эффективному выбросу
отработанных газов.
Сам я использую эффект Бернулли весьма неожиданным образом. Для поддержания
физической формы я у себя в Вашингтоне регулярно совершаю пробежки на
роликовых коньках по специальной заасфальтированной дорожке, идущей вдоль реки

13.

ДАНИИЛ БЕРНУЛЛИ (Daniel Bernoulli, 1700-82) —
швейцарский математик, физик и физиолог.
Родился в Гронингене (Нидерланды) в семье
потомственных математиков и
интеллектуалов. Первоначально получил
медицинское образование и в 1725 году принял
приглашение Петербургской академии наук и
занял пост профессора кафедры физиологии.
Обнаружив в этой области множество
нерешенных задач из области теоретической
физики и, в частности, динамики движения
жидкости (крови) в сосудах, вернулся к
математическому описанию физических
процессов и в 1730 году возглавил кафедру
чистой математики Петербургской академии.
В 1733 году вернулся на родину в Базель, где
возглавил кафедру анатомии и ботаники
местного университета, а с 1750 года —
кафедру экспериментальной физики, которой
и руководил до своей смерти. В результате
изучения гидродинамических зависимостей
сформулировал так называемый принцип
Бернулли и на столетие предвосхитил

Аэродинамика самолета

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.