13) Центр давления

Центр давления - точка, в которой линия действия равнодействующей приложенных к покоящемуся или движущемуся телу сил давления окружающей среды (жидкости, газа), пересекается с некоторой проведённой в теле плоскостью.

Положение Центра давления зависит от формы тела, а у движущегося тела может ещё зависеть от направления движения и от свойств окружающей среды (её сжимаемости).

ЦЕНТР ДАВЛЕНИЯ, в гидроаэромеханике - точка приложения равнодействующей сил, действующих на тело, движущееся или покоящееся в жидкости или газе.

Положение центра давления на цилиндрической стенке можно легко найти, если известны силы F_B ж F_rn определены центр давления на вертикальной проекции стенки и центр тяжести выделенного объема ABCD. Задача значительно облегчается в том случае, когда рассматриваемая цилиндрическая поверхность явля­ется круговой. Равнодействующая сила при этом пересекает ось поверхности, так как любая элементарная сила давления нормальна к поверхности, т. е. направлена по радиусу.

Изложенный способ определения силы давления на цилиндрические поверхности применим и к сферическим поверхностям, причем равнодействующая сила в этом случае также проходит через центр поверхности и лежит в вертикальной плоскости симметрии.

Описанный выше прием нахождения, вертикальной составляющей силы давления жидкости на криволинейную стенку используют для доказательства закона Архимеда.

Например, для тел вращения она определяется как точка пересечения аэродинамической силы с плоскостью симметрии тела, перпендикулярной к плоскости, проходящей через ось симметрии и вектор скорости центра тяжести тела.

Для крыла самолёта центр давления — это точка пересечения линии действия аэродинамической силы с плоскостью хорд крыла. В общем случае его положение изменяется в зависимости от угла атаки. Но существует форма профиля — так называемый профиль с постоянным центром давления, для которого положение центра давления остаётся неизменным. При движении со сверхзвуковой скоростью из-за значительной сжимаемости воздуха центр давления значительно смещается назад.[1]

Несовпадение центра жёсткости с центром давления и недостаточная жёсткость конструкции крыла могут стать причиной флаттера и последующего разрушения самолёта.

14) Понятие о движении жидкости как непрерывной деформации сплошной материальной среды.

Кинематика жидкости существенно отличается от кинематики твердого тела. Если отдельные частицы абсолютно твердого тела жестко связаны между собой, то в движущейся жидкой среде такие связи отсутствуют; эта среда состоит из множества частиц, движу­щихся одна относительно другой.

Скорость в данной точке пространства, занятого движущейся жидкостью, является функцией координат этой точки, а иногда и времени. Таким образом, задачей кинематики жидкости является определение скорости в любой точке жидкой среды, т. е. нахождение поля скоростей.

В опытах наблюдать движение жидких частиц и измерять их скорости можно различными способами. Простейшим является подкрашивание частиц краской мой же плотности, что и изучаемая жидкость. Наблюдения за поведением таких подкрашенных частиц показывают, что при определённых условиях частицы могут двигаться упорядоченно, образуя слоистое или ламинарное течение. При других условиях частицы, наряду с основным движением по некоторому преимущественному направлению, перемещаются из слоя в слой, их мгновенные скорости резко изменяются по величине и направлению. Иными словами, в этом случае на упорядоченное движение частиц накладывается хаотическое или пульсационное движение, приводящее к разрушению слоистой структуры и перемешиванию слоёв. Такое движение получило название турбулентного.

Сначала рассмотрим движение так называемой идеальной жидко­сти, т. е. такой воображаемой жидкости, которая совершенно ли­шена вязкости, а затем перейдем к изучению реальных потоков. В такой невязкой жидкости, так же как и в неподвижных реальных жидкостях, возможен лишь один вид напряжений — нормальные напряжения сжатия, т. е. гидромеханическое давление, или просто давление.

Давление в движущейся идеальной жидкости обладает теми же свойствами, что и в неподвижной жидкости, т. е. на внешней по­верхности жидкости оно направлено по внутренней нормали, а в лю­бой точке внутри жидкости — по всем направлениям одинаково.

Ламинарные течения жидкости могут быть установившимися (стационарными) или неустановившимися (нестационарными). Турбулентные течения всегда являются неустановившимися; хаотическое движение частиц в турбулентном потоке создаёт резкие изменения местных скоростей во времени, называемые пульсациями скорости.

На (рис.1.11) приведены результаты измерений местной мгновенной скорости турбулентного потока воздуха. Местная скорость меняется во времени достаточно резко, однако её величина колеблется около некоторого среднего во времени значения. Поскольку пользование в расчётах мгновенными значениями скоростей приводит к трудностям и некоторой неопределённости, то вводится понятие местной усреднённой скорости, которая определяется соотношением

U=1/T Sudt,

Где U-мгновенная местная скорость; T-период усреднения.