Основные свойства атмосферы и понятия теории полета и аэродинамики.

Давление – сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней:

(в системе СИ давление измеряется в Паскалях – Па=Н/м²)

Закон Паскаля: всякое тело, находящееся неподвижно в воздухе, испытывает со стороны последнего давление, одинаковое со всех сторон.

Атмосферное давление – давление, вызываемое весом вышележащего слоя воздуха.

760 мм. рт. ст. = 1013 ГПа; 1 ГПа = 1 mbar.

Международная стандартная атмосфера (МСА) – состояние атмосферы, принятое за стандарт, при котором P = 760 мм. рт. ст., t = +15º C, удельный вес воздуха = 1, 225 кгс/см³

Вес (G) - это сила, с которой тело действует на опору или подвес, возникающая в поле сил тяжести (Н или кгс).

Масса (m) - это постоянная характеристика тела (кг).

G=mg (второй закон Ньютона), где g – ускорение свободного падения (9,81 м/с²)

Плотность воздуха - его количество, содержащееся в единице объема.

Весовая плотность (или удельный вес) – это вес воздуха в единице объема.

Массовая плотность - это масса воздуха в единице объема:.

Угол атаки (α) - угол между хордой крыла и вектором скорости.

Тангаж () - угол между продольной осью самолета и горизонтальной плоскостью.

Крен () - угол поворота самолета вокруг его продольной оси.

Хорда крыла – условная линия, соединяющая переднюю и хвостовую части крыла.

Средняя аэродинамическая хорда (САХ) - это осредненная для всего крыла хорда (хорда такого прямоугольного крыла, которое имеет одинаковые с данным крылом площадь, величину и точку приложения полной аэродинамической силы при равных углах атаки). Величина и координаты САХ для каждого самолета определяются в процессе проектирования и указываются в техническом описании.

Атмосфера - это газовая оболочка Земли. Газ, составляющий эту оболочку, называется воздухом.

Высота газовой оболочки Земли более 2 тыс. км, но 95% всей массы атмосферного воздуха находится до высоты 20 км. Температура воздуха с подъемом на высоту в тропосфере падает (6,5ºС на каждую 1000 м).

Атмосферное давление с подъемом на высоту также падает (1 мм. рт. ст. 11 м). На высоте 12 100 м Ра100 мм. рт. ст.

Состав воздуха в тропосфере постоянен и содержит 78% азота, 21% кислорода и 1% других газов (аргон, углекислый газ, водород, гелий, неон и др.). С подъемом на высоту плотность тоже уменьшается, на высоте 5 км плотность примерно в 2 раза ниже, чем у земли.

Подъемная сила Y - это составляющая полной аэродинамической силы R (силы, с которой газообразная среда действует на поверхность движущегося в ней твердого тела), направленная вверх.

X - сила лобового сопротивления, Ц.Д. – центр давления, Н.П. – направление полета.

Подъемная сила возникает из-за разности давления над и под крылом.

Крыло практически всегда имеет определенный профиль, у которого нижняя часть практически плоская, а верхняя выпуклая. Воздушный поток, проходя под нижней частью профиля, почти не меняет своей структуры и формы. Зато, проходя над верхней частью, он сужается, ведь для него верхняя поверхность профиля – это как вогнутая стенка в трубе, по которой этот самый поток протекает.

Чтобы через эту «продавленную» трубу прогнать за определенное время тот же объем воздуха, его нужно двигать быстрее, что и происходит на самом деле.

Закон Бернулли - чем выше скорость потока, тем ниже его давление.

Таким образом, давление над профилем (а значит и над всем крылом) ниже давления под ним. За счет этого и возникает подъемная сила.

Зависимость коэффициента подъемной силы Су и коэффициента лобового сопротивления Сх при различных углах атаки α для каждого самолета определяется экспериментально в аэродинамической трубе и называется полярой самолета.

С увеличением угла атаки α растет коэффициент подъемной силы Сy, а также увеличивается давление под крылом за счет набегающего потока воздуха. Соответственно увеличиваются как подъемная сила, так и сила лобового сопротивления (Y растет в большей степени, чем X). При определенном значении αкр (критический угол атаки) неразрывное течение потока нарушается, происходит «срыв потока» и резкое снижение подъемной силы. Так как «срыв потока» на левой и правой консолях крыла происходит не одновременно, самолет резко кренится и срывается в «штопор».

Отношение Сy к Сx называется аэродинамическим качеством (К) самолета. K=Сy/Cx (определяет расстояние - равно высоте полета, умноженной на К, - которое пролетит самолет при планировании со всеми неработающими двигателями).

(В-737: К=15, А-320: К=18)

Формула подъемной силы самолета: ,

где - плотность воздуха, Су – коэффициент подъемной силы.

S - площадь крыла,

V – скорость полета, - скоростной напор.

Из формулы видно, что подъемная сила растет при увеличении Су (за счет роста угла атаки или выпуска механизации), росте скорости полета (так как с увеличением высоты полета плотность воздуха падает, для поддержания скоростного напора необходимо увеличивать скорость полетаV), а также при увеличении площади крыла S (при выпуске механизации крыла – закрылков и предкрылков – площадь крыла растет, а значит требуемое значение подъемной силы Y достигается на меньших скоростях V полета – на взлете и при посадке самолета).