Научное объяснение создания подъёмной силы крыла самолёта.

Почему не падают самолёты?

Подъемная сила

Итак, ответ на вопрос и сложен и прост, одновременно. Самолёты не падают потому, что на крыле самолётов присутствует подъёмная сила, «держащая» самолёт. Для объяснения появления подъёмной силы крыла потребуется углубление в физику, математику, аэродинамику. Но это ниже. В начале, предложу простое и понятное объяснение.

Рассмотрим обтекание потоком воздуха стандартного несимметричного, плоскоковыпуклого профиля крыла, представленного на рис. а).

При обтекании крыла потоком воздуха поток, встречаясь с носком крыла, разделяется на два потока: верхний и нижний. Обогнув верхнюю и нижнюю поверхности крыла (дужки профиля крыла) эти два потока снова встречаются за крылом. Но. В соответствие закона сохранения вещества эти потоки должны встретится одновременно. Хорошо видно, что верхняя дужка крыла стандартного профиля длиннее нижней. Значит, во исполнение данного закона верхний поток «вынужден будет» двигаться с большей скоростью (V_в > V_н). В результате разницы скоростей, в соответствие закона сохранения энергии (закона Бернулли), давление воздуха над крылом окажется ниже давления воздуха под крылом (p _в < p _н). В результате этой разницы давлений возникает сила, направленная вверх. Эта сила (Y) называется подъёмной.

Научное объяснение создания подъёмной силы крыла самолёта.

У носка профиля в передней критической точке А происходит полное торможение потока, статическое давление в этой точке максимально и равно полному давлению. Далее поток разделяется на два: один обтекает верхнюю поверхность профиля, другой - нижнюю. У задней кромки профиля потоки опять сливаются в задней критической точке В. В точке В также как и в точке А скорость потока равна 0, потому что здесь сходятся линии тока, идущие по верхней и нижней поверхностям профиля, а частица газа не может одновре­менно двигаться по двум направлениям. Следовательно, в точке В статиче­ское давление также как и в точке А максимально и равно полному давлению. Но между точками А и В статическое давление отличается от полного давле­ния. Это является следствием того, что в процессе движения от точки А к точке В площади поперечных сечений струек сначала уменьшаются, а потом растут. При этом в соответствии с законом сохранения вещества (см. уравнение неразрывности (10) скорость в струйках будет соответственно сначала расти, а затем падать.

т = р VР = const, (10)

где т - масса воздуха, протекающего через поперечное сечение струйки в единицу времени;

р - плотность воздуха в данном сечении струйки;

V - скорость воздуха в данном сечении струйки;

Р - площадь поперечного сечения струйки.

Из закона со­хранения энергии в аэродинамике (см. уравнение Бернулли (16) следует, что при увеличении скорости статическое давление уменьшается. Значит, от точ­ки А до точки В на верхней и нижней поверхностях профиля будут распола­гаться зоны относительного разрежения.

Рассмотрим обтекание профиля потоком. В этом случае струйка, обтекающая профиль сверху будет иметь большее сужение, чем струйка, обтекающая профиль снизу, а значит и скорость в верхней струй­ке будет больше, чем в нижней (V_в > V_н). Исходя из закона Бернулли, – чем больше скорость потока, тем меньше в нем давление, – это приведет к тому, что на верх­ней поверхности профиля статическое давление будет меньше, чем на ниж­ней (p _в < p _н). Из-за этой разности давлений над крылом и под крылом образуется аэродинамическая подъемная сила, направленная вверх.

Естественно предположить, что чем больше выпуклость верхней дужки профиля, тем больше будет и подъемная сила.

При использовании симметричных профилей крыла подъёмная сила создаётся только благодаря наличию угла атаки крыла.

Литература.

1. Никитин Г.А., Баканов Е.А. Основы авиации: Учебник для вузов гражданской авиации. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1984. – 261 с.

2. Аэромеханика: Учеб. для студентов вузов / В.М. Гарбузов, А.Л. Ер­маков, М.С. Кубланов, В.Г. Ципенко. – М.: Транспорт, 2000. – 287 с.

3. Аэромеханика самолета: Динамика полета: Учебник для авиацион­ных вузов / А.Ф. Бочкарев, В.В. Андреевский, В.М. Белоконов и др.; Под ред. А.Ф. Бочкарева и В.В. Андреевского. 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Машино­строение, 1985. – 360 с., ил.

4. Аэродинамика летательных аппаратов: Учебник для вузов по спе­циальности «Самолетостроение» / Г.А. Колесников, В.К. Марков, А.А. Ми-хайлюк и др.; Под ред. Г.А. Колесникова. – М.: Машиностроение, 1993. – 544 с.; ил.

Информационные ресурсы.

https://msd.com.ua/pochemu-i-kak-letaet-samolet/kak-voznikaet-podemnaya-sila-kryla-samoleta/