ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Движение тел в жидкости или газе из "Физические основы механики " Одной из важнейших задач аэро- и гидродинамики является исследование движения твердых тел в жидкости или в газе, в частности изучение тех сил, с которыми эта среда действует на движущееся тело. Практическое значение этой задачи совершенно очевидно — она возникает во всех случаях движения тел в воздухе и воде. [c.540] Особенно большое значение приобрела эта проблема в связи с развитием авиации и увеличением скорости движения морских судов. Во всех этих случаях решающую роль играют силы, с которыми среда действует на движущееся тело. Теоретический расчет этих сил является весьма сложной задачей. Поэтому большое значение приобретает экспериментальное исследование сил, с которыми среда действует на движущееся в ней тело. При этом пользуются утверждением, о котором мы уже упоминали ( 44), а именно, что среда действует на движущееся в ней тело с такими же силами, с какими действовал бы падающий ка неподвижное тело поток той же среды, если скорости тела в первом случае и потока во втором равны по величине и противоположны по направлению. (В основе этого утверждения лежит принцип относительности движения, согласно которому все физические явления, возникающие между двумя телами, могут зависеть только от относительной скорости движения этих тел.) Поэтому для определения сил, возникающих при движении в воздухе, тело закрепляется при помощи динамометров в аэродинамической трубе, в которой создается равномерный поток воздуха. По показаниям динамометров можно судить о силах, действующих на тело в различных направлениях, изучать зависимость этих сил от формы и состояния поверхности тел, их расположения в потоке и, наконец, от скорости потока. [c.541] Чтобы исследовать эти зависимости вплоть до самых больших скоростей, интересующих сейчас авиацию, строятся трубы, в которых скорость потока может быть доведена до сотен метров в секунду. С другой стороны, чтобы в аэродинамическую трубу можно было поместить отдельные части самолета или даже целые самолеты, сечение трубы доллсно быть очень большим. Поэтому современные аэродинамические трубы представляют собой грандиозные сооружения. [c.541] Казалось бы, что применение моделей уменьшенного размера позволит обойтись без грандиозных и дорогостоящих аэродинамических труб. Однако значительное уменьшение размеров моделей неосуществимо, ибо, как было указано в предыдущем параграфе, аэродинамическое подобие двух различных движений достигается только при том условии, что число Рейнольдса в обоих случаях имеет одно и то же значение. Поэтому при уменьшении размеров модели (размер модели в рассматриваемом случае и является характерным размером I) нужно соответственно увеличивать скорость потока в трубе. Но когда скорость потока приближается к 330 м сек (скорости звука в воздухе), существенную роль начинает играть сжимаемость воздуха, изменяющая характер течения и нарушающая подобие. Поэтому при больших скоростях, интересующих современную авиацию, приходится применять модели либо в натуральную величину, либо лишь немного уменьшенных размеров. [c.541] Одна из таких демонстрационных аэродинамических труб изображена на рис. 318. С помощью этой трубы можно качественно установить характер сил, действующих на различные тела как в направлении потока воздуха, так и в направлении, перпендикулярном к потоку. [c.542] Для обозначения компонент сил, действующих на тело, в технической аэродинамике принято пользоваться прямоугольной системой координат, у которой ось л направлена по скорости потока (рис. 319). Опыт гюказывает, что величина и направление силы, с которой поток действует на обтекаемое им тело, зависят от формы тел, их ориентировки в потоке и скорости потока. Тела, имеющие плоскость симметрии и расположенные так, что эта плоскость параллельна координатной плоскости (как на рис. 319), испытывают со стороны потока силу, направление которой (как и следовало ожидать из соображений симметрии) совпадает с направлением потока. Эта сила носит название лобового сопротивления ). [c.542] В случае, если тело не обладает симметрией или его плоскость симметрии расположена наклонно но отношению к потоку (рис. 321), результирующая сила R, действую- щая на тело со стороны потока, не совпадает с направлением потока. [c.543] Для тела произвольной формы результирующая сила R, действующая на тело со стороны потока, может иметь составляющие по всем трем осям лобовое сопротивление Rx, подъемную силу Ry и боковую силу R . [c.545] Для упрощения задачи обычно ограничиваются такими случаями, когда боковая сила не играет существенной роли и ею можно пренебречь. Так, для тел, удлиненных в направлении оси г и имеющих во всех сечениях, перпендикулярных к г, одинаковый профиль, результирующая сила R лежит в плоскости, перпендикулярной к г, т. е. боковая сила не возникает (это следует из соображений симметрии). При этом, конечно, у поверхностей, ограничивающих тело в направлении оси г, обтекание тела будет происходить не так, как в средней его части. Однако при большой длине тела это возмущающее влияние его концов не играет существенной роли. Можно считать, что течение везде такое, как если бы в направлении оси г размеры тела были бесконечно велики. Тогда во всех сечениях, перпендикулярных к г, картина течения будет одна и та же и при исследовании обтекания тела можно ограничиться рассмотрением одного из сечений, перпендикулярных к г. [c.545] При исследовании подъемной силы и лобового сопротивления обычно пользуются указанными выше упрощающими предположениями и рассматривают только двумерную задачу, т. е. картину обтекания тел в одной плоскости, — так называемое плоское течение. [c.545] Вернуться к основной статье