ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Элементы аэродинамики из "Ветровая нагрузка на сооружения " Начало аэродинамики как науки связано с именами Д. Бернулли и Л. Эйлера, работавших в Петербургской Академии наук. Большой вклад в эту науку внесен Н. Е. Жуковским н С. А. Чаплыгиным. Развитие аэродинамики было обусловлено по преимуществу запросами самолетостроения. В этом направлении достигнуты огромные успехи, чему свидетельство — современные самолеты. Вопросы аэродинамики строительных конструкций и зданий не получили должного освещения и развития, несмотря на огромные масштабы строительства и большое значение этого раздела науки в расчете прочности высоких сооружений и зданий, большепролетных конструкций и мостов. [c.32] Большое разнообразие конструкций не позволяет дать исчерпывающий ответ на поведение их в потоке. В этой связи полезны общие сведения из аэродинамики. [c.32] Воздух — сжимаемая жидкость, что проявляется в изменени его параметров (плотности, давления) с увеличением скорости потока в сравнении с теми, которые были бы в предположении несжимаемости. Особенно быстро происходят эти изменения па -ра метров, когда скорость движения жидкости приближается к скорости звука. Для интересующей строителя области задач можно с достаточным приближением принять, что при скорости потока до 100 м/сек параметры воздуха остаются неизменными. Наибольшие скорости ветра, наблюдаемые на земле, 70 м/сек лишь в горах и в Антарктике они достигают 100 м/сек. Поэтому для упрощения исследования условно можно считать воздух несжимаемой жидкостью. [c.33] При решении задач о силовом воздействии среды на тело и тела на среду можно отказаться от молекулярных движений, накладывающихся на основной поток и тем самым осложняющих исследования. Это позволяет принять воздух как непрерывную сплошную деформируемую среду. [c.34] Плотность воздуха при нормальном барометрическом давлении (760 ммрт.ст.) и температуре 15°С равна 0,125 кг-м -сек . Состояние воздуха при таком давлении и температуре принимается за стандартную атмосферу, к которой приводят результаты опытов. Это позволяет сравнивать данные исследований, проведенных при различных вариациях давления и температуры. [c.34] Как видно, зависимость плотности воздуха от давления и температуры близка к линейной в приземном слое. [c.35] С отличной от стандартной плотности воздуха приходится считаться при строительстве в высокогорных районах, на Крайнем Севере. Строго говоря, в формулу (3.1) необходимо вводить поправку на влажность воздуха, хотя она существенно влияет только при температуре более 20° С. Это учитывают при большой влажности воздуха в тропиках. [c.35] Уравнение (3.2) указывает па постоянство суммарного илн полного давления в любом месте потока. Оно справедливо только для установившегося движения жидкости. [c.35] При движении воздуха, т. е. вязкой жидкости, возникают силы внутреннего трения или силы вязкости. Они проявляются, например, в падении давления в трубах в направлении течения. Эти касательные силы существуют не только между жидкостью и телом в потоке, стенкой трубы или канала, но и между отдельными слоями жидкости с разной скоростью. Слой жидкости, непосредственно прилегающий к телу, трубе, каналу, не движется, он тормозит смежный с ним слой, который действует таким же образом на следующий, и т. д. Скорость вблизи тела возрастает от нулевой у его поверхности до скорости невозмущенного потока вдали (рис. 3.2). Толщина этого слоя, называемого пограничным, мала она тем меньше, чем больше скорость потока. Пограничный слой оказывает огромное влияние на поведение тела в потоке. [c.35] Силы трения пропорциональны вязкости жидкости и градиенту скорости потока. Коэффициент вязкости р, определяется опытным путем. У воздуха при температуре 15°С он равен 1,81 X X10-4 у воды — 1,1 10 пз. [c.35] Число Рейнольдса играет огромную роль, так как характеризует ламинарное или турбулентное движение жидкости. Размеры строительных конструкций велики, как и скорости ветра, поэтому силами вязкости пренебрегают. Это дает право применять уравнение (закон) Бернулли при исследовании поведения тел в потоке в областях плавного обтекания, в зонах за местами срыва потока уравнение Бернулли неприменимо. [c.36] При исследовании тождественную прототипу картину обтекания геометрически подобной и одинаково располол енной в потоке модели можно получить, приравняв их числа Рейнольдса Более существенную роль играет не коэффициент вязкости, а отношение ц/р, называемое кинематическим коэффициентом вязкости, его обозначают v. Для воздуха стандартной атмосферы v= 14,6-10 6 м сек (обратная величина 68 500). При условии температурного градиента на каждые 1000 м высоты над уровнем моря 6,5°, коэффициент v= 15,20-10 на высоте 500 м и 15,80-10- на высоте 1000 м. Несмотря на то, что коэффициент вязкости воды на два порядка больше, чем воздуха, коэффициент V воды в 10 раз меньше вследствие большей плотности. Это облегчает моделирование при проведении опытов в водяном канале, если необходимо соблюдать равенство чисел Рейнольдса модели и прототипа. [c.36] В аэродинамике чаще всего принята правая прямоугольная система координат, связанная со скоростью (поточная система координат), когда координатные оси направлены ось - — по потоку (скорости), ось у— перпендикулярно оси х и вверх, если смотреть сбоку иа поток, ось 2 — перпендикулярно осям X п у (рис. 3.3). [c.37] В общем случае результирующая сила воздействия потока иа тело имеет составляющие, направленные по всем осям. Составляющую этой силы по оси X называют лобовым сопротивлением и обозначают X, составляющую по оси у —подъемной силой, обозначаемой У, составляющую по оси 2 называют боковой силой Е. [c.37] Лобовое сопротивление тела является суммой лобового сопротивления давления, зависящего от формы тела, и лобового сопротивления трения, взятых по всей поверхности тела. [c.37] Вообще, результирующая сила не проходит через начало координат тогда возникают моменты относительно осей х, у и 2, стремящиеся повернуть тело. Их определяют также с помощью аэродинамических весов. [c.37] В общем случае величины составляюншх сил и моментов их зависят от тела (форма, величина, ориентация в потоке и т. д.), среды (плотность, давление, состояние среды и т. д.) и движения (величина скорости). В упрощенном виде величины сил и моментов воздействия среды на тело представляются только в виде зависимости от плотности среды, размеров тела и скорости движения. Во многих случаях шероховатость поверхности тела существенно влияет на характер обтекания тела потоком и на величину этих сил. [c.37] Положение тела определяется углом, под которым на него набегает поток. Угол, образованный проекцией вектора скорости потока на плоскость симметрии объекта с осью объекта х, называют по традиции углом атаки а. Значения угла а считают положительными, когда он образован поворотом объекта против часовой стрелки. При косой обдувке, г. е. когда объект повернут относительно первоначального положения в плоскости ху, угол между вектором скорости потока и плоскостью симметрии ху называют углом скольжения р. Он положителен, когда объект повернут против часовой стрелки для наблюдателя, стоящего у конца оси у. Если объект не имеет плоскости симметрии, тогда одно из характерных сечений принимается за исходное. При других правилах отсчета они должны быть оговорены. [c.38] Более полное представление о силах воздействия потока жидкости на тело дает распределение сил по поверхности модели. В частности, для определения нормальных сил в характерных местах модели делают небольшие отверстия, давления в которых измеряют при помощи батарейного жидкостного манометра, соединенного трубками с каждым отверстием. Для плохо обтекаемых тел часто ограничиваются измерением нормальных к поверхности сил, а касательными, вызванными вязкостью среды, пренебрегают, считая их малыми. [c.38] Стационарные аэродинамические силы, действующие на тело в потоке, зависят также от свойств и состояния среды, формы, размеров и качества поверхности (шероховатости) тела и в общем случае — от скорости потока. Со сжимаемостью не считаются, поскольку она сказывается при скоростях, значительно больших наблюдаемых в свободной атмосфере . [c.38] Вернуться к основной статье