Что называется аэродинамическим спектром
Аэродинамические спектры
Аэродинамическим спектром называется видимая глазу картина обтекания тела потоком воздуха.
Для получения аэродинамического спектра существуют следующие методы:
1) введение в поток видимых частиц дыма.
2) метод «шелковинок»;
3) метод вязких покрытий;
4) оптический метод.
Первый метод получения спектра осуществляется
в специальных дымовых каналах. Дымовой спектр
позволяет исследовать ламинарные и турбулентные течения, отрыв пограничного слоя, управление пограничным слоем.
Метод «шелковинок» позволяет увидеть нарушение плавности обтекания. При безотрывном режиме течения шелковинки, прикрепленные одним концом к обтекаемой поверхности, ориентированы в отношении потока. При срыве потока они колеблются и меняют направление.
На вязком покрытии обтекаемого тела при длительной продувке его в аэродинамической трубе прочерчиваются линии тока, выявляющие картину обтекания.
Оптический метод позволяет исследовать изменение плотности воздуха при больших скоростях полета. При изменении плотности воздуха плоскопараллельный пучок света отклоняется, образуя на экране светлые или темные полосы.
Спектры обтекания бывают следующими:
Рис. 1.8. Спектры обтекания
Рис. 1.9. Несимметричный спектр
Наличие повышенного давления перед телом и разряжения за ним приводит к возникновению воздушного сопротивления, которое называется сопротивлением давления.
Чем больше возмущение потока, тем больше сопротивление давления испытывает тело. Минимальное сопротивление давления имеют тела с плавным спектром обтекания.
Тела неплавной формы, вызывающие интенсивный изгиб линий тока и мощное вихреобразование за телом, называется неудобообтекаемыми.
Тела с плавным спектром обтекания называется удобообтекаемыми. Спектры обтекания зависят от: формы и размеров тела, ориентации тела относительно потока воздуха, скорости набегающего потока.
Чем больше возмущение потока, тем больше сопротивление давления испытывает тело. Минимальное сопротивление давления имеют тела с плавным спектром обтекания.
При симметричном обтекании тела воздухом возникает только одна аэродинамическая сила — сила лобового сопротивления X 
.
При несимметричном обтекании возникает полная аэродинамическая сила R 
, которую можно разложить на две составляющие по осям координат: лобовое сопротивление X и подъёмную силу Y .
Таким образом, подъёмная сила может возникнуть только при несимметричном обтекании тела.
Аэродинамический спектр дает возможность понять физическую сущность явления обтекания
Исследования аэродинамических спектров дает возможность выбрать наиболее удобообтекаемые формы, определить дефекты в той или иной части ЛА, определить характер взаимодействия близко расположенных частей и многое другое.
Пограничный слой
Аэродинамический спектр любого тела можно разделить на несколько частей, в каждой из которых обтекание будет происходить по-разному.
На большом расстоянии от тела поток не деформирован, струйки текут прямолинейно с одинаковой скоростью. Такой поток называется невозмущенным.
Вблизи тела струйки изменяют свое направление и площадь поперечного сечения. От этого изменяются скорости воздуха в струйках. Поток, струйки которого деформированы присутствующим в нем телом, называется возмущенным.
Рис. 1.10. Три характерные области потока
В возмущённой части потока можно выделить 3 области:
1 внешний невязкий поток (потенциальный поток)
2 пограничный слой;
3 спутная струя (вихревой след).
Движение воздуха в потенциальном потоке плавное, линейное.
| Рис. 1.11.Причина завихрения пограничного слоя |
Пограничным слоем называется тонкий слой воздуха, прилегающий к поверхности любого тела, движущегося в неподвижном воздухе или обтекаемого движущимся воздухом, в котором скорость потока меняется от нуля на поверхности тела до скорости невозмущённого потока на некотором удалении о от тела. В результате сил внутреннего трения между слоями пограничного слоя частицы воздуха в нем имеют стремление к вращению. Поэтому пограничный слой всегда завихрен. (рис. 1.11).
В спутной струе завихренность сглаживается по мере удаления от тела.
Вихревым называется такое движение потока, при котором частицы воздуха, двигаясь поступательно, одновременно участвуют во вращательном движении.
Рис. 1.12. Структура пограничного слоя: 1 — ламинарный пограничный слой, 2 — переходный; 3 — турбулентный; 4 – ламинарный подслой:
x – координата точки перехода ламинарного слоя в турбулентный
Образование пограничного слоя объясняется тем, что вследствие проявления вязкости воздуха близко расположенные к телу слои притормаживаются. Скорость частиц, непосредственно прилегающих к телу, становится равной нулю (эффект прилипания). По мере удаления от поверхности тела торможение частиц воздуха постепенно уменьшается и на некотором расстоянии прекращается полностью.
Характер движения частиц в пограничном слое отличается от характера их движения вне его. Основываясь на результатах многолетних исследований
картины обтекания различных тел, немецкий ученый Прандтль предложил учитывать влияние вязкости только в пограничном слое, вне его газ можно считать невязким.
При движении удобообтекаемых тел в несжимаемой среде трение в пограничном слое является основной причиной основания силы лобового сопротивления.
Толщина пограничного слоя δ зависит от формы тела, положения его в потоке воздуха, скорости потока, состояния поверхности тела, вязкости и плотности воздуха и увеличивается от носовой части пластины
к хвостовой.
На крыле самолёта близи передней кромки крыла толщина пограничного слоя составляет несколько миллиметров, а у задней кромки достигает 100 мм
и более.
Чем ровнее поверхность тела и чем меньше скорость потока, тем тоньше пограничный слой.
Характер течения в пограничном слое зависит от числа Рейнольдса
.
где V— скорость набегающего воздуха;
l — характерный размер тела;
υ — кинематический коэффициент вязкости.
При небольших числах Рейнольдса (что соответствует небольшой скорости потока) течение в пограничном слое спокойное, слоистое. Такой пограничный слой называется ламинарным.
При больших числах Рейнольдса, частицы воздуха в пограничном слое, двигаясь поступательно, в то же время перемещаются в поперечном направлении
и весь пограничный слой беспорядочно завихрён. Такой пограничный слой называется турбулентным.
При средних числах Рейнольдса, структура пограничного слоя такова, что у передней кромки течение ламинарное, которое затем переходит в турбулентное. Такой пограничный слой называется смешанным.
При переходе от ламинарного течения к турбулентному вначале происходит потеря устойчивости линии тока, а затем развивается устойчивое турбулентное течение. На практике считается, что переход происходит внезапно в точке Т, называемой точкой перехода. Положение точки перехода зависит от числа Рейнольдса Re.
Если в формулу для определения числа Рейнольдса ввести в качестве линейного размера координату точки перехода xT, то это число Рейнольдса будет называться критическим:
В свободной атмосфере
Число Рейнольдса Rе тeм больше, чем лучше обработана поверхность тела и чем меньше турбулентность внешнего потока.
Аэродинамический спектр и его элементы
При движении тела в воздухе последний стремится затормозить это движение и, наоборот, при обтекании неподвижного тела воздушным потоком возникает сила, стремящаяся сдвинуть тело сместа и сообщить ему движение. Силовое действие воздушного потока на тело называется аэродинамической силой.
Величина аэродинамической силы не зависит от того, движется ли тело с некоторой скоростью в воздушном потоке или же оно неподвижно, а на него с той же скоростью набегает поток воздуха. Этот принцип называется обратимостью движения, он широко используется для проведения исследований в лабораторных условиях спомощью аэродинамических труб.
Величина аэродинамической силы зависит от характера обтекания тела воздухом. Картина обтекания тела воздухом называется аэродинамическим спектром.Он состоит из следующих элементов (рис. 8):
невозмущенного воздушного потока, струйки которого не деформированы присутствующим в нем телом;
возмущенного воздушного потока, струйки которого деформированы присутствующим в нем телом.
Пограничный слой— слой воздуха, в котором скорость движения частиц изменяется от нуля до скорости движения частиц невозмущенного потока. Частицы воздуха в этом слое заторможены силами внутреннего трения, то есть проявляется такое физическое свойство воз-, духа, как вязкость. Вне пограничного слоя в потенци-
Рис. 8. Основные элементы аэродинамического спектра и виды течений воздуха в пограничном слое
альном потоке влияние вязкости практически отсутствует.
Этот слой очень тонок — его толщина измеряется миллиметрами, причем она постепенно нарастает от передней части тела к задней. Позади тела пограничный слой переходит в спутную струю (след) — приторможенную область потока, заполненную мелкими вихорь-ками, которая по мере удаления постепенно размывается и исчезает.
Внутри пограничного слоя не все частицы заторможены одинаково: чем ближе они к поверхности тела, тем меньше их скорость. Частицы воздуха на самой поверхности тела прилипают к ней и вовсе не обладают скоростью.
По характеру течения воздуха пограничные слои делятся на два типа: ламинарный и турбулентный. Вламинарном пограничном слое отдельные струйки воздуха движутся все время параллельно поверхности тела, не приближаясь и не удаляясь. В турбулентном погранич пом слое вместо тонкого упорядоченного движения наблюдается непрерывное перемешивание струек, приближение их к поверхности тела и удаление от нее. В связи с этим, как показано на. рис. 9, распределение
 |
по толщине пограничного слоя оказывается иным, чем при ламинарном течении: «быстрые» струйки, попадающие при перемешивании из внешней части пограничного слоя к поверхности тела, повышают здесь скорость течения. Поэтому градиент скорости у поверхности тела в турбулентном пограничном слое больше, чем в ламинарном.
Структура пограничного слоя зависит от ряда факторов: скорости потока, температуры и давления воздуха, состояния поверхности тела, распределения давле-ния по его поверхности и др.
На некотором расстоянии от передней кромки пограничный слой переходит из ламинарного в турбулентное состояние (см, рис. 8). Чем больше скорость, тем ближе к передней кромке точка перехода.
Турбулизации пограничного слоя способствуют шероховатость и различные неровности поверхности тела, а также пульсация (турбулентность) потока, набегающего на тело.
Исследования показали, что на тех участках поверхности тела, где скорость вдоль струек основного потока нарастает (то есть давление согласно закону Бернули падает), ламинарный пограничный слой, при наличии других благоприятных условий (гладкая поверхность, отсутствие пульсации потока), может не турбулизиро-ваться даже при очень больших скоростях. В результате наблюдения установлено, что даже при турбулентности пограничного слоя в непосредственной близости
от поверхности тела всегда имеется ламинарный подслой, толщина которого выражается десятыми или даже сотыми долями миллиметра. Таким образом, какого бы типа пограничный слой ни был, движение воздуха у самой поверхности тела всегда ламинарное. Однако в ламинарном подслое турбулентного слоя градиент скорости значительно больше, чем в нижней части целиком ламинарного пограничного слоя, так как подслой сверху соприкасается с турбулентным потоком (ом. рис. 8), имеющим даже вблизи тела значительную скорость.
Вследствие этого сила трения, пропорциональная градиенту скорости и имеющая поэтому наибольшее значение у самой поверхности тела, при турбулентном пограничном слое в несколько раз больше, чем при ламинарном. Поэтому иногда целесообразно принимать меры для предупреждения перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный или, по крайней мере, для получения возможно более отдаленного положения точки этого перехода.
Потенциальный слой — слой воздуха, в котором не проявляются силы внутреннего трения. Это основной поток, при помощи которого образуются аэродинамические силы.
Спутная струя (след) — завихренный воздушный поток, сбегающий с обтекаемого тела и движущийся вслед за ним.
Дата добавления: 2017-01-26 ; просмотров: 3103 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Аэродинамический спектр и его элементы
При движении тела в воздухе последний стремится затормозить это движение и, наоборот, при обтекании неподвижного тела воздушным потоком возникает сила, стремящаяся сдвинуть тело сместа и сообщить ему движение. Силовое действие воздушного потока на тело называется аэродинамической силой.
Величина аэродинамической силы не зависит от того, движется ли тело с некоторой скоростью в воздушном потоке или же оно неподвижно, а на него с той же скоростью набегает поток воздуха. Этот принцип называется обратимостью движения, он широко используется для проведения исследований в лабораторных условиях спомощью аэродинамических труб.
Величина аэродинамической силы зависит от характера обтекания тела воздухом. Картина обтекания тела воздухом называется аэродинамическим спектром.Он состоит из следующих элементов (рис. 8):
невозмущенного воздушного потока, струйки которого не деформированы присутствующим в нем телом;
возмущенного воздушного потока, струйки которого деформированы присутствующим в нем телом.
Пограничный слой— слой воздуха, в котором скорость движения частиц изменяется от нуля до скорости движения частиц невозмущенного потока. Частицы воздуха в этом слое заторможены силами внутреннего трения, то есть проявляется такое физическое свойство воз-, духа, как вязкость. Вне пограничного слоя в потенци-
Рис. 8. Основные элементы аэродинамического спектра и виды течений воздуха в пограничном слое
альном потоке влияние вязкости практически отсутствует.
Этот слой очень тонок — его толщина измеряется миллиметрами, причем она постепенно нарастает от передней части тела к задней. Позади тела пограничный слой переходит в спутную струю (след) — приторможенную область потока, заполненную мелкими вихорь-ками, которая по мере удаления постепенно размывается и исчезает.
Внутри пограничного слоя не все частицы заторможены одинаково: чем ближе они к поверхности тела, тем меньше их скорость. Частицы воздуха на самой поверхности тела прилипают к ней и вовсе не обладают скоростью.
По характеру течения воздуха пограничные слои делятся на два типа: ламинарный и турбулентный. Вламинарном пограничном слое отдельные струйки воздуха движутся все время параллельно поверхности тела, не приближаясь и не удаляясь. В турбулентном погранич пом слое вместо тонкого упорядоченного движения наблюдается непрерывное перемешивание струек, приближение их к поверхности тела и удаление от нее. В связи с этим, как показано на. рис. 9, распределение
 |
по толщине пограничного слоя оказывается иным, чем при ламинарном течении: «быстрые» струйки, попадающие при перемешивании из внешней части пограничного слоя к поверхности тела, повышают здесь скорость течения. Поэтому градиент скорости у поверхности тела в турбулентном пограничном слое больше, чем в ламинарном.
Структура пограничного слоя зависит от ряда факторов: скорости потока, температуры и давления воздуха, состояния поверхности тела, распределения давле-ния по его поверхности и др.
На некотором расстоянии от передней кромки пограничный слой переходит из ламинарного в турбулентное состояние (см, рис. 8). Чем больше скорость, тем ближе к передней кромке точка перехода.
Турбулизации пограничного слоя способствуют шероховатость и различные неровности поверхности тела, а также пульсация (турбулентность) потока, набегающего на тело.
Исследования показали, что на тех участках поверхности тела, где скорость вдоль струек основного потока нарастает (то есть давление согласно закону Бернули падает), ламинарный пограничный слой, при наличии других благоприятных условий (гладкая поверхность, отсутствие пульсации потока), может не турбулизиро-ваться даже при очень больших скоростях. В результате наблюдения установлено, что даже при турбулентности пограничного слоя в непосредственной близости
от поверхности тела всегда имеется ламинарный подслой, толщина которого выражается десятыми или даже сотыми долями миллиметра. Таким образом, какого бы типа пограничный слой ни был, движение воздуха у самой поверхности тела всегда ламинарное. Однако в ламинарном подслое турбулентного слоя градиент скорости значительно больше, чем в нижней части целиком ламинарного пограничного слоя, так как подслой сверху соприкасается с турбулентным потоком (ом. рис. 8), имеющим даже вблизи тела значительную скорость.
Вследствие этого сила трения, пропорциональная градиенту скорости и имеющая поэтому наибольшее значение у самой поверхности тела, при турбулентном пограничном слое в несколько раз больше, чем при ламинарном. Поэтому иногда целесообразно принимать меры для предупреждения перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный или, по крайней мере, для получения возможно более отдаленного положения точки этого перехода.
Потенциальный слой — слой воздуха, в котором не проявляются силы внутреннего трения. Это основной поток, при помощи которого образуются аэродинамические силы.
Спутная струя (след) — завихренный воздушный поток, сбегающий с обтекаемого тела и движущийся вслед за ним.
sky7club
Парапланерная школа компании ASA
Аэродинамические спектры обтекания.
При обтекании твердого тела воздушный поток подвергается деформации, что приводит к изменению скорости, давления, температуры и плотности в струйках потока. Таким образом, около поверхности обтекаемого тела создается область переменных скоростей и давлений воздуха. Наличие различных по величине давлений у поверхности твердого тела приводит к возникновению аэродинамических сил и моментов. Распределение этих сил зависит от характера обтекания тела, его положения в потоке, конфигурации тела. Для изучения физической картины обтекания твердых тел применяются различные способы показа видимой картины обтекания тела. Видимую картину обтекания тел воздушным потоком принято называть аэродинамическим спектром.
Плоская пластина
Плоская пластинка (Рис. 2), помещенная в поток под углом 90°, создает довольно резкое изменение направления движения потока, обтекающего ее: торможение потока перед ней, поджатие струек у ее краев и образование непосредственно за краем пластинки разрежения и больших вихрей, которые заполняют всю область за пластинкой. Позади пластинки можно наблюдать хорошо заметную спутную струю. Перед пластинкой давление будет больше чем в не возмущенном потоке, а за пластинкой вследствие разрежения давление уменьшится.
Симметричное удобообтекаемое (каплеобразное) тело
Симметричное удобообтекаемое (каплеобразное) тело имеет более плавный характер обтекания как в передней, так и в хвостовой частях.
Удобообтекаемое не симметричное тело
Аэродинамический спектр удобообтекаемого тела (профиля крыла), помещенного в поток под углом атаки \(\alpha\)
Для расширения представления о течения жидкостей и газов, рекомендуем ознакомиться с классической книгой: Альбом течений жидкостей и газов. Милтон Ван Дайк
Что называется аэродинамическим спектром
5.2. Аэродинамический эксперимент
Рис. 5.1. Измерение аэродинамических сил на модели
Рис. 5.2. Принципиальная схема аэродинамической трубы
Рис. 5.3. Схематизированная картинка обтекания крыла
Рис. 5.4. Концевые вихри за крылом летящего самолета
   Струйки 5, обтекающие крыло сверху, отклоняются в сторону фюзеляжа 3, а струйки 6, обтекающие крыло снизу, отклоняются к концу крыла за счет перетекания воздуха с нижней на верхнюю поверхность через концевую кромку крыла. Струйки 8, перетекая с нижней поверхности, захватывают часть струек 7 с верхней поверхности и образуют стекающий с конца крыла мощный концевой вихрь 9. Встречаясь на задней кромке, струйки, стекающие с верхней и нижней поверхности крыла под разными углами, закручивают воздух и образуют непрерывную вихревую пелену , которая уносится потоком воздуха назад.
 |
   В концевой части профиля (см. сечения VI-VI и VII-VII) в пограничном слое начинается течение воздуха против основного потока, образуются крупные вихри, которые периодически срываются с поверхности крыла. Начинается так называемый срыв потока . В свободном потоке скорость в струе вначале возрастает от скорости невозмущенного потока V ¥ до максимальной местной скорости VIII в наиболее узком сечении струи, а затем уменьшается по мере расширения струи (VIVVIII) и на определенном расстоянии от тела местная скорость в струе снова становится равной скорости невозмущенного потока. На передней кромке существует точка 1, к которой струйка подходит под прямым углом и в которой она при ударе о тело полностью тормозится. Эта точка называется критической точкой или точкой полного торможения потока.
 |