1.3. Подъемная сила и
сила аэродинамического сопротивления
Для выполнения аэродинамических расчетов полную аэродинамическую
силу R удобно разложить на три взаимно перпендикулярные составляющие в
скоростной системе координат. Нетрудно заметить, что при исследованиях ЛА
в аэродинамической трубе оси скоростной системы координат
"привязаны" к трубе. Составляющую полной аэродинамической
силы вдоль оси X назвали силой аэродинамического сопротивления.
Составляющую вдоль оси Y — подъемной силой.
Рис. 1.19. Схема аэродинамической трубы.
1 — воздушный поток. 2 — исследуемое тело.
3 — стенка трубы. 4 — вентилятор.
Где:
R — Полная аэродинамическая сила.
Y — Подъемная сила.
X — Сила лобового сопротивления.
Z — Боковая сила.
Подъемная сила — это составляющая полной аэродинамической
силы вдоль оси Y скоростной системы координат.
Сила аэродинамического сопротивления — это составляющая
полной аэродинамической силы вдоль оси X скоростной системы
координат.
Формулы подъемной силы и силы сопротивления очень похожи на формулу
полной аэродинамической силы. Что неудивительно, поскольку и Y, и
X являются составными частями R.
Где:
Cy — Коэффициент подъемной силы.
Cx — Коэффициент сопротивления.
r — Плотность воздуха.
V — Скорость тела относительно воздуха
(воздушная скорость).
S — Эффективная площадь тела.
Обратите внимание: в природе не существует самостоятельно
действующих подъемной силы и силы сопротивления. Они являются лишь
результатом математического разложения полной аэродинамической
силы на составляющие для удобства выполнения аэродинамических
расчетов.
Говоря о подъемной силе, отметим, что, хотя подъемная сила и называется
"подъемной", она не обязана быть "поднимающей", то
есть, не обязана быть направлена "вверх". Вспомним силы,
действующие на безмоторный аппарат в прямолинейном планирующем полете.
Разложение полной аэродинамической силы R на подъемную силу Y и
сопротивление X строится относительно воздушной скорости ЛА. На рисунке
ниже видно, что Y относительно земной поверхности направлена не только
"вверх", но и немного "вперед" (вдоль проекции
траектории полета на землю), а X не только "назад", но и
"вверх".
Рис. 1.20. Разложение полной аэродинамической силы R
на подъемную силу Y и сопротивление X
строится по осям скоростной системы координат.
Если рассмотреть полет круглого парашюта, который нормально раскрылся
и плавно опускается вертикально вниз, то в этом случае, несмотря на то,
что парашют никуда не падает, подъемная сила у него равна нулю.
Вспоминаем формальные определения. Подъемная сила Y — это
составляющая R поперек потока. Сопротивление X — составляющая R
вдоль потока. Воздушный поток в рассматриваемом примере направлен
строго "снизу вверх" и у аэродинамической силы R в данном
случае нет составляющей поперек потока. Значит, Y равен нулю, а
парашют держится в воздухе исключительно на силе аэродинамического
сопротивления X.
Рис. 1.21. У круглого парашюта полная аэродинамическая сила R
совпадает с сопротивлением X, а подъемная сила Y равна нулю.
В технике применяют и антикрылья. То есть крылья, которые специально
устанавливаются таким образом, чтобы создаваемая ими подъемная сила
была направлена вниз. Так, например, гоночный автомобиль прижимается
антикрылом к дороге для улучшения сцепления колес с трассой.
Рис. 1.22. У автомобиля на антикрыле подъемная сила направлена вниз.
|
