Главная / Обучение / Теория / Пограничный слой

Природа пограничного слоя тесно связана с понятием "вязкость". Атмосферный воздух — это вязкая среда. Если два соседних слоя воздуха движутся с разными скоростями, они начинают влиять друг на друга. Молекулы из "быстрого" слоя, при попадании в "медленный" слой, пытаются его разогнать и тратят на это свою кинетическую энергию. Молекулы "медленного" слоя при попадании в "быстрый" впитывают энергию быстрых молекул, но при этом затормаживают их.

Если в движущуюся вязкую среду поместить неподвижную пластину, то скорость слоя, непосредственно примыкающего к этой пластине, снизится до нуля. В этом суть понятия "пограничный слой". По мере удаления от пластины, ее влияние уменьшается и скорости последующих слоев вязкого потока постепенно увеличиваются до тех пор, пока не достигнут скорости невозмущенного потока.

Пограничный слой (ПС) — тонкий слой воздуха, непосредственно примыкающий к обтекаемой поверхности и тормозящийся об нее.

Непосредственно на обтекаемой поверхности скорость потока равна нулю! В этом легко убедиться. Вспомните, например, крылья бабочек. Они покрыты тончайшей пыльцой, которая не сдувается набегающим потоком.

Различают ламинарный (ровный) и турбулентный (вихревой) ПС. Ламинарный ПС встречается на очень гладких поверхностях обтекания, как правило, при малых скоростях и температурах набегающего потока. По мере удаления от передней кромки ПС из ламинарного превращается в турбулентный. На парапланах и дельтапланах из-за шершавости материала, из которого изготовлены крылья, ПС практически всегда турбулентный.

Рис. 1.49. Пограничный слой.

Толщина пограничного слоя у сверхлегких ЛА (СЛА) составляет 2-12 мм. На передней кромке крыла толщина ПС равна нулю. По мере движения потока вдоль обтекаемой поверхности толщина ПС постепенно увеличивается. Реальный профиль крыла, создающий подъемную силу отличается от расчетного на толщину ПС. Он хуже летит и обладает большим сопротивлением по сравнению с расчетным. При увеличении толщины ПС до некоторого критического значения происходит его отрыв от обтекаемой поверхности.

Обсуждавшийся ранее "срыв потока" фактически определяется отрывом ПС от обтекаемой поверхности.

Рис. 1.50. Профиль крыла, окутанный пеленой пограничного слоя.
1 — расчетный профиль крыла. 2 — пограничный слой.
3 — реальный профиль, создающий подъемную силу,
с учетом влияния пограничного слоя.

Очевидно, что чем ПС тоньше, тем лучше аэродинамика обтекания профиля крыла. На толщину ПС влияют и качество проектирования крыла, и шероховатость поверхности, и размеры крыла.

Главным фактором, критично влияющим на толщину ПС применительно к парапланам, является продуваемость ткани, из которой шьется крыло. Давление внутри крыла параплана больше. Над верхней поверхностью меньше. У старых парапланов с "дующейся" пропиткой ткани воздух протекает сквозь верхнюю поверхность, быстро наращивая над ней толщину ПС.

Полеты на парапланах с "продувающейся" тканью крыла чрезвычайно опасны!!! Такое крыло хуже встает, плохо летит, а самое главное, даже при относительно неглубоком зажатии клевант, легко срывается в заднее сваливание и уже не выходит из него до земли.

В заключение разговора давайте разберем аэродинамическую задачу. Игравшие в футбол слышали о таком приеме, как закрутка мяча. Крученый мяч летит иначе, чем некрученый. Очевидно, что в воздухе на него действует какая-то аэродинамическая сила. Как эта сила образуется и куда она направлена?

Рис. 1.51. Куда направлена R при обтекании воздушным потоком
вращающегося шара?

Подумайте над решением этой задачи самостоятельно...
А потом откройте следующую страницу.