Обтекаемость формы

Обтекаемые формы.

Тела, обтекание которых происходит спокойно, как показано на рис. 5.1, называются телами обтекаемой формы. Обтекаемость уменьшает образование вихрей и, следовательно, сводит трение к минимуму. Если рассматривать тело обтекаемой формы как состоящее из трех частей А, В и С, то максимальное сопротивление движению представит взятая сама по себе средняя часть В. Присоединение к ней носовой части А значительно уменьшит сопротивление. Присоединение к В хвостовой заостренной части С уменьшит сопротивление еще в большей степени. Наконец, сопротивление практически исчезнет, если все три секции соединить вместе в одно целое.

(рис.5.1)Сравнительная величина воздушного сопротивления движению тел различной формы, но имеющих одинаковую площадь поперечного сечения.

Турбулентность

Движение в воздухе почти всегда «быстрее», т. е. основную роль играет турбулентное, а не вязкое сопротивление. Турбулентное сопротивление испытывают самолеты, птицы, парашютисты. Если человек падает в воздухе без парашюта, то через некоторое время он начинает падать равномерно (сила сопротивления уравновешивает вес), но с весьма значительной скоростью, порядка 50 м/с. Раскрывание парашюта приводит к резкому замедлению падения — тот же вес уравновешивается теперь сопротивлением купола парашюта. Так как сила сопротивления пропорциональна скорости движения и размеру падающего предмета в одинаковой степени, то скорость упадет во столько раз, во сколько изменятся линейные размеры падающего тела. Диаметр парашюта около 7 м, «диаметр» человека около одного метра. Скорость падения уменьшается до 7 м/с. С такой скоростью можно безопасно приземлиться.

Надо сказать, что задача увеличения сопротивления решается значительно легче, чем обратная задача. Уменьшить сопротивление автомобилю и самолету со стороны воздуха или подводной лодке со стороны воды – важнейшие и не легкие технические задачи.

Оказывается, что, изменяя форму тела, можно уменьшить турбулентное сопротивление во много раз. Для этого надо свести к минимуму турбулентное движение, являющееся источником сопротивления. Это достигается приданием предмету специальной, как говорят, обтекаемой формы.

Какая же форма является в этом смысле наилучшей? На первый взгляд кажется, что телу надо придать такую форму, чтобы вперед двигалось острие. Такое острие, как кажется, должно с наибольшим успехом «рассекать» воздух. Но, оказывается, важно не рассекать воздух, а как можно меньше потревожить его, чтобы он очень плавно обтекал предмет. Наилучшим профилем движущегося в жидкости или газе тела является форма, тупая спереди и острая сзади (Острые носы у лодок и морских судов нужны для «разрезания» волн, т. е. лишь тогда, когда движение происходит по поверхности). При этом жидкость плавно стекает с острия, и турбулентное движение сводится к минимуму. Ни в коем случае нельзя направлять острые углы вперед, так как острия вызывают образование турбулентного движения.

Обтекаемая форма крыла самолета создает не только наименьшее сопротивление движению, но и наибольшую подъемную силу, когда обтекаемая поверхность стоит наклонно вверх к направлению движения. Обтекая крыло, воздух давит на него в основном в направлении, перпендикулярном к его плоскости (рис. 5.2). Понятно, что для наклонного крыла эта сила направлена вверх.

С возрастанием угла подъемная сила растет. Но рассуждение, основанное на одних лишь геометрических соображениях, привело бы нас к неверному выводу, что чем больше угол к направлению движения, тем лучше. На самом же деле по мере увеличения угла плавное обтекание плоскости все затрудняется, а при некотором значении угла, как это иллюстрирует рис. 5.3, возникает сильная турбулентность; сопротивление резко возрастает, и подъемная сила падает.

(рис.5.2)

(рис.5.3)

^Вверх