Յուրաքանչյուր ավիացիոն դիզայնի բյուրոյում կա պատմություն գլխավոր կոնստրուկտորի հայտարարության մասին: Փոխվում է միայն հայտարարության հեղինակը. Եվ դա հնչում է այսպես. «Ես ամբողջ կյանքում գործ եմ ունեցել ինքնաթիռների հետ, բայց դեռ չեմ հասկանում, թե ինչպես է այս երկաթի կտորը թռչում»: Իրոք, ի վերջո, Նյուտոնի առաջին օրենքը դեռ չեղյալ չի հայտարարվել, և ինքնաթիռն ակնհայտորեն ավելի ծանր է, քան օդը: Պետք է պարզել, թե ինչ ուժը թույլ չի տալիս բազմատոնանոց մեքենային ընկնել գետնին։
Օդային ճանապարհորդության մեթոդներ
Գոյություն ունի ճանապարհորդելու երեք եղանակ՝
- Աերոստատիկ, երբ գետնից բարձրանալն իրականացվում է մարմնի օգնությամբ, որի տեսակարար կշիռը ցածր է մթնոլորտային օդի խտությունից։ Սրանք օդապարիկներ, օդանավեր, զոնդեր և այլ նմանատիպ կառույցներ են։
- Ռեակտիվ, որը ռեակտիվ հոսքի բիրտ ուժն է այրվող վառելիքից, որը թույլ է տալիս հաղթահարել ձգողականության ուժը։
- Եվ, վերջապես, վերելակների ստեղծման աերոդինամիկ մեթոդը, երբ Երկրի մթնոլորտն օգտագործվում է որպես օդից ծանր մեքենաների համար օժանդակ նյութ: Ինքնաթիռները, ուղղաթիռները, գիրոինքնաթիռները, սլայդերները և, ի դեպ, թռչունները շարժվում են հենց այս մեթոդով։
Աերոդինամիկ ուժեր
Օդով շարժվող ինքնաթիռի վրա ազդում են չորս հիմնական բազմակողմ ուժեր: Պայմանականորեն, այդ ուժերի վեկտորները ուղղված են առաջ, հետ, վար և վեր: Դա համարյա կարապ է, քաղցկեղ և վարդ: Ինքնաթիռը առաջ մղող ուժն առաջանում է շարժիչի կողմից, հետընթաց օդի դիմադրության բնական ուժն է, իսկ դեպի ներքև՝ ձգողականությունը: Դե, ինքնաթիռը վայր ընկնելու փոխարեն, օդի բարձրացումն առաջանում է թևի շուրջ հոսքի պատճառով:
Ստանդարտ մթնոլորտ
Օդի վիճակը, նրա ջերմաստիճանը և ճնշումը կարող են զգալիորեն տարբերվել երկրի մակերեսի տարբեր հատվածներում։ Համապատասխանաբար, ինքնաթիռների բոլոր բնութագրերը նույնպես կտարբերվեն այս կամ այն վայրում թռչելիս։ Հետևաբար, հարմարության և բոլոր բնութագրերն ու հաշվարկները ընդհանուր հայտարարի բերելու համար մենք պայմանավորվեցինք սահմանել այսպես կոչված ստանդարտ մթնոլորտ հետևյալ հիմնական պարամետրերով. ճնշում ծովի մակարդակից 760 մմ Hg, օդի խտություն 1,188 կգ/խմ, արագություն: ձայնը 340,17 մետր վայրկյանում, ջերմաստիճանը +15 ℃։ Քանի որ բարձրությունը մեծանում է, այս պարամետրերը փոխվում են: Կան հատուկ աղյուսակներ, որոնք բացահայտում են տարբեր բարձրությունների պարամետրերի արժեքները: Բոլոր աերոդինամիկ հաշվարկները, ինչպես նաև օդանավերի կատարողական բնութագրերի որոշումը, կատարվում են այս ցուցանիշների միջոցով։
Վարելակների ստեղծման ամենապարզ սկզբունքը
Եթե մոտակա օդային հոսքումհարթ առարկա դնելու համար, օրինակ՝ ձեռքի ափը դուրս հանելով շարժվող մեքենայի պատուհանից, կարող ես զգալ այդ ուժը, ինչպես ասում են՝ «մատներիդ վրա»։ Օդի հոսքի համեմատ ափը փոքր անկյան տակ պտտելիս անմիջապես զգացվում է, որ բացի օդի դիմադրությունից, առաջացել է մեկ այլ ուժ՝ ձգվող վեր կամ վար՝ կախված պտտման անկյան ուղղությունից։ Մարմնի հարթության (այս դեպքում՝ ափերի) և օդի հոսքի ուղղության միջև ընկած անկյունը կոչվում է հարձակման անկյուն։ Վերահսկելով հարձակման անկյունը, դուք կարող եք կառավարել վերելակը: Հեշտությամբ կարելի է տեսնել, որ հարձակման անկյան մեծացման դեպքում ափը դեպի վեր մղող ուժը կավելանա, բայց մինչև որոշակի կետ: Իսկ երբ այն հասնի 70-90 աստիճանի մոտ անկյան, այն ընդհանրապես կվերանա։
Օդանավի թև
Հիմնական կրող մակերեսը, որը բարձրացում է ստեղծում, օդանավի թևն է: Թևի պրոֆիլը սովորաբար ունի կոր արցունքի ձև, ինչպես ցույց է տրված:
Երբ օդը հոսում է թևի շուրջը, թևի վերին մասով անցնող օդի արագությունը գերազանցում է ստորին հոսքի արագությունը։ Այս դեպքում վերևում ստատիկ օդի ճնշումը դառնում է ավելի ցածր, քան թևի տակ: Ճնշման տարբերությունը հրում է թեւը վեր՝ ստեղծելով վերելակ: Հետևաբար, ճնշման տարբերությունն ապահովելու համար թևերի բոլոր պրոֆիլները կատարվում են ասիմետրիկ: Հարձակման զրոյական անկյան տակ սիմետրիկ պրոֆիլ ունեցող թևի համար մակարդակի թռիչքի բարձրացումը զրո է: Նման թեւով այն ստեղծելու միակ միջոցը հարձակման անկյունը փոխելն է։ Բարձրացնող ուժի մեկ այլ բաղադրիչ կա՝ ինդուկտիվ։ Նա էձևավորվում է թևի կոր ներքևի մակերևույթի կողմից օդի հոսքի ներքև թեքության հետևանքով, ինչը բնականաբար հանգեցնում է թևի վրա ազդող հակառակ ուժի:
Հաշվարկ
Օդանավի թևի բարձրացման ուժի հաշվարկման բանաձևը հետևյալն է.
Y=CyS(PV 2)/2
Որտեղ:
- Cy - բարձրացման գործակից:
- S - թևի տարածք։
- V - հոսքի ազատ արագություն:
- P - օդի խտություն.
Եթե ամեն ինչ պարզ է օդի խտությամբ, թևերի մակերեսով և արագությամբ, ապա բարձրացման գործակիցը փորձարարական եղանակով ստացված արժեք է և հաստատուն չէ: Այն տատանվում է կախված թևի պրոֆիլից, դրա հարաբերակցությունից, հարձակման անկյունից և այլ արժեքներից: Ինչպես տեսնում եք, կախվածությունները հիմնականում գծային են, բացառությամբ արագության:
Այս առեղծվածային գործակիցը
Թևի բարձրացման գործակիցը երկիմաստ արժեք է: Բարդ բազմաստիճան հաշվարկները դեռևս փորձնականորեն ստուգվում են: Սա սովորաբար արվում է հողմային թունելում: Յուրաքանչյուր թևի պրոֆիլի և հարձակման յուրաքանչյուր անկյան համար դրա արժեքը տարբեր կլինի: Եվ քանի որ թեւն ինքնին չի թռչում, այլ ինքնաթիռի մի մասն է, նման փորձարկումներն իրականացվում են ինքնաթիռի մոդելների համապատասխան կրճատված օրինակների վրա։ Թևերը հազվադեպ են փորձարկվում առանձին: Յուրաքանչյուր կոնկրետ թևի բազմաթիվ չափումների արդյունքների համաձայն՝ հնարավոր է պատկերել գործակիցի կախվածությունը հարձակման անկյան վրա, ինչպես նաև տարբեր գրաֆիկներ, որոնք արտացոլում են կախվածությունը։վերելքը որոշակի թևի արագությունից և պրոֆիլից, ինչպես նաև թևի արձակված մեքենայացումից: Նմուշի գծապատկերը ներկայացված է ստորև։
Իրականում այս գործակիցը բնութագրում է թևի կարողությունը՝ ներգնա օդի ճնշումը վերելակի վերածելու: Նրա սովորական արժեքը 0-ից 2 է։ Ռեկորդը 6 է։ Առայժմ մարդը շատ հեռու է բնական կատարելությունից։ Օրինակ՝ արծվի համար այս գործակիցը, երբ նա գետնից բարձրանում է բռնված գոֆերի հետ, հասնում է 14 արժեքի: Վերոնշյալ գրաֆիկից ակնհայտ է, որ հարձակման անկյան մեծացումը հանգեցնում է անկյան որոշակի արժեքների բարձրացմանը:. Դրանից հետո էֆեկտը կորչում է և նույնիսկ գնում է հակառակ ուղղությամբ։
Կանգառ հոսք
Ինչպես ասում են՝ չափի մեջ ամեն ինչ լավ է։ Յուրաքանչյուր թեւ ունի իր սահմանը հարձակման անկյան առումով: Այսպես կոչված, հարձակման գերկրիտիկական անկյունը հանգեցնում է թևի վերին մակերևույթի խցիկի՝ զրկելով այն վերելքից: Տաղավարը թևի ողջ տարածքում առաջանում է անհավասարաչափ և ուղեկցվում է համապատասխան չափազանց տհաճ երևույթներով, ինչպիսիք են ցնցումները և կառավարումը կորցնելը։ Տարօրինակ է, բայց այս երևույթը շատ բան կախված չէ արագությունից, թեև այն նույնպես ազդում է, բայց ստոլի առաջացման հիմնական պատճառը ինտենսիվ մանևրումն է, որն ուղեկցվում է հարձակման գերկրիտիկական անկյուններով: Հենց դրա պատճառով էլ տեղի ունեցավ Իլ-86 ինքնաթիռի միակ վթարը, երբ օդաչուն, ցանկանալով «ցույց տալ» դատարկ ինքնաթիռում առանց ուղեւորների, կտրուկ սկսեց բարձրանալ, որն ավարտվեց ողբերգականորեն։։
դիմադրություն
Ձեռք ձեռք ձեռքի վերելակի հետ գալիս է քաշել,թույլ չտալով, որ ինքնաթիռը շարժվի առաջ. Այն բաղկացած է երեք տարրերից. Սրանք օդի վրա օդի ազդեցությամբ պայմանավորված շփման ուժն են, թևի առջևի և թևի հետևի հատվածներում ճնշման տարբերության ուժը և վերը քննարկված ինդուկտիվ բաղադրիչը, քանի որ դրա գործողության վեկտորն ուղղված է. ոչ միայն դեպի վեր՝ նպաստելով վերելքի ավելացմանը, այլ նաև հետ՝ լինելով դիմադրության դաշնակիցը։ Բացի այդ, ինդուկտիվ դիմադրության բաղադրիչներից մեկն այն ուժն է, որն առաջանում է թևի ծայրերով օդի հոսքի պատճառով՝ առաջացնելով պտտվող հոսքեր, որոնք մեծացնում են օդի շարժման ուղղության թեքությունը: Աերոդինամիկ դիմադրության բանաձևը բացարձակապես նույնական է բարձրացման ուժի բանաձևին, բացառությամբ Su գործակցի: Այն փոխվում է Cx գործակցի և որոշվում է նաև փորձարարական եղանակով։ Դրա արժեքը հազվադեպ է գերազանցում մեկի տասներորդը։
Կաթիլ-քաշելու հարաբերակցություն
Բարձրացման և ձգման ուժի հարաբերակցությունը կոչվում է աերոդինամիկական որակ: Այստեղ պետք է հաշվի առնել մեկ առանձնահատկություն. Քանի որ բարձրացման ուժի և քաշման ուժի բանաձևերը, բացառությամբ գործակիցների, նույնն են, կարելի է ենթադրել, որ օդանավի աերոդինամիկական որակը որոշվում է Cy և Cx գործակիցների հարաբերակցությամբ: Այս հարաբերակցության գրաֆիկը հարձակման որոշակի անկյունների համար կոչվում է թևի բևեռ: Նման գծապատկերի օրինակ ներկայացված է ստորև։
Ժամանակակից օդանավերի աերոդինամիկ որակի արժեքը կազմում է մոտ 17-21, իսկ սլայդերները՝ մինչև 50: Սա նշանակում է, որ օդանավի վրա թևերի բարձրացումը գտնվում է օպտիմալ պայմաններում:17-21 անգամ գերազանցում է դիմադրության ուժը։ Ռայթ եղբայրների ինքնաթիռի համեմատ, որը ստացել է 6,5 միավոր, նախագծման առաջընթացն ակնհայտ է, բայց արծիվը՝ թաթերի մեջ դժբախտ գոֆարով, դեռ շատ հեռու է։
Թռիչքի ռեժիմներ
Թռիչքի տարբեր ռեժիմները պահանջում են վերելք-քաշելու տարբեր հարաբերակցություն: Կռուիզային մակարդակով թռիչքի ժամանակ օդանավի արագությունը բավականին բարձր է, իսկ բարձրացման գործակիցը, որը համաչափ արագության քառակուսու վրա, բարձր արժեքներ ունի: Այստեղ հիմնականը դիմադրությունը նվազագույնի հասցնելն է: Թռիչքի և հատկապես վայրէջքի ժամանակ որոշիչ դեր է խաղում վերելքի գործակիցը։ Օդանավի արագությունը ցածր է, սակայն օդում նրա կայուն դիրքը պարտադիր է։ Այս խնդրի իդեալական լուծումը կլինի այսպես կոչված հարմարվողական թևի ստեղծումը, որը փոխում է իր կորությունը և հավասարաչափ տարածքը՝ կախված թռիչքի պայմաններից, մոտավորապես այնպես, ինչպես թռչունները: Քանի դեռ դիզայներներին չի հաջողվել, վերելքի գործակցի փոփոխությունը ձեռք է բերվում թևի մեխանիզացիայի միջոցով, որը մեծացնում է պրոֆիլի և՛ մակերեսը, և՛ կորությունը, ինչը, մեծացնելով դիմադրությունը, զգալիորեն մեծացնում է վերելակը: Կործանիչ ինքնաթիռների համար օգտագործվել է թևի ավլման փոփոխություն: Նորամուծությունը հնարավորություն է տվել նվազեցնել քաշը բարձր արագության ժամանակ և բարձրացնել բարձրացումը ցածր արագության դեպքում: Այնուամենայնիվ, պարզվեց, որ այս դիզայնը անհուսալի է, և վերջերս առաջին գծի ինքնաթիռներ են արտադրվել ֆիքսված թևով: Օդանավի թևի բարձրացման ուժը մեծացնելու մեկ այլ միջոց է թևը լրացուցիչ փչել շարժիչներից հոսքով: Սա իրականացվել է բանակումԱն-70 և Ա-400Մ տրանսպորտային ինքնաթիռներ, որոնք այս հատկության շնորհիվ առանձնանում են թռիչքի և վայրէջքի կրճատված հեռավորություններով։
