Зависимость подъемной силы крыла от угла

Зависимость коэффициента подъемной силы крыла Су от угла атаки а. Из формулы для определения подъемной силы видно, что при неизменных Q, S и У подъемная сила крыла будет пропорциональна только Су. Но Су зависит только от угла атаки Cy=f(a).

Опыты показывают, что на летных углах атаки зависимость Cy=f(a) выражается прямой линией.

При больших углах атаки линейная зависимость Су— =f(a) нарушается, коэффициент Су увеличивается медленнее и после достижения максимума (СУтах) уменьшается. Угол атаки, при котором коэффициент Су достигает максимума, называется критическим углом атаки сц, На дельтапланах типа «Славутич УТ» критический угол атаки акр наступает около 45°. С увеличением S — площадь крыла, м2;

кГ/м2. Если считать, что плотность воздуха у земли постоянна, то площадь крыла — это конструктивная величина, и чем она меньше, тем меньше лобовое сопротивление.

Но площадь крыла ограничивается допустимой удельной нагрузкой. Увеличение коэффициента подъемной силы крыла может быть достигнуто увеличением кривизны профиля. Вогнутость профиля позволяет значительно увеличить Ci/tnaK в отдельных сечениях крыла. Силой лобового сопротивления приходится расплачиваться за подъемную силу крыла. Сопротивление тела зависит от его формы, плотности воздуха и скорости. Сила лобового сопротивления выражается формулой где Сх — безразмерный опытный коэффициент, характеризующий форму тела; где G — вес аппарата с пилотом. Коэффициент лобового сопротивления — это такая величина, на которую можно влиять, проектируя аппарат. Сила лобового сопротивления складывается из профильного, индуктивного и волнового.

Следовательно, и коэффициент лобового сопротивления тоже можно представить как сумму коэффициентов этих сил: где Схр — коэффициент профильного сопротивления; Cxi — коэффициент индуктивного сопротивления; СХв — коэффициент волнового сопротивления. Волновое сопротивление специфично для сверхзвукового движения, которое связано с образованием ударной волны и конусов Маха. Для дельтапланов такие скорости недостижимы. Однако эксперименты по сбросу и продувкам мембранных крыльев в сверхзвуковом потоке воздуха проводились и дали положительные результаты.

Профильное сопротивление вызывается неравномерностью распределения давления по поверхности тела и трением воздуха о его поверхность. Если пренебречь вязкостью воздуха и считать обтекание абсолютно плавным, то Х = 0, и тело не будет испытывать ни сопротивления давления, ни сопротивления трения (парадокс д'Алам-бера-Эйлера). При отсутствии вязкости и срывов потока можно было бы считать, что происходит так называемое теоретическое обтекание, когда струи потока плавно сходят с хвостовой части обтекаемого тела. При этом поток плавно расширяется в хвостовой части и полностью восстанавливается давление, действующее на носовую часть.

Поэтому тело не испытывает разности давления. Но в случае реального обтекания ввиду наличия вязкости абсолютно плавного обтекания не может быть даже у хорошо обтекаемых тел с самой гладкой поверхностью. При расширении струек, обтекающих хвостовую часть, наблюдаются местные вихри. В результате этого давление в хвостовой части полностью не восстанавливается, то есть образуется зона разрежения, и тело испытывает не только трение, но и разность давления.
Таким образом, профильное сопротивление складывается из сопротивления трения и давления, а коэффициенты будут состоять из суммы

Сопротивление трения зависит от формы тела, скорости полета, температуры и шероховатости поверхности. Под шероховатостью поверхности обычно понимают наличие выступов или впадин, расстояние между которыми того же порядка, что и их высота и глубина. При ламинарном пограничном слое шероховатость не оказывает влияния на величину сопротивления трения, так как бугорки шероховатости обтекаются плавно, без образования вихрей.

При турбулентном пограничном слое влияние шероховатости проявляется тем раньше и сильнее, чем больше относительная шероховатость. При турбулентном пограничном слое сопротивление трения шероховатой поверхности в основном будет состоять из сопротивления давления обтекаемых потоком бугорков шероховатости.

Обрыв вихрей, образующихся при обтекании бугорков, способствует смещению точки перехода ламинарного слоя вперед и, таким образом, увеличению сопротивления трения. Пограничный слой в реальных условиях оказывается смешанным*: на передней части он ламинарный, на остальной — турбулентный. Следовательно, надо стремиться, чтобы купол крыла и все обтекаемые детали имели бы минимальную шероховатость — максимальную чистоту поверхности.

Для хорошо обтекаемых тел сопротивление давления при малых скоростях полета составляет незначительную долю всего сопротивления. У плохо обтекаемых тел, создающих завихрение, сопротивление давления может составлять основную часть всего сопротивления. У поперечной балки сопротивление может составлять до 25 % от всего дельтаплана (без пилота).

Дельтапланерист под крылом дельтаплана является неудобообтекаемым телом. Правильно подобранная или спроектированная одежда поможет не только избежать травм, но и снизить аэродинамическое сопротивление этого «неудобообтекаемого тела». Каждый вид спорта, и дельтапланеризм в том числе, предъявляет свои специфические требования к спортивной одежде для получения лучших спортивных результатов.

Аэродинамическое сопротивление дельтапланериста можно уменьшить тремя способами. Наиболее простым и обычным является изменение положения по отношению к набегающему потоку воздуха. Но современная подвеска пилота горизонтальная. Так что из этого способа уже взято все возможное.

Другим способом снижения лобового сопротивления является разработка одежды и снаряжения, придающих телу пилота обтекаемую аэродинамическую форму. Примером могут служить шлемы, которые по форме напоминают фонарь кабины самолета. Применяемые в дельтапланеризме шлемы из других видов спорта, а также шлемы танкистов или пилотов реактивных истребителей и вертолетов могут быть безопасными, но оставляют желать много лучшего для создания меньшего лобового сопротивления.

Существует конструкция шлема с вмонтированными в него миниатюрными приемопередающими устройствами. Хотя дельтапланеристам выделены свои радиочастоты, но на официальных соревнованиях рация для пилотов пока запрещена, между тем нередко возникает острая необходимость в связи пилота с руководителем полета или с тренером, особенно во время тренировочных полетов. При полетах на больших высотах, когда зрительная связь невозможна, при полетах вне прямой видимости только по радиосвязи можно передать грозовое предупреждение или другую важную оперативную информацию.

Так что действующий запрет радиосвязи на соревновании — дело спорное. Ведь пользуются же бегуны, лыжники подсказками своих тренеров на дистанции. Кстати, подсказкой может воспользоваться не любой спортсмен, а лишь пилот, отличающийся высоким летным мастерством. Третий способ — это применение гладкой и плотно облегающей одежды, снижающей до минимума трение при контакте с воздухом. Такие костюмы стали обычными в скоростных видах спорта, которые снижают сопротивление воздуха примерно на 10 %.

Ограничение может быть единственное: применение такой одежды не должно противоречить спортивным правилам. Продувки показали, что основную долю аэродинамического сопротивления составляют складки свободно висящей одежды и длинные волосы. Даже грубые длинные носки могут увеличить сопротивление примерно на 1 % по сравнению с голыми ногами. Замена грубой и свободно висящей одежды гладкой и плотно облегающей тело может дать дополнительный выигрыш в 4 %.

Древние греки на Олимпийских играх бегали без одежды, что позволяло улучшить спортивные результаты. Ворсинки облегающего шерстяного костюма снижают лобовое сопротивление пилота (по сравнению с обтекаемым телом без одежды), работая так же, как структура поверхности крыла у некоторых насекомых, предотвращая преждевременный срыв потока.

Снижение лобового сопротивления пилота-дельтапланериста даже на 2 % создает возможность опередить соперника на маршруте при прочих равных условиях. Разрыв возрастает с увеличением дистанции полета.

Требования безопасности полета и аэродинамика предъявляют достаточно жесткие требования к экипировке дельтапланериста. Среди нее основное — это подвесная система.
На сегодняшний день наиболее распространенное положение пилота в полете — горизонтальное, и для простых полетов оптимальной подвеской для такого положения будет подвеска типа «фартук». Она шьется из прочных материалов типа авиазента и ему подобного. Стропы, идущие к карабину, изготовляются из высокопрочных капроновых ремней или тросов. Силовые элементы должны выдерживать десятикратную массу пилота.

Подвеска должна быть комфортабельной, не сдавливать ремнями ноги и другие части тела как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Силовые ремни нужно снабдить мягкими подкладками, предохраняющими тело от натирания.
Должна быть обеспечена невозможность выпадения пилота из подвесной системы. Известен случай, когда спортсмену, попавшему в пикирование, удалось, встав ногами на трапецию и ухватившись руками за килевую балку, вывести аппарат из пикирования.

Однако при этом он выпал из подвесной системы и повис вниз головой, удерживаемый лишь коленными обхватами. Судьба вторично смилостивилась над ним: он благополучно приземлился на крутой заснеженный склон целым и невредимым. Очевидцы, наблюдавшие это необычайное зрелище, восприняли его совершенно хладнокровно, полагая, что это экстрапилот демонстрирует свое мастерство в воздушной акробатике.
Подвесная система должна позволять пилоту быстро при необходимости отцепиться от аппарата. Уже неоднократно у нас в стране и за рубежом отмечались случаи посадки пилотов на воду, заканчивавшиеся трагическим исходом.
В ФРГ для пилотов даже проводились специальные тренировки в бассейне, где они должны были быстро отцепить карабин, находясь в воде.

Стремя, применяемое в подвеске, позволяет пилоту найти в воздухе опору и более энергично управлять аппаратом. Самое трудное — это поймать стремя после старта. При разбеге оно мотается внизу, мешая разбегаться и отвлекая внимание пилота. Были испробованы различные способы разбега со стременем. Его брали в зубы, держали при разбеге в руке, закрепляли на подвеске. Один из прижившихся методов — закрепление стремени на ноге с помощью резинового жгута.
Подвески, применяемые

спортсменами для парящих полетов, стали более сложными, аэродинамически обтекаемыми и теперь полностью или частично закрывают тело пилота. Это так называемые подвески типа «кокон», «рыба» и т. д. Они создают сложности пилоту при старте, но это окупается в полете повышением аэродинамического качества и комфортности. Здесь следует обратить внимание на один момент — после отрыва от склона пилот должен перевести аппарат в нормальный режим полета, а после этого уже влезать ногами в подвеску или застегивать молнию.

При сильном ветре и наличии помощника можно стартовать, уже находясь в горизонтальном положении в подвеске. Помощник или помощники в этом случае поднимают аппарат вместе с пилотом за тросы и выталкивают его навстречу ветру.

Однако новые сложные подвески требуют еще конструктивного совершенствования, так как при попадании в опасные условия выбраться из них пилоту бывает достаточно сложно.

Помимо подвесной системы и шлема в обязательную экипировку спортсмена входят перчатки и ботинки для предохранения его от возможных травм при неудачных и аварийных посадках.

Для защиты рук удобны вратарские перчатки. Резиновые накладки на них предотвращают проскальзывание рукоятки управления.

Обувь пилотом выбирается по сезону. Но в любом случае она должна иметь толстую рифленую подошву, смягчающую при посадке удары и способствующую энергичному, без проскальзывания, разбегу на старте.

Могут пилоту пригодиться и очки. Зимой они защищают глаза от слепящего блеска снежного покрова. А летом нередко в воздухе носятся тучи различных мошек и просто пыли, попадание которых в глаза может серьезно отразиться на возможности пилотировать аппарат. Очки горнолыжников имеют небольшой коэффициент лобового сопротивления.

Индуктивное сопротивление крыла — это часть силы лобового сопротивления, вызванная наличием у крыла подъемной силы. Поток, отбрасываемый вниз, скашивается за крылом книзу. Так как подъемная сила крыла направлена перпендикулярно к набегающему потоку, то из-за наличия скоса потока она отклоняется несколько назад на угол Да. Вследствие этого образуется горизонтальная составляющая подъемной силы, направленная против движения, которая и равна силе индуктивного сопротивления крыла X,&YAa&Y-Јz- .57,0

Из этой формулы видно, что чем больше подъемная сила крыла Y, тем больше и сила индуктивного сопротивления. Но от величины подъемной силы зависит и угол Да, он прямо пропорционален силе Y. Если это учесть, то станет ясно, что сила индуктивного сопротивления прямо пропорциональна квадрату подъемной силы. Сила индуктивного сопротивления крыла зависит еще от его удлинения. Если взять два крыла одинаковой площади, но с разным удлинением, то при равной подъемной силе у более узкого крыла (то есть с большим удлинением) поток воздуха скашивается на меньший угол.

Подъемная сила пропорциональна массе воздуха, отбрасываемого крылом вниз в одну секунду, и скорости отбрасывания. Крыло с большим размахом охватывает более широкий поток и отбрасывает в секунду больше воздуха. Поэтому при одной и той же подъемной силе у него должна быть меньше скорость отбрасывания, а значит, на меньший угол отклонится назад и подъемная сила крыла. Меньше будет, следовательно, и индуктивное сопротивление. Таким образом, чтобы уменьшить индуктивное сопротивление, следует увеличивать удлинение крыла. 

Смотрите также

Баллистическая ракета подводных лодок Посейдон-С3
В 1963 году США приступили к отработке новой ракеты, получившей обозначение UGM-73A Посейдон-С3. Эта БРПЛ должна была обеспечить качественное преобразование морского компонента стратегических ядерных ...

Весовые данные
Взлетная масса: ­ в одноместном варианте - 240 кг в двухместном варианте - 330 кг Масса крыла 45 кг Масса тележки 85 кг Масса дельталета в снаряженном состоянии 130 кг ...

Антонов А-11 Спортивный планер
А-11 - одноместный цельнометаллический рекордный планер-паритель конструкции О. К. Антонова. Спроектирован и построен в 1957 году. Механизация крыла позволяла расширить диапазон возможных режимов поле ...