1.8.2 Ламінарний шар і турбулентний шар.
Ламінарний потік. Це потік, в якому рідина може розглядатися як рухається рівномірними шарами, званими листами. Потік є ламінарним, коли послідовні шари повітря всередині прикордонного шару плавно ковзають один над одним, від нерухомої плівки на поверхні до швидкості вільного потоку зовнішнього повітря.
Турбулентний потік. При цьому типі потоку аркуші течуть дезорганізовано як у своєму напрямку, так і за швидкістю. У вільному просторі потік не взаємодіє з об'єктами, але якщо об'єкт знаходиться близько до потоку рідини, він взаємодіє з ним, змінюючи свої характеристики швидкості, як ми побачимо нижче.
Потік може залишатися ламінарним до тих пір, поки листи не взаємодіють настільки, щоб викликати вторинні переміщення між ними, але в іншому випадку вільне та випадкове перемішування листів робить потік турбулентним.
Потік може змінюватися від ламінарного до турбулентного на основі:
- Зміна швидкості потоку.
- Зміни самого потоку.
- Шорсткість поверхні, по якій вона протікає.
- Градієнти тиску. Коли статичний тиск зменшується з відстанню вздовж потоку, порушення в потоці згасають; коли цей тиск зростає, порушення посилюються. Зниження статичного тиску в передній частині крила допомагає підтримувати ламінарний потік.
- Інші фактори: щільність рідини (P), її швидкість (V), довжина (L = хорда крила в даному випадку) та коефіцієнт в'язкості (u), які інженери відносять до розмірного числа, що називається числом Рейнольдса R = (PVL)/од.
Прикордонний шар і турбулентний шар. Коли рідина протікає по поверхні, через тертя шар, найближчий до поверхні, повністю зупиняється. Поверх цього шару утворюються інші, кожен з яких має менше тертя, ніж попередній і, отже, більшу швидкість. Таким чином, поки з певного шару не виникає тертя, і шари мають вільну швидкість руху рідини.
Товщина прикордонного шару зазвичай збільшується в міру руху рідини вздовж поверхні. Величина цього збільшення залежить від в'язкості рідини, швидкості потоку, гладкості/шорсткості поверхні та форми поверхні.
Прикордонний шар, потік якого є ламінарним, часто називають ламінарним прикордонним шаром, який іноді скорочують як ламінарний шар, тоді як якщо потік турбулентний, шар називається турбулентним прикордонним шаром, скороченим як турбулентний шар.
Коли прикордонний шар починає протікати через передній край крила, він робить це у вигляді ламінарного шару, приклеєного до крила і дуже тонкого; але коли він тече до заднього краю, цей шар стає турбулентним шаром, більш відокремленим від крила і товстішим.
Хоча шар ламінарний, він залишається прикріпленим до крила і створює підйом, але коли він стає турбулентним, він збільшує відділення від крила і не створює підйому. Викликається точка, в якій ламінарний шар стає турбулентним і збільшує свою товщину "перехід до турбулентності" або "перехід граничного шару".
Взагалі, на нормальному крилі прикордонний шар залишається ламінарним лише невеликою частиною хорди до поділу на турбулентний потік; до того ж товщина цього шару в області передньої кромки невелика, хоча вона збільшується вздовж профілю. Турбулентна зона потоку відчуває значно вищий опір тертю, ніж ламінарний потік.
Летні якості крил можна покращити двома способами, а контроль прикордонного шару може допомогти в обох: 1) зменшити опір, підтримуючи ламінарний потік всередині прикордонного шару і тим самим уникнути переходу до турбулентного потоку; Y два) збільшити підйом, максимально відклавши початок поділу прикордонного шару.
1.8.3 Як це виробляється.
1.8.6 Коефіцієнт навантаження.
Цей фактор може бути позитивним або негативним. Він позитивний (g позитивний), коли сила спрямована вниз, і негативний (g негативний), коли він сильний; у позитивному gs вага пілота збільшується, залишаючись "приклеєним" до сидіння, тоді як при негативному g вага зменшується і пілот "плаває" в сидінні.
Під час польоту крила літака повинні витримувати повну вагу; в міру того, як він рухається з постійною швидкістю і під час прямого польоту, навантаження, що накладається на крила, є постійним (1g), і зміна швидкості в цій ситуації не спричиняє помітних змін коефіцієнта навантаження. Але якщо зміна траєкторії, до ваги літака виникає додаткове навантаження, більш виражене, якщо ця зміна проводиться на високій швидкості та різко. Це додаткове навантаження обумовлено відцентровою силою, яка є інерційною силою, яка проявляється в кожному тілі, коли воно змушене змінювати напрямок (горизонтальний чи вертикальний).
Тому будь-яка зміна траєкторії руху повітряного судна в більшій чи меншій мірі передбачає відцентрову силу, що збільшує коефіцієнт навантаження. Будь-яка сила, яка прикладена до літака, який виводить його зі свого шляху, створює навантаження на його конструкцію, загальна кількість яких є фактором навантаження.
Коефіцієнт навантаження при прямому польоті. Якщо в прямому і рівному польоті рульове колесо або ручку управління різко потягнути назад, літак відскочить (ніс вгору) і вийде на криву вгору, що збільшує коефіцієнт навантаження (позитивний g). Якщо, навпаки, коліщатко управління натиснути раптово і різко, літак зануриться (ніс вниз) і вступить в траєкторію, що зменшує коефіцієнт навантаження (від’ємний g).
Коефіцієнт навантаження в оборотах. У будь-якому літаку на будь-якій швидкості, якщо під час узгодженого повороту підтримується постійна висота, коефіцієнт навантаження для даного ступеня нахилу однаковий і дорівнює 1, поділеному на косинус кута нахилу. Буття g коефіцієнт навантаження та θ формула кута нахилу дорівнює: g = 1/cos θ
Цей самий показник виявляє важливий фактор у поворотах: коефіцієнт навантаження швидко зростає від нахилу в 45º. Важливо пам’ятати, що крила повинні створювати підйом, рівний коефіцієнту навантаження, інакше було б неможливо підтримувати висоту.
Незважаючи на те, що літак можна катати на 90º, поворот на постійній висоті з таким нахилом математично неможливий для звичайних літаків. При трохи більше 80 ° коефіцієнт навантаження перевищує 6 Гс, що, як правило, є структурною межею для літаків, призначених для польоту. акробатичний.
Для легких звичайних літаків максимальний крен у повороті на постійній висоті становить 60 °. Збільшення на 10º являє собою додаткове навантаження на 1 г, що призводить до того, що літак знаходиться дуже близько до точки напруги, яка може спричинити структурні пошкодження.
Коефіцієнт навантаження в турбулентності. Хоча літаки призначені витримувати пориви значної інтенсивності, прискорення, що накладається ними, збільшує коефіцієнт навантаження, особливо на крила. Це збільшення пропорційне швидкості руху літака. Тому в умовах помірної або екстремальної турбулентності доцільно зменшити швидкість літака до швидкості маневрування, визначеної виробником.
Категорії. Усі літаки спроектовані таким чином, що відповідають певним вимогам щодо зусиль, залежно від використання, яке буде ним застосовано; класифікація відповідно до цих вимог називається категоріями. Для сертифікації компетентними органами структурне напруження (коефіцієнт навантаження) повинно відповідати встановленим стандартам. Категорії та максимальний коефіцієнт навантаження для кожної з них є наступними (згідно з F.A.A):
- Звичайний: + 3,8 г до -1,52 г.
- Корисність: + 4,4 г до -1,76 г.
- Акробатична: + 6,0г до -3,00г.
Верхні значення коефіцієнта навантаження, які літак може витримати в звичайних експлуатаціях і за різних обставин, називаються "граничними коефіцієнтами навантаження", і з міркувань безпеки вимагається, щоб ці межі не створювали ризику пошкодження в їх конструкції. пошкодження літака, крім того, зазвичай за ці межі потрібно коефіцієнт безпеки 1,5.
1.8.9 Часті ситуації.
Є три ситуації польоту, в яких перевищення критичного кута атаки є найпоширенішим: низька швидкість, висока швидкість та повороти.