1.8.2 Ламинарен слой и турбулентен слой.
Ламинарен поток. Това е поток, при който може да се счита, че течността се движи в еднородни слоеве, наречени листове. Потокът е ламинарен, когато последователни слоеве въздух в граничния слой се плъзгат гладко един върху друг, от неподвижния филм на повърхността до скоростта на свободен поток на външния въздух.
Турбулентен поток. При този тип потоци листовете текат дезорганизирано, както в тяхната посока, така и в тяхната скорост. В свободното пространство потокът не взаимодейства с обекти, но ако даден обект е близо до потока на течността, той взаимодейства с него чрез промяна на характеристиките на скоростта, както ще видим по-долу.
Потокът може да остане ламинарен, докато листовете не взаимодействат достатъчно, за да предизвикат вторични движения между тях, но в противен случай свободното и произволно смесване на листовете прави потока бурен.
Потокът може да се промени от ламинарен към турбулентен въз основа на:
- Промяна в скоростта на потока.
- Промени в самия поток.
- Грапавост на повърхността, по която тече.
- Градиенти на налягането. Когато статичното налягане намалява с разстоянието по протежение на потока, нарушенията в потока се намаляват; когато това налягане се увеличи, смущенията се усилват. Намаляването на статичното налягане в предната част на крилото спомага за поддържане на ламинарен поток.
- Други фактори: плътност на течността (P), нейната скорост (V), дължината (L = хорда на крилото в този случай) и коефициентът на вискозитет (u), които инженерите свързват с размерно число, наречено число на Рейнолдс R = (PVL)/u.
Граничен слой и турбулентен слой. Когато течността тече по повърхността, поради триене, най-близкият до повърхността слой напълно спира. На върха на този слой се образуват други, всеки от които има по-малко триене от предишния и следователно по-голяма скорост. Така че, докато от определен слой няма триене и слоевете имат свободната скорост на флуида.
Дебелината на граничния слой има тенденция да се увеличава, когато течността се движи по повърхността. Размерът на това увеличение зависи от вискозитета на течността, скоростта на потока, гладкостта/грапавостта на повърхността и формата на повърхността.
Граничен слой, чийто поток е ламинарен, често се нарича ламинарен граничен слой, който понякога се съкращава като ламинарен слой, докато ако потокът е турбулентен, слоят се нарича турбулентен граничен слой, съкратен като турбулентен слой.
Когато граничният слой започне да тече през предния ръб на крилото, той го прави под формата на ламинарен слой, залепен за крилото и много тънък; но докато тече към задния ръб, този слой се превръща в турбулентен слой, по-отделен от крилото и по-дебел.
Докато слоят е ламинарен, той остава прикрепен към крилото и произвежда повдигане, но когато стане турбулентен, увеличава отделянето си от крилото и не произвежда повдигане. Извиква се точката, в която ламинарният слой става турбулентен и увеличава дебелината му "преход към турбулентност" или "преход на граничен слой".
По принцип на нормално крило граничният слой остава ламинарен само малка част от хордата, преди да се раздели на турбулентен поток; освен това дебелината на този слой в областта на предния ръб е малка, въпреки че се увеличава по протежение на профила. Турбулентната зона на потока изпитва значително по-висока устойчивост на триене от ламинарния поток.
Качествените качества на крилата могат да бъдат подобрени по два начина, а контролът на граничния слой може да помогне и в двата: 1) намаляване на съпротивлението чрез поддържане на ламинарен поток в граничния слой и по този начин се избягва преход към турбулентен поток; Y. две) увеличете повдигането, като отложите максимално настъпването на разделяне на граничния слой.
1.8.3 Как се произвежда.
1.8.6 Коефициент на натоварване.
Този фактор може да бъде положителен или отрицателен. Той е положителен (g положителен), когато силата е надолу, и е отрицателен (g отрицателен), когато е нагоре; при положителни gs теглото на пилота се увеличава, оставайки "залепнало" за седалката, докато при отрицателни gs теглото намалява и пилотът "плува" в седалката.
По време на полета крилата на самолета трябва да поддържат пълното му тегло; до степента, в която се движи с постоянна скорост и в прав полет, натоварването, наложено на крилата, е постоянно (1g) и промяна на скоростта в тази ситуация не води до значителни промени в коефициента на натоварване. Но ако промяната е в траекторията, има допълнително натоварване към теглото на самолета, по-изразено, ако тази промяна се извършва с висока скорост и рязко. Това допълнително натоварване се дължи на центробежната сила, която е инерционната сила, която се проявява във всяко тяло, когато е принудено да променя посоката (хоризонтална или вертикална).
Следователно всяка промяна в траекторията на самолета предполага в по-голяма или по-малка степен центробежна сила, която увеличава коефициента на натоварване. Всяка сила, приложена към въздухоплавателно средство, което го извежда от пътя си, създава напрежение върху неговата структура, като общата сума е коефициентът на натоварване.
Коефициентът на натоварване при прав полет. Ако при прав и равен полет воланът или контролната пръчка се изтеглят рязко назад, самолетът ще се отскочи (носът нагоре) и ще влезе в извита нагоре пътека, която увеличава коефициента на натоварване (положително g). Ако, от друга страна, колелото за управление се натисне внезапно и рязко, самолетът ще се потопи (носът надолу) и ще влезе в траектория, която намалява коефициента на натоварване (отрицателно g).
Коефициентът на натоварване в завои. Във всеки самолет, при всяка скорост, ако се поддържа постоянна височина по време на координиран завой, коефициентът на натоварване за дадена степен на наклона е еднакъв и е равен на 1, разделен на косинуса на ъгъла на наклона. Битие ж коефициентът на натоварване и θ ъгълът на наклона формулата ще бъде: g = 1/cos θ
Същата цифра разкрива важен фактор при завиването: коефициентът на натоварване се увеличава бързо от 45 градуса. Важно е да запомните, че крилата трябва да произвеждат повдигане, равно на коефициента на натоварване, в противен случай би било невъзможно да се поддържа височина.
Въпреки че самолетът може да се търкаля на 90º, завой на постоянна височина с този наклон е математически невъзможен за конвенционалните самолети. При малко над 80 ° коефициентът на натоварване надвишава 6 Gs, което обикновено е структурната граница на самолетите, проектирани за полет. акробатичен.
За леки конвенционални самолети максималното търкаляне при завой при постоянна височина е 60º. Увеличението с 10º предполага 1 G допълнително натоварване, което поставя самолета много близо до точката на стрес, която може да причини структурни повреди.
Коефициент на натоварване при турбулентност. Въпреки че самолетите са проектирани да издържат на пориви със значителен интензитет, наложеното от тях ускорение предполага увеличаване на коефициента на натоварване, особено на крилата. Това увеличение е пропорционално на скоростта на самолета. Следователно, в условия на умерена или екстремна турбуленция е препоръчително да се намали скоростта на самолета до маневрената скорост, посочена от производителя.
Категории. Всички самолети са проектирани да отговарят на някои изисквания за усилие, в зависимост от използването, което ще се използва от същото; класификация според тези изисквания се нарича категории. За да бъде сертифициран от компетентните органи, структурното напрежение (коефициент на натоварване) трябва да отговаря на предписаните стандарти. Категориите и максималният коефициент на натоварване за всяка от тях са както следва (съгласно F.A.A):
- Нормално: + 3.8g до -1.52g.
- Полезност: + 4.4g до -1.76g.
- Акробатични: + 6.0g до -3.00g.
Горните стойности на коефициента на натоварване, които самолетът може да издържи при нормална експлоатация и при различни обстоятелства, се наричат „гранични коефициенти на натоварване“ и от съображения за безопасност се изисква тези граници да не представляват риск от повреда в тяхната конструкция. повреда на самолета, освен това обикновено се изисква коефициент на безопасност от 1,5 над тези граници.
1.8.9 Чести ситуации.
Има три полетни ситуации, при които превишаването на критичния ъгъл на атака е най-често: ниска скорост, висока скорост и завиване.