Подъёмная сила самолета

2014-02-09Подъёмная сила самолета

Подъёмная сила  — одна из составляющих полной аэродинамической силы, перпендикулярная вектору скорости движения тела в потоке жидкости или газа, возникающая в результате несимметричности обтекания тела потоком.

 Опытным путем Бернулли установил, что статическое давление в потоке жидкости или газа обратнопропорционально скорости потока в данной точке, что означает то, что в тех точках, где скорость потока выше давление – ниже. На практике легче понять это выражение  на примере: когда у входа на эскалатор на станции метро образуется большое столпотворение людей, то возникает давка (перед эскалатором), а когда вы входите на эскалатор и начинаете подниматься, то на ступени стоит максимум 2 человека и скорость вашего движения выше, а т. н. «столпотворение» (давление) ниже.

  Так «действует» и жидкость в трубе переменного поперечного сечения. А теперь, мысленно можно представить себе, что данную трубу «развернули» и разложили на 2 поверхности, как крыло самолета. Одна из них (верхняя) имеет большую кривизну (выпуклость), а нижняя имеет меньшую выпуклость ( практически ровная). Так получаем, согласно уравнению неразрывности струи потока жидкости (или газа) уже понятное физическое явление – разность давлений на верхней и нижней части крыла. Получаем, что на нижней поверхности скорость потока ниже и статическое давление выше, а на верхней части статическое давление ниже (т.к. скорость потока выше, ввиду геометрической разности длин). Это простое объяснение для крыла классического профиля и бесконечно большого размаха.

Расчет подъемной силы крыла. Теорема Жуковского о подъемной силе.

В жизни такое крыло сделать нереально. Поэтому применим математические свойства к решению данной задачи: конечный размах, нормальный вектор к профилю, граница профиля, величину давления, тогда получим следующее выражение: 

Подъёмная сила крыла самолета

У людей, начинающих свое знакомство с авиацией или уже продолжающих его может назреть вопрос, раз все всё знали, были выдающиеся открытии и умы, но самолет смог взлететь только в 1903 году, в чем же дело? А дело вот в чем: вполне можно было бы сделать первый полет и раньше, но долгое время ученые были запутаны, как высчитать подъемную силу и какое должно быть крыло самолета, его длина?

krylo.jpg

Согласно классической физике и согласно законам Ньютона подъемная сила была пропорциональна углу атаки во второй степени, что приводило к выводу о том, что невозможно сделать крыло малого размаха с хорошими несущими характеристиками. Мы можем представить себе обычную параболу, у=х2  и получаем, что, например, для подъемной силы равной 2 нужно достичь угла атаки в 4, а для хорошего полета необходимо подъемная сила и в 4, 5, 6… сложно иногда даже будет подсчитать угол атаки, а если он еще и окажется в критической зоне… 

  Эта путаница продолжалась вплоть до конца 19 века, аж только после многих экспериментов Бернулли и многих других ученых было установлено, что эта зависимость – прямолинейная (!), а уже базируясь на таких выводах можно было строить крыло малого размаха с удовлетворительной подъемной силой. Первыми это сделали братья Райт.

clip_image002.0f904dd11bac7d5a36d8f23707ec1436.jpg

Avia.pro

Другие статьи

Далеекоронавирус карта.

  • Главная
  • Статьи

Какой вес поднимает шар с гелием?

Парящие в небе гелиевые шары навевают мысли о чем-то романтическом и отважно-смелом… Неудивительно, что многим приходят в голову идеи привязать к шару открытку или коробку конфет, а то и плюшевого медведя, чтобы эффектно преподнести подарок дорогому человеку.

А сколько нужно шаров, чтобы поднять целого человека? Наверняка, и вы задавались таким вопросом. Каким бы фантастическим это ни казалось, но потенциал у гелия для использования в таких целях действительно имеется. Так что остается только рассчитать количество шаров, необходимых для того, чтобы поднять тот или иной предмет.

Почему гелиевые шары летают?

pochemu-letayut.jpg

Причина популярности гелия в качестве наполнителя для воздушных шаров кроется в уникальных свойствах газа: он обладает инертностью, относительно стабильно ведет себя в разных условиях и при этом имеет плотность меньше воздуха, что позволяет шарикам взмывать в небо. Правильно подобранный диаметр шара и объем закачанного в него гелия гарантируют воздушному украшению несколько часов полета.

Поскольку такой наполнитель является текучим газом, его молекулы обладают способностью просачиваться через микротрещины в стенках шара. Для сохранения гелия внутри, поверхность оболочки обрабатывается специальными средствами hi-float.

Грузоподъемность воздушного шара

Масса, которую может поднять воздушный шар, наполненный гелием, зависит от диаметра изделия и количества газа.

  • Экспериментальным путем было выяснено, что средняя «грузоподъемность» гелия составляет 1 кг на 1 м3 газа.

Исходя из этого соотношения, один-единственный воздушный шар диаметром 25 см поднимает груз весом около 3-4 грамма. Металлизированные шары такого же диаметра, наполненные гелием, способны поднять до 5 грамм веса. Таким образом, чтобы поднять одну шоколадную конфету весом 15 грамм потребуется 3-4 воздушных шара.

  • Для предметов потяжелее потребуется большее количество шаров. Так, роза весом 70 грамм взлетит на связке из 17-20 шаров, а мягкая игрушка весом 200 грамм потребует 50 шаров!

Сразу стоит отметить, что подобные расчеты верны для конкретных условий – внутри помещений с установленной температурой и влажностью. На улице же присутствует множество факторов, которые влияют на свойства газа. Так, следует учитывать атмосферное давление, меняющееся с высотой, воздействие солнечного света, силу ветра и другие условия.

Смогут ли гелиевые шары поднять человека в воздух?

Как мы видим, воздушные шары, наполненные гелием, в определенных условиях могут взмыть вверх, унося за собой некоторый груз. Но могут ли они поднять человека?

Делая расчеты с поправкой на реальные условия, стоит сразу сказать, что маленькие шары в совокупности будут иметь большую массу, уменьшая грузоподъемность гелия. Поэтому для полета человека лучше использовать шары большего диаметра – около 1 метра. Грузоподъемность такого шара будет составлять порядка 0,5 кг.

  • Чтобы поднять в воздух 70-килограммового человека, потребуется около 140 шаров с диаметром 1 метр!

Впрочем, насколько далека теория от практики, могут показать только реальные эксперименты, ведь в расчет принимаются стабильные внешние условия. Прецедент полета человека на воздушных шарах имеется, однако ему предшествовала серьезная подготовка и долгие расчеты. Для того чтобы взмыть вверх, испытателю весом 90 кг потребовалось более 360 шаров диаметром 1,2 метра. Чтобы наполнить шары гелием, потребовалось 53 баллона с газом. Максимальная высота, на которую смог взлететь выпускник физфака МГУ Виталий Куликов, составила 5724 метра.

Возврат к списку

Используемые источники:

  • https://avia.pro/blog/podyomnaya-sila-samoleta
  • articles/kakoy_ves_podnimaet_shar_s_geliem/