თვითმფრინავის ფრთის ამწე: ფორმულა

Სარჩევი:

თვითმფრინავის ფრთის ამწე: ფორმულა
თვითმფრინავის ფრთის ამწე: ფორმულა
Anonim

ყველა საავიაციო დიზაინის ბიუროში არის ამბავი მთავარი დიზაინერის განცხადების შესახებ. იცვლება მხოლოდ განცხადების ავტორი. და ასე ჟღერს: "მთელი ცხოვრება თვითმფრინავებთან მაქვს საქმე, მაგრამ მაინც არ მესმის, როგორ დაფრინავს ეს რკინის ნაჭერი!". მართლაც, ბოლოს და ბოლოს, ნიუტონის პირველი კანონი ჯერ არ გაუქმებულა და თვითმფრინავი აშკარად ჰაერზე მძიმეა. გასარკვევია, რა ძალა არ აძლევს საშუალებას მიწაზე ჩამოვარდნას მრავალტონიანი მანქანა.

ავიამოგზაურობის მეთოდები

არსებობს მოგზაურობის სამი გზა:

  1. აეროსტატიკური, მიწიდან აწევისას ხორციელდება სხეულის დახმარებით, რომლის ხვედრითი წონა დაბალია ატმოსფერული ჰაერის სიმკვრივეზე. ეს არის ბუშტები, საჰაერო ხომალდები, ზონდები და სხვა მსგავსი სტრუქტურები.
  2. რეაქტიული, რომელიც არის აალებადი საწვავის რეაქტიული ნაკადის უხეში ძალა, რომელიც იძლევა სიმძიმის ძალის დაძლევის საშუალებას.
  3. და ბოლოს, ლიფტის შექმნის აეროდინამიკური მეთოდი, როდესაც დედამიწის ატმოსფერო გამოიყენება ჰაერზე მძიმე მანქანების დამხმარე ნივთიერებად. თვითმფრინავები, ვერტმფრენები, გიროპლანები, პლანერები და, სხვათა შორის, ფრინველები მოძრაობენ ამ კონკრეტული მეთოდით.
სქემათვითმფრინავის ფრთის ნაკადი
სქემათვითმფრინავის ფრთის ნაკადი

აეროდინამიკური ძალები

ჰაერში მოძრავი თვითმფრინავი გავლენას ახდენს ოთხი ძირითადი მრავალმხრივი ძალით. პირობითად, ამ ძალების ვექტორები მიმართულია წინ, უკან, ქვემოთ და ზემოთ. ეს არის თითქმის გედი, კიბო და პიკი. თვითმფრინავს წინ უბიძგებს ძრავის მიერ წარმოქმნილი ძალა, უკან არის ჰაერის წინააღმდეგობის ბუნებრივი ძალა, ხოლო ქვევით არის გრავიტაცია. თვითმფრინავის დაცემის ნაცვლად - ჰაერის ნაკადის შედეგად წარმოქმნილი აწევა ფრთის გარშემო ნაკადის გამო.

ფრთაზე მოქმედი ძალები
ფრთაზე მოქმედი ძალები

სტანდარტული ატმოსფერო

ჰაერის მდგომარეობა, მისი ტემპერატურა და წნევა შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს დედამიწის ზედაპირის სხვადასხვა ნაწილში. შესაბამისად, თვითმფრინავის ყველა მახასიათებელი ასევე განსხვავდება ამა თუ იმ ადგილას ფრენისას. ამიტომ, მოხერხებულობისთვის და ყველა მახასიათებლისა და გამოთვლების საერთო მნიშვნელამდე მიყვანისთვის, ჩვენ შევთანხმდით, რომ განვსაზღვროთ ეგრეთ წოდებული სტანდარტული ატმოსფერო შემდეგი ძირითადი პარამეტრებით: წნევა ზღვის დონიდან 760 მმ Hg, ჰაერის სიმკვრივე 1,188 კგ კუბურ მეტრზე, სიჩქარე. ხმა 340,17 მეტრი წამში, ტემპერატურა +15 ℃. სიმაღლის მატებასთან ერთად ეს პარამეტრები იცვლება. არსებობს სპეციალური ცხრილები, რომლებიც ასახავს პარამეტრების მნიშვნელობებს სხვადასხვა სიმაღლეებისთვის. ყველა აეროდინამიკური გამოთვლა, ისევე როგორც თვითმფრინავის შესრულების მახასიათებლების განსაზღვრა, ხორციელდება ამ მაჩვენებლების გამოყენებით.

პლანერი ფრენისას
პლანერი ფრენისას

ლიფტის შექმნის უმარტივესი პრინციპი

თუ შემომავალი ჰაერის ნაკადშიბრტყელი საგნის განთავსება, მაგალითად, მოძრავი მანქანის ფანჯრიდან ხელის პალმის გამოტანით, შეგიძლიათ იგრძნოთ ეს ძალა, როგორც ამბობენ, „თითებზე“. ჰაერის ნაკადთან შედარებით მცირე კუთხით პალმის მობრუნებისას, მაშინვე იგრძნობა, რომ ჰაერის წინააღმდეგობის გარდა, გამოჩნდა სხვა ძალა, რომელიც წევს ზემოთ ან ქვემოთ, ბრუნვის კუთხის მიმართულებიდან გამომდინარე. სხეულის სიბრტყეს (ამ შემთხვევაში, ხელისგულებს) და ჰაერის ნაკადის მიმართულებას შორის შეტევის კუთხე ეწოდება. შეტევის კუთხის კონტროლით, შეგიძლიათ აკონტროლოთ ლიფტი. ადვილად ჩანს, რომ თავდასხმის კუთხის მატებასთან ერთად, ხელისგულის მაღლა აწევის ძალა გაიზრდება, მაგრამ გარკვეულ წერტილამდე. და როდესაც ის მიაღწევს 70-90 გრადუსამდე მიახლოებულ კუთხეს, ის საერთოდ გაქრება.

თვითმფრინავის ფრთა

მთავარი საყრდენი ზედაპირი, რომელიც ქმნის ამწეს, არის თვითმფრინავის ფრთა. ფრთის პროფილი, როგორც წესი, მოღუნული ცრემლის ფორმისაა, როგორც ნაჩვენებია.

ფრთის პროფილი
ფრთის პროფილი

როდესაც ჰაერი მიედინება ფრთის გარშემო, ფრთის ზედა ნაწილის გასწვრივ გამავალი ჰაერის სიჩქარე აჭარბებს ქვედა ნაკადის სიჩქარეს. ამ შემთხვევაში, სტატიკური ჰაერის წნევა ზედა ნაწილში უფრო დაბალია, ვიდრე ფრთის ქვეშ. წნევის სხვაობა უბიძგებს ფრთას მაღლა, ქმნის აწევას. ამიტომ, წნევის განსხვავების უზრუნველსაყოფად, ფრთის ყველა პროფილი ასიმეტრიულია. სიმეტრიული პროფილის მქონე ფრთისთვის შეტევის ნულოვანი კუთხით, ასვლა დონის ფრენისას არის ნული. ასეთი ფრთით მისი შექმნის ერთადერთი გზა შეტევის კუთხის შეცვლაა. ამწევი ძალის კიდევ ერთი კომპონენტია – ინდუქციური. Ის არისწარმოიქმნება ჰაერის ნაკადის ქვევით დახრილობის გამო ფრთის მოხრილი ქვედა ზედაპირის მიერ, რაც ბუნებრივად იწვევს ფრთაზე ზემოაღმავალი საპირისპირო ძალის მოქმედებას.

თვითმფრინავის გაწმენდა
თვითმფრინავის გაწმენდა

გაანგარიშება

თვითმფრინავის ფრთის ამწე ძალის გამოთვლის ფორმულა ასეთია:

Y=CyS(PV 2)/2

სად:

  • Cy - ლიფტის კოეფიციენტი.
  • S - ფრთის არე.
  • V - თავისუფალი ნაკადის სიჩქარე.
  • P - ჰაერის სიმკვრივე.

თუ ჰაერის სიმკვრივით, ფრთების ფართობითა და სიჩქარით ყველაფერი ნათელია, მაშინ ამწევის კოეფიციენტი არის ექსპერიმენტულად მიღებული მნიშვნელობა და არ არის მუდმივი. ის განსხვავდება ფრთის პროფილის, მისი ასპექტის თანაფარდობის, შეტევის კუთხის და სხვა მნიშვნელობების მიხედვით. როგორც ხედავთ, დამოკიდებულებები ძირითადად წრფივია, გარდა სიჩქარისა.

ეს იდუმალი კოეფიციენტი

ფრთის აწევის კოეფიციენტი ორაზროვანი მნიშვნელობაა. რთული მრავალსაფეხურიანი გამოთვლები ჯერ კიდევ ექსპერიმენტულად არის დამოწმებული. ეს ჩვეულებრივ კეთდება ქარის გვირაბში. თითოეული ფრთის პროფილისთვის და შეტევის თითოეული კუთხისთვის, მისი მნიშვნელობა განსხვავებული იქნება. და რადგან თავად ფრთა არ დაფრინავს, მაგრამ არის თვითმფრინავის ნაწილი, ასეთი ტესტები ტარდება თვითმფრინავის მოდელების შესაბამის შემცირებულ ასლებზე. ფრთებს იშვიათად ამოწმებენ ცალკე. თითოეული კონკრეტული ფრთის მრავალრიცხოვანი გაზომვების შედეგების მიხედვით, შესაძლებელია კოეფიციენტის დამოკიდებულების გამოსახვა შეტევის კუთხეზე, ასევე სხვადასხვა გრაფიკები, რომლებიც ასახავს დამოკიდებულებას.აწევა კონკრეტული ფრთის სიჩქარიდან და პროფილიდან, ასევე ფრთის გამოშვებული მექანიზაციისგან. ნიმუში სქემა ნაჩვენებია ქვემოთ.

დამოკიდებულება შეტევის კუთხეზე
დამოკიდებულება შეტევის კუთხეზე

ფაქტობრივად, ეს კოეფიციენტი ახასიათებს ფრთის უნარს, გარდაქმნას შემომავალი ჰაერის წნევა ამწევად. მისი ჩვეულებრივი მნიშვნელობა არის 0-დან 2-მდე. ჩანაწერი არის 6. ჯერჯერობით ადამიანი ძალიან შორს არის ბუნებრივი სრულყოფილებისგან. მაგალითად, არწივის ეს კოეფიციენტი, როდესაც ის მიწიდან ამოდის დაჭერილი გოფერით, აღწევს 14-ს. ზემოაღნიშნული გრაფიკიდან აშკარაა, რომ შეტევის კუთხის ზრდა იწვევს აწევის ზრდას კუთხის გარკვეულ მნიშვნელობებამდე.. ამის შემდეგ ეფექტი იკარგება და საპირისპირო მიმართულებითაც კი მიდის.

შეჩერების ნაკადი

როგორც ამბობენ, ყველაფერი კარგია ზომიერებაში. თითოეულ ფრთას აქვს საკუთარი ზღვარი შეტევის კუთხით. ეგრეთ წოდებული შეტევის სუპერკრიტიკული კუთხე იწვევს ფრთის ზედა ზედაპირზე სადგომს, რაც ართმევს მას აწევას. სადგომი არათანაბრად ჩნდება ფრთის მთელ არეალზე და თან ახლავს შესაბამისი, უკიდურესად უსიამოვნო მოვლენები, როგორიცაა რყევა და კონტროლის დაკარგვა. უცნაურად საკმარისია, რომ ეს ფენომენი დიდად არ არის დამოკიდებული სიჩქარეზე, თუმცა ის ასევე მოქმედებს, მაგრამ შეჩერების წარმოშობის მთავარი მიზეზი ინტენსიური მანევრირებაა, რომელსაც თან ახლავს შეტევის სუპერკრიტიკული კუთხეები. სწორედ ამის გამო მოხდა ილ-86 თვითმფრინავის ერთადერთი ავარია, როცა პილოტს, რომელსაც სურდა ცარიელ თვითმფრინავში მგზავრების გარეშე „გამოჩენა“, უეცრად ასვლა დაიწყო, რაც ტრაგიკულად დასრულდა..

წინააღმდეგობა

ხელჩაკიდებული ლიფტით მოდის წევა,ხელს უშლის თვითმფრინავის წინსვლას. იგი შედგება სამი ელემენტისგან. ეს არის საჰაერო ხომალდზე ჰაერის ზემოქმედების გამო ხახუნის ძალა, ფრთის წინ და ფრთის უკან მიდამოებში წნევის სხვაობის გამო გამოწვეული ძალა და ზემოთ განხილული ინდუქციური კომპონენტი, რადგან მისი მოქმედების ვექტორი მიმართულია. არა მხოლოდ მაღლა, რაც ხელს უწყობს აწევის ზრდას, არამედ უკან, წინააღმდეგობის მოკავშირე. გარდა ამისა, ინდუქციური წინააღმდეგობის ერთ-ერთი კომპონენტია ძალა, რომელიც წარმოიქმნება ფრთის ბოლოებში ჰაერის ნაკადის გამო, რაც იწვევს მორევის ნაკადებს, რომლებიც ზრდის ჰაერის მოძრაობის მიმართულების დახრილობას. აეროდინამიკური წევის ფორმულა აბსოლუტურად იდენტურია ამწევის ძალის ფორმულის, გარდა კოეფიციენტისა Su. ის იცვლება Cx კოეფიციენტში და ასევე განისაზღვრება ექსპერიმენტულად. მისი ღირებულება იშვიათად აღემატება ერთის მეათედს.

შეფარდება ვარდნა-ჩათრევა

აწევის და წევის ძალის თანაფარდობას აეროდინამიკური ხარისხი ეწოდება. აქ ერთი თვისება უნდა იყოს გათვალისწინებული. ვინაიდან ამწევი ძალისა და წევის ძალის ფორმულები, გარდა კოეფიციენტებისა, ერთნაირია, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ თვითმფრინავის აეროდინამიკური ხარისხი განისაზღვრება Cy და Cx კოეფიციენტების თანაფარდობით. ამ თანაფარდობის გრაფიკს შეტევის გარკვეული კუთხისთვის ფრთის პოლარული ეწოდება. ასეთი დიაგრამის მაგალითი ნაჩვენებია ქვემოთ.

ფრთა პოლარული
ფრთა პოლარული

თანამედროვე თვითმფრინავებს აქვთ აეროდინამიკური ხარისხის ღირებულება დაახლოებით 17-21, ხოლო პლანერებს - 50-მდე. ეს ნიშნავს, რომ თვითმფრინავზე ფრთის ამწე ოპტიმალურ პირობებშია.წინააღმდეგობის ძალაზე 17-21-ჯერ მეტია. ძმები რაიტების თვითმფრინავთან შედარებით, რომელსაც 6,5 ქულა აქვს, დიზაინის პროგრესი აშკარაა, მაგრამ არწივი საცოდავი გოფერით თათებში ჯერ კიდევ შორია.

ფრენის რეჟიმები

ფრენის სხვადასხვა რეჟიმს სჭირდება განსხვავებული აწევა-გადაზიდვის თანაფარდობა. საკრუიზო დონის ფრენისას თვითმფრინავის სიჩქარე საკმაოდ მაღალია, ხოლო აწევის კოეფიციენტი, სიჩქარის კვადრატის პროპორციულად, მაღალ მნიშვნელობებზეა. აქ მთავარია წინააღმდეგობის მინიმუმამდე შემცირება. აფრენის და განსაკუთრებით დაშვების დროს გადამწყვეტ როლს თამაშობს ამწევის კოეფიციენტი. თვითმფრინავის სიჩქარე დაბალია, მაგრამ საჭიროა მისი სტაბილური პოზიცია ჰაერში. ამ პრობლემის იდეალური გადაწყვეტა იქნება ეგრეთ წოდებული ადაპტური ფრთის შექმნა, რომელიც ცვლის თავის გამრუდებას და თანაბარ ფართობს ფრენის პირობებიდან გამომდინარე, დაახლოებით ისევე, როგორც ჩიტები. სანამ დიზაინერები წარმატებას მიაღწევენ, ამწევის კოეფიციენტის ცვლილება მიიღწევა ფრთის მექანიზაციის გამოყენებით, რაც ზრდის პროფილის ფართობსაც და გამრუდებასაც, რაც წინააღმდეგობის გაზრდით მნიშვნელოვნად ზრდის ამწეობას. მოიერიშე თვითმფრინავებისთვის გამოიყენეს ფრთის გაწმენდის ცვლილება. ინოვაციამ შესაძლებელი გახადა მაღალი სიჩქარით წევის შემცირება და დაბალი სიჩქარის დროს ამწევის გაზრდა. თუმცა, ეს დიზაინი არასანდო აღმოჩნდა და ახლახან წინა ხაზის თვითმფრინავები დამზადდა ფიქსირებული ფრთით. თვითმფრინავის ფრთის ამწე ძალის გაზრდის კიდევ ერთი გზა არის ფრთის დამატებით აფეთქება ძრავებიდან ნაკადით. ეს განხორციელდა სამხედრო სფეროშიAn-70 და A-400M სატრანსპორტო თვითმფრინავები, რომლებიც ამ თვისებიდან გამომდინარე გამოირჩევიან შემცირებული აფრენისა და დაფრენის მანძილით.

გირჩევთ: