Угол атаки и аэродинамические силы. Раскрываем маленький секрет.

Привет!

Сегодня небольшая статья для восстановления порядка в понятиях. Хотя основной принцип моих рассказов – максимальная простота, но, видимо, от парочки-другой  аэродинамических определений  нам все равно никуда не деться. Однако уж совсем в дебри мы конечно не полезем, я думаю… 🙂 Итак начнем.

угол атаки

Определение угла атаки

Говорить будем для удобства об уже известном нам профиле крыла, и вы уже знаете, что это справедливо для крыла в целом.

В одной из предыдущих статей  мы говорили о подъемной  силе, образующейся при обтекании несимметричного профиля, расположенного для простоты понимания  параллельно потоку (т.е. упрощенный вариант). На самом деле любое крыло ( т.е. само собой профиль) расположено под углом к нему.  Таким образом существует такое очень важное понятие, как угол атаки. Определим его поточнее.

Минимальное расстояние по прямой от носика профиля до его законцовки (между точками А и В) – это хорда профиля. А угол между хордой и направлением движения набегающего потока – это и есть угол атаки α. Поток при этом рассматриваем  спокойным, то есть невозмущенным. На будущее замечу, что поток может быть ламинарным, когда он течет плавно, без перемешивания близлежащих слоев и турбулентным, когда возникают вихри и перемешивание слоев.

угол атаки

Аэродинамическая сила

И вот здесь можно раскрыть маленький секрет :-). На самом деле нет подъемной силы, как самостоятельной величины. Но я здесь вас, конечно, не обманывал. Просто кроме подъемной (Y) есть еще одна сила аэродинамического характера. Это сила сопротивления воздуха (X). Сопротивление имеет немалую величину и особенно при наличии угла атаки ее нельзя не учитывать. Обе эти силы в сумме составляют величину, которая называется полная аэродинамическая сила (R). Вот она-то как раз и воздействует на профиль крыла. Приложена она в точке с названием центр давления. Почему давления? Потому что воздух «давит» на профиль посредством этой самой силы.

С введением понятия угол атаки возникает еще одна вещь, которая очень важна и о ней нельзя не упомянуть. При движении профиля под углом к набегающему потоку этот поток  как бы скашивается и приобретает некоторое  движение  вниз. Поскольку воздух имеет определенную массу, то по закону сохранения импульса на профиль будет действовать сила, направленная в обратном направлении (т.е. практически вверх), и от величины этой массы зависящая. Она тоже будет участвовать в формировании полной аэродинамической силы, а значит и подъемной силы профиля, хотя ясно, что сама она имеет несколько иную природу образования, нежели та, о которой мы говорили здесь.

При обтекании профиля (как несимметричного, так и любого другого) эти два вида подъемной силы как бы дополняют друг друга, причем решающую роль (по величине) теперь играет сила, возникающая в результате наличия угла атаки. Подъемная сила, возникающая согласно закону Бернулли играет уже второстепенную роль, что и происходит на реальном самолете.

Благодаря этому явлению, летать может практически любая, даже плоская пластинка. Для этого одно требование: должен быть угол атаки. Как только пластина становится  непараллельной набегающему потоку, сразу возникают вышеупомянутые аэродинамические силы и процесс пошел… Вот какое вобщем-то важное понятие, оказывается угол атаки.

Заканчивая эту статью, скажу, как и раньше. Мы сегодня упомянули всего несколько терминов и определений из королевы авиационных наук аэродинамики. Всего лишь упомянули! На самом же деле эта наука  настолько же сложна, насколько и интересна. Однако восхитительная красота авиации доступна любому человеку, даже несведущему в аэродинамике… 🙂

P.S. В заключение предлагаю посмотреть небольшой ролик, неплохо иллюстрирующий обтекание профиля в зависимости от угла атаки и силы, действующие на него. Красным показано повышенное давление, синим пониженное.

P.S.S. Две иллюстрации, использованные в этой статье взяты с ресурса http://www.rcdesign.ru/articles/avia/wings_profile. Спасибо их автору Константину Бочкову.

This entry was posted in АЭРОДИНАМИКА. ЭЛЕМЕНТАРНО. and tagged , , . Bookmark the permalink.

67 Комментариев: Угол атаки и аэродинамические силы. Раскрываем маленький секрет.

  1. svats говорит:

    тема Скорость А-320 при пикировании под углом 45 градусов

  2. svats говорит:

    профи пилоты не врубаются в эту тему гы гы гы:))
    http://www.forumavia.ru/forum/0/2/606194436532157534941427449302_6.shtml

  3. наталия говорит:

    Юрий, добрый день. Очень хочу попросить Вас также доступно объяснить вопрос набора высоты самолетом(снижение) посредством изменения угла тангажа и при этом необходимости балансировочного положения.Совсем запуталась, требуется помощь….Спасибо.

    • Юрий говорит:

      Упрощенно, я думаю, будет так… Самолет в прямолинейном полете. Сбалансирован. Для перехода в набор отклоняется стабилизатор (руль высоты). Появляется управляющая сила, которая поворачивает самолет вокруг поперечной оси. В процессе этого поворота самолет поднимает нос (тангаж) до тех пор пока сила эта не будет скомпенсирована и самолет опять не окажется сбалансированным в таком положении. При этом тяга двигателя, направленная вдоль продольной оси самолета меняет свое направление на угол, равный углу тангажа. Ее вертикальная составляющая поднимает самолет вверх, а горизонтальная продолжает двигать вперед. Самолет набирает высоту с углом тангажа (если конечно тяга достаточна по величине для этого).
      Как-то так :-). Если есть вопросы пишите.

  4. tim говорит:

    Здравствуйте, Юрий. У меня есть пару вопросов. Буду очень благодарен, если проясните для меня.
    1. Как происходит отрыв самолета от ВПП? Правильно я понимаю, что на определенной скорости пилот воздействует на руль направления, из-за чего создается момент, который поднимает нос самолета, тем самым увеличивая угол атаки и создавая высокую по величине подъемную силу?
    2. Является ли угол атаки постоянной величиной во время полета? Т.е. зависит ли он от угла тангажа? По сути же самолет летит в то направление, куда он «смотрит», а значит и поток воздуха относительно профиля крыла не меняется, т.е. угол атаки остается постоянным.
    3. Почему самолеты при взлете используют довольно большие углы? И как вообще возможен такой взлет, как на этом видео https://www.youtube.com/watch?v=EniTCmJlVEo ?
    Почему не происходит срыв потока? Ведь если подъемная сила перпендикулярна направлению движения, то при таких углах она будет толкать самолет «назад» сильнее, чем «вверх». Такое ощущение, боинг на этом видео поднимается исключительно за счет реактивной тяги 🙂

    Спасибо!

    • Юрий говорит:

      Здравствуйте! 1. Правильно. Но главная цель отклонения руля направления — это изменение направления вектора тяги двигателя (а значит и направления движения — вверх), хотя подъемная сила тоже конечно меняется. Теоретически самолет может взлететь и без подъема переднего колеса (если позволит масса и длинна ВПП). Вертикальная составляющая тяги при отклонении руля направления помогает при взлете. 2.Нет не является. Угол атаки зависит от направления потока по отношению к крылу, т.е. зависит от тангажа тоже. Не обязательно «куда смотрит», все зависит от режима полета. Видели, наверное, на авиашоу полеты на больших углах: смотрит вверх, а летит прямо. 3. В принципе для более быстрого взлета, освобождения полосы и пространства вокруг полосы, более быстрого освобождения зоны аэропорта, набора положенной высоты. А в общем многое зависит от условий аэропорта, свойств самолета, обученности экипажа и др. Показанное в ролике — это конечно для шоу. В штатном варианте так круто не делается, здесь близко к предельным режимам. Такой взлет возможен при наличии эффективной механизации крыла и большой мощности двигателей. Возможность летать на больших углах дают в первую очередь предкрылки, плюс различные технические устройства для управления пограничным слоем. Они отодвигают возможность срыва на более низкие скорости. А подъемная сила вовсе не обязательно перпендикулярна направлению движения, даже чаще всего именно не перпендикулярна. Все зависит от распределения сил давления и разрежения на пофиле. На больших углах атаки (тангажа) она чаще всего наклонена именно вперед. Для того, чтобы понять, как будет лететь самолет нужно рассматривать все силы, на него действующие в комплексе. На видео боинг движется по такой траектории по большей части именно за счет тяги, при этом в воздухе его держит подъемная сила, величину которой (срыв) контролирует механизация крыла.

  5. Максим говорит:

    Кстати Юрий, многим бы было интересно почитать, а лучше посмотреть, про элементы высшего пилотажа и немного раскрыть секреты их выполнения. Подумайте как будет время. Заранее спасибо.

  6. Максим говорит:

    Юрий, извините если пропустил тему, но листая сайт не нашёл ничего про классификацию самолётов. Я слышал такие слова как: монокок, высотоплан, низкоплан, биплан, триплан. Очень хотелось бы про это узнать.

  7. Максим говорит:

    Здравствуйте Юрий! Мне хотелось бы понять как принято рассуждать о угле атаки крыла. Вопрос 1. Я понимаю так: если взять профиль крыла и провести по крылу горизонтальную линию с точкой 0 в центре крыла(чтобы мне понять возьмём слева от точки -«тупая» часть крыла, справа-«острая»), то положительный угол атаки(«тупой» части крыла) это-вверх(когда самолёт взлетает),отрицательный-вниз. Верно или нет?
    Вопрос 2. Когда говорят «увеличить» угол атаки крыла-это значит крыло вверх(когда наш самолёт взлетает)? Я правильно мыслю?
    Вопрос 3. Увеличение или уменьшение угла атаки крыла происходит по сравнению с чем? Или лучше так-относительно чего?
    Задаю вопрос потому, что читая старую «советскую» книжку по аэродинамике плохо разобрался с точностью понимания именно про + и — угол атаки. А так же из беседы с бывшим лётчиком на работе. Хочу узнать что я неверно понял, чтобы не показаться тупым перед человеком спрашивая его по сто раз.
    С уважением, Максим.

    • Юрий говорит:

      Прошу прощения за поздний ответ. Был в отъезде.
      В общем-то все правильно Вы говорите. Линия через профиль крыла — это так называемая хорда профиля (только точка 0 на ней в этом вопросе нам не нужна). Угол между хордой и направлением скорости набегающего потока — это и есть угол атаки. Для летательного аппарата скорость набегающего потока заменяют на скорость полета (что в общем то же самое, только направление противоположное). Увеличить угол атаки — носок крыла (тупой) вверх, уменьшить — вниз. Так рассуждают обычно при положительных углах атаки, которые бывают при нормальных режимах полета. Когда хорда совпадает (по наклону) со скоростью полета, угол атаки равен нулю. Далее, говоря простым языком, когда хорда отклоняется вверх, т.е. над вектором скорости полета образуется положительный угол атаки, если вниз, т.е. под вектором скорости — отрицательный угол (т.е. это угол с вершиной в «острой» законцовке профиля, одна его сторона — хорда, вторая — вектор скорости).
      Уменьшение и увеличение угла атаки происходит именно по отношению к скорости полета.
      Вот как-то так :-)… Если что-то еще непонятно — пишите, разберемся..

  8. Владимир говорит:

    Спасибо. И для любителей, и для профессионалов есть много интересного. И самое главное, всё очень доходчиво излагаете. Не каждый так смог бы. Читал статьи и вспомнил нашу КАЧУ, там только так просто могли рассказывать о сложном.

  9. Александр говорит:

    Если можно, то ответьте пожалуйста на такой вопрос: индикатор «сваливание» загорается в случае если скорость мала (близка к скорости сваливания) или это зависит и от угла пикирования. Например, при очень крутом пикировании.
    И второй вопрос: при повороте штурвала( например,влево), на педаль не нажимаем, ВС даёт левый крен с поворотом влево. Чтобы «помахать» крыльями, вероятно, надо парировать возникающий одновременно с креном поворот соответствующей педалью? Мне кажется, что только поворотом штурвала «помахать» крыльями не получится. Или будет рыскание.

  10. Николай Китаев говорит:

    Удивительное дело — не смотря на то, что и сам специалист в этой области, а все таки нашел для себя кое-что новое.

    У вас очень легкий стиль изложения. Это дорого стоит.

    А еще говорят, что настоящий знаток всегда сможет объяснить простым языком так, чтобы его поняли. У вас получается.

    Спасибо!

    • admin говорит:

      Не за что :-).. Приятно слышать, особенно от людей компетентных, что получается объяснить просто. В этом и цель… Жаль, что все знать невозможно :-). Но стремиться к этому конечно нужно, особенно, если интересно…

  11. тристар говорит:

    Конечно огромная благодарность за сайт!
    Такого количества интересной информации трудно найти в одном месте.
    В то же время привожу определение хорды крыла по книге В.Л.Готтесмана:
    Хордой крыла называют условную линию, проводимую на профиле. Отно-
    сительно хорды делают отсчеты, необходимые при аэродинамическом расчете, а также ведут построение профиля. В зависимости от формы профиля различают в н у т р е н н ю ю хорду (для двояковыпуклых профилей) и в н е ш н ю ю (для остальных).
    Внутреннюю хорду проводят через две НАИБОЛЕЕ УДАЛЕННЫЕ точки профиля (фиг.17,а), а внешнюю — через хвостик профиля касательно к нижней его поверхности (фиг.17,б).
    Длину хорды определяют как расстояние между перпендикулярами к ней, проведенными через носик и хвостик профиля.
    Прошу без обид, даже можно не выставлять в комментариях, но в определении хорды все же должны быть уточнения.
    С большим уважением к проводимой Вами работе.

    • admin говорит:

      Да ну, какие же обиды :-)… Мы оба правы, просто моя вариация более упрощена (по определению сайта). Читатели прочтут и мою простую версию и Вашу дополненную. Как говорится, все для общей пользы :-). Спасибо.

  12. Владимир говорит:

    От студентов Санкт-Петербургского Государственного Университета Гражданской Авиации большое спасибо!

  13. Сергей говорит:

    Здравствуйте! Может для Ваших статей подойдут такие пояснения: http://www.el-aero.ru/download/Produvka_vinta_777.07.1.jpg
    Просто и наглядно. Буду рад — если оказался полезен.

  14. Людмила говорит:

    Теперь будем с внуком правильно запускать летающие тарелки, используя ваши объяснения.

  15. kris1961 говорит:

    Как всегда отличная стать. Ждем новых работ.

  16. Игорь говорит:

    У вас удивительный талант рассказывать о сложных вещах простым и понятным языком! Интересная, познавательная и доходчивая статья, спасибо!

    • admin говорит:

      Вам спасибо! 🙂 Заходите. Статьи у меня не так часты, как хотелось бы, но будут появляться регулярно. Надеюсь будет интересно :-)…

  17. Татьяна говорит:

    Да согласна сайт не для простых людей. Хотя мне тоже бы интересно. Спасибо.

    • admin говорит:

      Да ладно, Таня :-). Мы все простые люди :-). А интересно, я думаю, будет всем. Кому-то теория, кому-то интересные приключения…

  18. irinasalaeva говорит:

    Интересно!! Мужу покажу, он любитель этого дела!

  19. Мария говорит:

    Интересный сайт.Успехов

  20. евгений говорит:

    Эта статья сразу напомнила мне детство. Занимался в кружке авиамоделизмом. Эту теорию тоже проходили.Было интересно и главное — они летали!

  21. Ната говорит:

    Хм,сайт будет очень интересен авиационным Вузам.Доходчиво написано,хоть я в физике и не сильна.Покажу брату-он в авиационный собирается поступать.

    • admin говорит:

      На самом деле я очень стараюсь не усложнять. Девиз сайта — простота и чтобы интересно было всем. Как любителям, так кстати и «нелюбителям» авиации :-). Все это в планах. Заходите в гости…

  22. Андрей говорит:

    Серьезная тема такую мог затронуть только очень знающий человек

  23. Александр говорит:

    Нашел первый блог по авиационной тематике. Я в молодости работал на заводе, где собирали МИГи и любовь к таким титановым хищникам осталась на вcю жизнь.
    Внесу сайт в закладки, буду к нему возвращаться.

  24. Марина говорит:

    Хорошая статья. Начинаю понимать физику. Жаль, что вас не было в школе .

  25. Александр говорит:

    Здравствуйте!
    1. Передал ссылку на Ваш сайт студентам авиационного института.
    2. Сайт встречен с интересом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *