Presentación de elevación de ala de avión. El ala de un avión está diseñada para crear sustentación. Observaciones y experimentos

Etapa de la escuela secundaria Skalistovskaya I-III

Curso electivo de física en el grado 10 Proyecto de investigación sobre el tema

"Estudio de la dependencia de las cualidades aerodinámicas del ala con su forma".

Bakhchisarai.

Supervisor:

profesor de física Dzhemilev Remzi Nedimovich

Trabajo completado: Erofeev Sergey

estudiante de 10mo grado

(Skalistovskaya educación general

escuela I - III niveles

consejo de distrito de Bakhchisaray

República Autónoma de Crimea)

Actualización de tema.

Uno de los principales problemas en el diseño de nuevos aviones es la elección de la forma óptima del ala y sus parámetros (geométricos, aerodinámicos, de fuerza, etc.). Los diseñadores de aeronaves tuvieron que lidiar con varios efectos inesperados que ocurren a altas velocidades. De ahí las formas a veces inusuales de las alas de los aviones modernos. Las alas se "doblan" hacia atrás, dándoles la apariencia de una flecha; o viceversa, las alas se barren hacia atrás.

El objeto de nuestro estudio es la sección de física aerodinámica: esta es la sección de aeromecánica, que estudia las leyes del movimiento del aire y otros gases y su interacción de fuerza con cuerpos sólidos en movimiento.

El tema del estudio es determinar la magnitud de la sustentación del ala en un cierto

velocidad del flujo de aire en relación con el ala. Una de las principales razones que afectan la forma del ala es el comportamiento completamente diferente del aire a altas velocidades.

La aerodinámica es una ciencia experimental. Hasta el momento, no hay fórmulas que permitan describir con absoluta precisión el proceso de interacción de un cuerpo sólido con un flujo de aire que se aproxima. Sin embargo, se notó que los cuerpos que tienen la misma forma (con diferentes dimensiones lineales) interactúan con el flujo de aire de la misma manera. Por lo tanto, en la lección realizaremos una investigación sobre los parámetros aerodinámicos de tres tipos de alas con la misma sección transversal, pero de diferentes formas: rectangular, barrida y barrida inversa cuando el aire fluye a su alrededor.

Las observaciones y experimentos que realizaremos nos ayudarán a comprender mejor algunos de los nuevos aspectos de los fenómenos físicos que se observan durante el vuelo de una aeronave.

La relevancia de nuestro tema radica en la popularización de la aviación, la tecnología de aviación.

Historia de la investigación.

¿Podemos sentir el aire que nos rodea? Si no nos movemos, prácticamente no lo sentimos. Cuando, por ejemplo, corremos en un automóvil con las ventanillas abiertas, el viento que golpea en la cara se asemeja a un chorro de líquido elástico. Esto significa que el aire tiene elasticidad y densidad y puede crear presión. Nuestro antepasado lejano no sabía nada acerca de los experimentos que prueban la existencia de la presión atmosférica, pero entendió intuitivamente que si agitas los brazos con mucha fuerza, podrás impulsarte desde el aire, como un pájaro. El sueño de volar acompaña al hombre desde que tiene memoria. Esto se evidencia en la famosa leyenda de Ícaro. Muchos inventores han intentado despegar. En diferentes países y en diferentes momentos hubo numerosos intentos de conquistar el elemento aire. El gran artista italiano Leonardo da Vinci esbozó un proyecto para un avión propulsado únicamente por la fuerza muscular humana. Sin embargo, la naturaleza no permitió que el hombre volara como un pájaro. Pero ella lo recompensó con inteligencia, lo que ayudó a inventar un aparato más pesado que el aire, capaz de levantarse del suelo y levantarse no solo a sí mismo, sino también a una persona con cargas.

¿Cómo se las arregló para crear una máquina así? ¿Qué mantiene al avión en el aire? La respuesta es obvia: alas. ¿Qué guarda las alas? El avión se precipita hacia adelante, acelera, surge una fuerza de sustentación. Con suficiente velocidad, levantará nuestro avión del suelo y lo sostendrá durante el vuelo.

Los primeros estudios teóricos y resultados importantes se llevaron a cabo a finales de los siglos XIX y XX por los científicos rusos N. E. Zhukovsky y S. A. Chaplygin.

Nikolai Egorovich Zhukovsky (1847 -1921) - Científico ruso, fundador de la aerodinámica moderna. Construyó un túnel de viento a principios de siglo, desarrolló la teoría del ala de un avión. En 1890, Zhukovsky publicó su primer trabajo en el campo de la aviación, A la teoría del vuelo.

Sergei Alekseevich Chaplygin (1869 - 1942) Científico soviético en el campo de la mecánica teórica, uno de los fundadores de la hidroaerodinámica moderna. En su trabajo "Sobre los chorros de gas", dio una teoría de los vuelos de alta velocidad, que sirvió como base teórica para la aviación moderna de alta velocidad.

“Un hombre no tiene alas y, en relación al peso de su cuerpo al peso de sus músculos, es 72 veces más débil que un pájaro... Pero creo que volará, confiando no en la fuerza de sus músculos, sino en la fuerza de su mente.

NO. Zhukovsky

Fundamentos de la aerodinámica. Conceptos básicos.

Un túnel de viento es una instalación que crea un flujo de aire para el estudio experimental del flujo de aire alrededor de los cuerpos.

Los experimentos en un túnel de viento se llevan a cabo sobre la base del principio de reversibilidad del movimiento: el movimiento de un cuerpo en el aire puede ser reemplazado

el movimiento de un gas con respecto a un cuerpo estacionario.

El ala de un avión es la parte más importante de un avión, la fuente de sustentación que hace posible volar un avión. Diferentes aviones tienen diferentes alas, que difieren en tamaño, forma y posición en relación con el fuselaje.

La envergadura es la distancia entre los extremos del ala en línea recta.

Área del ala S- es el área delimitada por los contornos del ala. El área del ala en flecha se calcula como el área de dos trapecios.

S = 2 · · = bav · ɭ [m2] (1)

La fuerza aerodinámica total es la fuerza R con la que el vehículo que se aproxima

el flujo de aire actúa sobre un cuerpo sólido. Al expandir esta fuerza en componentes verticales Fy y horizontales Fx (Fig. 1), obtenemos la fuerza de sustentación del ala y la fuerza de su arrastre, respectivamente.

Descripción del experimento.

Para aumentar la claridad de las demostraciones y el análisis cuantitativo de los experimentos en curso, utilizaremos un dispositivo de medición para determinar el valor numérico de la sustentación del ala. El dispositivo de medición consiste en un marco de metal en el que se fija una flecha con una palanca desigual. Al dirigir el flujo de aire sobre el modelo de ala, se produce el equilibrio de la palanca, la flecha se mueve a lo largo de la escala que indica el ángulo de desviación del ala con respecto a la horizontal.

Los modelos Wing están hechos de espuma de 140 ͯ 50 mm. Las alas de los aviones modernos pueden tener forma rectangular, en flecha o en flecha inversa.

El modelo para medir la magnitud de la elevación del ala incluye los siguientes bloques principales (Fig. 4.):

túnel de viento;

Dispositivo de medición;

Una plataforma fija en la que se fijan los dispositivos anteriores.

Realización de un experimento.

El modelo funciona así:

Para el experimento, el modelo de ala se sujeta a la palanca y se coloca a una distancia de 20-25 cm del túnel de viento. Dirija el flujo de aire hacia el modelo de ala y observe cómo se eleva. Cambia la forma del ala. Volvemos a equilibrar la palanca para que el modelo tome su posición original y determinemos la cantidad de sustentación, a la misma velocidad del flujo de aire.

Si la placa se instala a lo largo del flujo (el ángulo de ataque es cero), entonces el flujo será simétrico. En este caso, el flujo de aire no es desviado por la placa y la fuerza de elevación Y es cero. La resistencia X es mínima, pero no cero. Será creado por las fuerzas de fricción de las moléculas de aire en la superficie de la placa. La fuerza aerodinámica total R es mínima y coincide con la fuerza de arrastre X.

A medida que el ángulo de ataque aumenta gradualmente y la pendiente del flujo aumenta, la fuerza de sustentación aumenta. Obviamente, la resistencia también está creciendo. Cabe señalar aquí que en ángulos de ataque bajos, la fuerza de sustentación crece mucho más rápido que la resistencia.

Ala rectangular.

• Masa alar m ≈ 0,01 kg;
• ángulo de desviación del ala α = 130, g ≈ 9,8 N/kg.

Área del ala S= 0,1 0,027 = 0,0027 m2

Fuerza de sustentación del ala Ru = = 0,438 N

Resistencia frontal Rх = = 0,101 N

K \u003d Fu / Fx \u003d 0.438 / 0.101 \u003d 4.34

Cuanto mayor es la calidad aerodinámica del ala, más perfecta es.

• A medida que aumenta el ángulo de ataque, se vuelve más difícil que el flujo de aire fluya alrededor de la placa. La fuerza de elevación, aunque sigue aumentando, pero más lentamente que antes. Pero la resistencia crece cada vez más rápido, superando gradualmente el crecimiento de la sustentación. Como resultado, la fuerza aerodinámica total R comienza a desviarse hacia atrás. La imagen está cambiando dramáticamente.

Las corrientes de aire no pueden fluir suavemente alrededor de la superficie superior de la placa. Se forma un poderoso vórtice detrás de la placa. La sustentación cae bruscamente y la resistencia aumenta. Este fenómeno en aerodinámica se llama STALL. Un ala "arrancada" deja de ser ala. Deja de volar y empieza a caer.

En nuestro experimento, ya en el ángulo de desviación del ala α = 600 y más, el ala se detiene; no vuela, g ≈ 9,8 N/kg

Elevación del ala Ry = = 0,113 N

Resistencia frontal Rх = = 0,196 N

Calidad aerodinámica del ala K = 0,113/0,196 = 0,58

Ala de flecha.

Masa alar m ≈ 0,01 kg;

ángulo de desviación del ala α = 200, g ≈ 9,8 N/kg

Área del ala S= 0,028 m2

Fuerza de sustentación del ala Ru = = 0.287 N

Resistencia frontal R x \u003d \u003d 0.104 N

Calidad aerodinámica del ala

K \u003d Fu / Fx \u003d 0.287 / 0.104 \u003d 2.76

Ala con barrido inverso.

Masa alar m ≈ 0,01 kg;

ángulo de desviación del ala α = 150, g ≈ 9,8 N/kg

Área del ala S= 0,00265 m2

Fuerza de sustentación del ala Ru = = 0.380 N

Resistencia frontal Rx \u003d \u003d 0.102 N

Calidad aerodinámica del ala

K \u003d Fu / Fx \u003d 0.171 / 0.119 \u003d 3.73

Análisis de experimentos

Al analizar el experimento y los resultados obtenidos, partimos de la tesis de que cuanto mayor es la calidad aerodinámica del ala, mejor es.

En el primer caso de nuestro experimento, las mejores alas fueron un ala rectangular y un ala inclinada hacia atrás. La principal ventaja de un ala recta es su elevado coeficiente de sustentación K = 4,34. Para un ala en flecha, el coeficiente de sustentación es K = 2,76 y, en consecuencia, el ala en flecha inversa tiene un coeficiente de sustentación igual a K = 3,73. Por lo tanto, resultó que el mejor ala resultó ser un ala rectangular y un ala inclinada hacia atrás.

Repitieron su experiencia con una mayor fuerza del flujo de aire: en este caso, las cualidades aerodinámicas del ala recta y el ala en flecha invertida disminuyeron K = 2.76 y K = 1.48 bastante, pero la calidad aerodinámica del ala en flecha cambió ligeramente. K = 2,25.

Al analizar los resultados obtenidos para el ala en flecha, notamos que con un aumento en la velocidad del flujo de aire, la resistencia del ala aumenta bastante lentamente, mientras que el coeficiente de sustentación se mantiene casi sin cambios.

En este artículo, estudiamos la dependencia de la fuerza de sustentación del ala solo en su forma en planta. En vuelo real, la fuerza de sustentación de un ala también depende de su área, perfil, así como del ángulo de ataque, velocidad y densidad de flujo, y de una serie de otros factores.

Para que el experimento sea limpio, se deben cumplir las siguientes condiciones.

• el flujo de aire se mantuvo constante;
• el eje del ala y el eje del túnel de viento coincidieron.
• la distancia desde el extremo del tubo hasta el punto de unión del ala era siempre la misma;

• PD Kudryavtsev. Y YO. confederados. Historia de la física y la tecnología. Libro de texto para estudiantes de institutos pedagógicos. Editorial Estatal Educativa y Pedagógica del Ministerio de Educación de la RSFSR. Moscú 1960
• Física. Conozco el mundo. Enciclopedia infantil. Moscú. AST. 2000
• V. B. Baidakov, A. S. Klumov. Aerodinámica y dinámica de vuelo de aeronaves. Moscú. "Ingeniería", 1979
• Gran enciclopedia soviética. 13. Tercera edición. Moscú "Enciclopedia soviética", 1978

Edad: 14 años

Lugar de estudio: MBOU LAP №135

Ciudad, región: Samara, 63

Jefe: Samsonova Natalya Yurievna, profesora de física.

Trabajo de investigación histórica "Avión de papel: diversión infantil e investigación científica"

Introducción____________________________________________________ 2

Metas y objetivos _________________________________________________________3-4

Parte principal ________________________________________________________5-12

La fuerza de sustentación del ala del avión _____________________________________________ 5-8

La historia del desarrollo de aviones ________________________________________________9-10

Factores que influyen en la fuerza de sustentación del ala de un avión ________________________ 10

Factores que influyen en el rango de vuelo ______________________________________ 10

Factores que afectan el tiempo de vuelo ___________________________________________10

Observaciones y experimentos _____________________________________________________________ 10-12

Metodología________________________________________________________________________________12

Conclusión _____________________________________________________________13

Bibliografía_______________________________________________ 14

Introducción

La gente siempre ha soñado con volar. Haz alas como pájaros, insectos, murciélagos. ¡Cuántas criaturas vivientes diferentes se transportan en el aire, pero una persona no puede!

Inventores audaces intentaron hacer alas para las personas. Pero nadie podría volar con tales alas. El hombre no tenía la fuerza suficiente para levantarse en el aire. En el mejor de los casos, los inventores lograron aterrizar con seguridad en el suelo, deslizándose con sus alas desde una montaña o una torre alta. Esto no requirió fuerza.

Cada vez que veo un avión, un pájaro plateado que se eleva hacia el cielo, admiro el poder con el que vence fácilmente la gravedad de la tierra y surca el océano celestial y me hago preguntas:

• ¿Cómo debe construirse el ala de un avión para soportar una gran carga?
• ¿Cuál debería ser la forma óptima de un ala que corta el aire?
• ¿Qué características del viento ayudan a un avión en su vuelo?
• ¿Qué velocidad puede alcanzar el avión?

El hombre siempre ha soñado con elevarse al cielo “como un pájaro” y desde la antigüedad ha tratado de hacer realidad su sueño. En el siglo XX, la aviación comenzó a desarrollarse tan rápidamente que la humanidad no pudo salvar muchos de los originales de esta compleja tecnología. Pero muchas muestras se han conservado en museos en forma de modelos reducidos, dando una imagen casi completa de las máquinas reales.

Elegí este tema porque ayuda en la vida no solo a desarrollar el pensamiento técnico lógico, sino también a unir las habilidades prácticas de trabajar con papel, ciencia de materiales, tecnología para diseñar y construir aeronaves. Y lo más importante es la creación de tu propio avión.

presentamos hipótesis - se puede suponer que las características de vuelo de la aeronave dependen de su forma.

Utilizamos los siguientes métodos de investigación:

• estudio de la literatura científica;
• Obtención de información en Internet;
• Observación directa, experimentación;
• Creación de modelos piloto experimentales de aeronaves;

Objetivo y tareas

Objetivo: Diseñar aeronaves con las siguientes características: alcance máximo y duración del vuelo.

Tareas:

Analizar información obtenida de fuentes primarias;

Estudiar los elementos del antiguo arte oriental del aerogami;

Para familiarizarse con los conceptos básicos de la aerodinámica, la tecnología de diseño de aviones a partir de papel;

Probar los modelos construidos;

Desarrollar habilidades para el correcto y efectivo lanzamiento de modelos;

Como base de mi investigación, tomé una de las áreas del arte del origami japonés: aerogami(del japonés "gami" - papel y latín "aero" - aire).

La aerodinámica (del griego aer - aire y dinamis - fuerza) es la ciencia de las fuerzas que surgen del movimiento de los cuerpos en el aire. El aire, debido a sus propiedades físicas, resiste el movimiento de los cuerpos sólidos en él. Al mismo tiempo, surgen fuerzas de interacción entre los cuerpos y el aire, que son estudiadas por la aerodinámica.

La aerodinámica es la base teórica de la aviación moderna. Cualquier avión vuela, obedeciendo las leyes de la aerodinámica. Por lo tanto, para un diseñador de aeronaves, el conocimiento de las leyes básicas de la aerodinámica no solo es útil, sino simplemente necesario. Mientras estudiaba las leyes de la aerodinámica, realicé una serie de observaciones y experimentos: "Selección de la forma de un avión", "Principios para crear un ala", "Soplo", etc.

Diseño.

Doblar un avión de papel no es tan fácil como parece. Las acciones deben ser seguras y precisas, los pliegues, perfectamente rectos y en los lugares correctos. Los diseños simples perdonan, mientras que en los diseños complejos un par de ángulos imperfectos pueden llevar el proceso de montaje a un callejón sin salida. Además, hay casos en los que el pliegue debe ser intencionalmente poco preciso.

Por ejemplo, si uno de los últimos pasos requiere doblar una estructura de sándwich gruesa por la mitad, el pliegue no funcionará a menos que haga una corrección del grosor al comienzo del pliegue. Tales cosas no se describen en diagramas, vienen con la experiencia. Y la simetría y la distribución precisa del peso del modelo determinan qué tan bien volará.

El punto clave en la "aviación de papel" es la ubicación del centro de gravedad. Al crear varios diseños, propongo hacer que la nariz del avión sea más pesada colocando más papel en ella, para formar alas, estabilizadores y una quilla de pleno derecho. Entonces el avión de papel se puede controlar como uno real.

Por ejemplo, a través de la experimentación, descubrí que la velocidad y la trayectoria de vuelo se pueden ajustar doblando la parte posterior de las alas como aletas reales, girando ligeramente la quilla de papel. Tal control es la base de las "acrobacias aéreas de papel".

Los diseños de aeronaves varían significativamente según el propósito de su construcción. Por ejemplo, los aviones para vuelos de larga distancia se asemejan a la forma de un dardo: son igualmente estrechos, largos, rígidos, con un cambio pronunciado en el centro de gravedad hacia la nariz. Los aviones para los vuelos más largos no son rígidos, pero tienen una gran envergadura y están bien equilibrados. El equilibrio es extremadamente importante para los aviones lanzados desde la calle. Deben mantener la posición correcta, a pesar de las fluctuaciones desestabilizadoras en el aire. Las aeronaves lanzadas en interiores se benefician de un centro de gravedad con el morro hacia abajo. Dichos modelos vuelan más rápido y más estables, son más fáciles de lanzar.

Pruebas

Para lograr altos resultados al principio, es necesario dominar la técnica de lanzamiento correcta.

• Para enviar el avión a la distancia máxima, debe lanzarlo hacia adelante y hacia arriba en un ángulo de 45 grados tanto como sea posible.
• En las competiciones de tiempo de vuelo, debes lanzar el avión a la altura máxima para que se deslice durante más tiempo.

El lanzamiento al aire libre, además de problemas adicionales (viento), genera ventajas adicionales. Usando corrientes ascendentes de aire, puede hacer que el avión vuele increíblemente lejos y durante mucho tiempo. Una fuerte corriente ascendente se puede encontrar, por ejemplo, cerca de un gran edificio de varios pisos: golpeando una pared, el viento cambia de dirección a vertical. Se puede encontrar una bolsa de aire más amigable en un día soleado en un estacionamiento. El asfalto oscuro se calienta mucho y el aire caliente que se encuentra sobre él se eleva suavemente.

Parte principal.

1.1 Elevación de alas de aeronaves.

Lo que las corrientes en movimiento no hacen, incluso empujan los barcos juntos. ¿Es posible usar su poder para levantar cuerpos? Los automovilistas saben que a alta velocidad la parte delantera del automóvil puede despegarse de la carretera, como si fuera a despegar. Incluso pusieron anti-alas para evitar que esto suceda. ¿De dónde viene la fuerza de sustentación?

Aquí no podemos prescindir de algo como un ala. El ala más simple es, quizás, una cometa (Fig. 216). ¿Cómo vuela? Recuerda que tiramos de la cometa por la cuerda, creando un viento que corre sobre su plano o ala. Denotemos el plano del ala AB, la tensión de la cuerda Q, el peso propio de la cometa P, la resultante de estas fuerzas R, 1

El viento AB que corre sobre el plano de la cometa, reflejándose en él, crea una fuerza de sustentación R, que, para que la cometa no caiga, debe ser igual a R, y preferiblemente mayor, para que la cometa se eleve. ¿Sientes que no todo es tan simple cuando se trata de volar? Aún más difícil que con una cometa, la situación es con la fuerza de sustentación del ala de un avión.

La sección del ala del avión se muestra en la Fig. 217 a.La práctica ha demostrado que para llevar a cabo el levantamiento, el ala de la aeronave debe ubicarse de modo que haya un cierto ángulo a - el ángulo de ataque, entre su línea inferior y la dirección de vuelo. Este ángulo es cambiado por la acción del elevador.

Durante el vuelo horizontal, el ángulo a no supera los 1-1,5 °, mientras que el aterrizaje es de unos 15 °. Resulta que en presencia de tal ángulo de ataque, la velocidad del flujo de aire alrededor del ala desde arriba será mayor que la velocidad ^/^ del flujo alrededor de la superficie inferior del ala. En la fig. 217 y esta diferencia de velocidades está marcada por la diferente densidad de la línea de corriente.

Arroz. 217. ¿Cómo surgen la fuerza de sustentación del ala (a) y las fuerzas que actúan sobre la aeronave (b)?

Pero, como ya sabemos, en ese lugar del flujo, donde la velocidad es mayor, la presión es menor, y viceversa. Por lo tanto, cuando el avión se mueve en el aire, habrá una presión reducida por encima de la superficie superior del ala y una presión mayor por encima de la inferior. Esta diferencia de presión hace que una fuerza hacia arriba R actúe sobre el ala.

La componente vertical de esta fuerza, la fuerza F, es una fuerza de sustentación dirigida contra el peso del cuerpo P. Si esta fuerza es mayor que el peso de la aeronave, ésta se elevará. La segunda componente Q es la resistencia frontal, es superada por el empuje de la hélice.

En la fig. 217, b muestra las fuerzas que actúan sobre la aeronave durante el vuelo uniforme horizontal: F, - fuerza de sustentación, P - peso de la aeronave, F., - arrastre y F - empuje de la hélice.

El científico ruso, profesor N. E. Zhukovsky (1847-1921), hizo una gran contribución al desarrollo de la teoría del ala y, de hecho, de la teoría aerodinámica en general. Incluso antes de los vuelos humanos, Zhukovsky dijo palabras interesantes: “El hombre no tiene alas y, en relación con el peso de su cuerpo y el peso de los músculos, es 72 veces (!) Más débil que un pájaro. Pero creo que volará, confiando no en la fuerza de sus músculos, sino en la fuerza de su mente.

Arroz. 218. La forma de las alas en términos de M< 1 и М > 1

La aviación ha cruzado durante mucho tiempo la barrera del sonido, que se mide por el llamado número de Mach - M. A velocidad subsónica M< 1, при звуковой М = 1, при сверхзвуковой М >1. Y la forma del ala ha cambiado: se ha vuelto más delgada y afilada. La forma de las alas también ha cambiado. Las alas subsónicas son rectangulares, trapezoidales o elípticas. Las alas transónicas y supersónicas son barridas, deltoides (como la letra griega "delta") o triangulares (Fig. 218). El hecho es que cuando un avión se mueve a velocidades cercanas y supersónicas, surgen las llamadas ondas de choque, asociadas con la elasticidad del aire y la velocidad de propagación del sonido en él. Para reducir este fenómeno nocivo, se utilizan alas de forma más afilada. El patrón del flujo de aire alrededor de las alas subsónicas y supersónicas se muestra en la Fig. 219, donde se puede ver la diferencia en su interacción con el aire.

Y los aviones supersónicos equipados con tales alas se muestran en la Fig. 220.

Arroz. 219. Patrón de flujo de aire alrededor de alas subsónicas y supersónicas

Arroz. 220. Bombardero supersónico (a) y cazas (b)

Las aeronaves con una velocidad de M > 6 se denominan hipersónicas. Sus alas están construidas de tal manera que las ondas de choque del flujo alrededor del fuselaje y el ala parecen anularse entre sí. Es por eso que la forma de las alas de tales aviones es compleja, la llamada forma de W o forma de M (Fig. 221).

Arroz. 221. Aviones hipersónicos

Arroz. 222. Evolución de las aeronaves

Historia del desarrollo de aeronaves.

Brevemente sobre la historia del vuelo humano y la evolución de los aviones (Fig. 222).

En 1882, el oficial ruso A.F. Mozhaisky construyó un avión con motor a vapor que, debido a su gran peso, no pudo despegar. Unos años más tarde, el ingeniero alemán Lilienthal realizó una serie de vuelos de planeo en un planeador de equilibrio que construyó, que se controlaba moviendo el centro de gravedad del cuerpo del piloto. Durante uno de estos vuelos, el planeador perdió estabilidad y Lilienthal murió. En 1901, los mecánicos estadounidenses, los hermanos Wright, construyeron un planeador de bambú y lino y realizaron varios vuelos exitosos en él. El planeador se lanzaba desde una suave ladera usando una catapulta primitiva, que consistía en una pequeña torre de troncos y una cuerda con una carga. En el verano, los hermanos aprendieron a volar y el resto del tiempo trabajaban en su taller de bicicletas, ahorrando dinero para continuar con los experimentos. En el invierno de 1902-1903 fabricaron un motor de combustión interna de gasolina, lo instalaron en su planeador y el 17 de diciembre de 1903 realizaron sus primeros vuelos, el más largo de los cuales, aunque duró sólo 59 segundos, demostró sin embargo que el aeronave pudo despegar y permanecer en el aire.

Habiendo mejorado el avión y logrado algunas habilidades de vuelo, los hermanos Wright en 1906 hicieron público su invento. A partir de ese momento comenzó el rápido desarrollo de la aviación en muchos países del mundo. Después de 3 años, el ingeniero francés Blériot voló un avión de su diseño a través del Canal de la Mancha, demostrando la capacidad de esta máquina para volar sobre el mar. Menos de 20 años después, un avión de un solo asiento voló de América a Europa a través del Océano Atlántico, y 10 años después, en el verano de 1937, tres pilotos soviéticos, V.P. Chkalov, G.F. Baidukov y A.V. Belyakov, en el avión de A. N. Tupolev ANT-25 voló desde Moscú a América a través del Polo Norte. Unos días más tarde, M. M. Gromov, A. B. Yumashev y S. A. Danilin, volando por la misma ruta, establecieron un récord mundial de distancia de vuelo en línea recta, cubriendo 10.300 km sin aterrizar.

Junto con el rango, la capacidad de carga, la altitud y la velocidad de los aviones crecieron. El primer avión superpesado "Ilya Muromets" fue construido en Rusia. Este gigante cuatrimotor era tan superior a todas las máquinas de aquella época que durante mucho tiempo en el extranjero no se podía creer en la existencia de semejante avión. En 1913, Ilya Muromets batió récords mundiales de alcance, altitud y carga útil.

Si la velocidad del avión de los hermanos Wright era de unos 50 km/h, entonces los aviones modernos vuelan varias veces más rápido que el sonido. Y los cohetes vuelan aún más rápido. Por ejemplo, el vehículo de lanzamiento que puso en órbita el primer satélite artificial de la Tierra tenía М>28.

1.2 Factores que afectan la fuerza de sustentación del ala de una aeronave.

1) velocidad del aire

2) forma de ala

3) densidad media

1.3 Factores que afectan el rango de vuelo.

1) peso de la aeronave

2) forma de ala

1.4 Factores que afectan el tiempo de vuelo.

1) corriente en chorro a gran altitud;

2) viento de cola, viento de frente, viento lateral;

3) forma de ala

1.5 Observaciones y experimentos.

Observaciones

La elección de la forma de la aeronave.

Experiencia #1

Conclusión:

La forma aerodinámica ayuda a mantener el avión en el aire. A medida que se desliza hacia adelante, crea sustentación. El avión se elevará hasta agotar la fuerza con la que lancé su aire. Y una simple hoja de papel tiene demasiada superficie de apoyo, lo que no favorece el vuelo adecuado.

Principios del ala.

Equipo:

• Papel;
• Dos libros.

Experiencia No. 2

Ráfaga de viento repentina:

Experiencia No. 3

Equipo:

• Papel;
• Dos libros.

Experiencia No. 4

un soplo

Equipo:

• dos tiras de papel

Conclusión:

El aire se desliza más rápido sobre la parte superior curva del ala, que tiene un borde de ataque más alto que el borde de salida (esto ayuda a que el aire se deslice fuera del ala). Por lo tanto, la presión del aire debajo del ala es más alta, por lo que empuja el ala hacia arriba. La fuerza que soporta el ala es causada por la diferencia de presión. Se llama ascensor. El flujo de aire en el ala se puede desviar hacia abajo por medio de flaps o alerones. Permiten que la aeronave despegue, realice giros y vuele a baja altura incluso a baja velocidad.

1.6 Metodología

Decidí realizar un experimento para demostrar la dependencia del tiempo de vuelo y el alcance de la forma del ala. Hice 5 modelos de aviones de papel. He lanzado aviones de la misma masa con la misma fuerza varias veces. Después de ejecutar todos los modelos, registré los resultados de las ejecuciones y el resultado promedio aritmético en la tabla. Basado en la media aritmética, encontré a los ganadores en términos de rango de vuelo y tiempo (modelo No. 2 y modelo No. 5). El tiempo de vuelo y el rango son diferentes para todos los modelos => el rango de vuelo y el tiempo dependen de la forma del ala

Conclusión

Análisis de los resultados de las pruebas:

Para evaluar los modelos, decidí usar 5

Sistema de bolas:

Basándome en la tabla, encontré la mejor opción para aviones de papel: el modelo No. 4. El modelo n.º 2 es bueno para competiciones de largo alcance, mientras que el modelo n.º 3 tiene un tiempo de vuelo más prolongado.

Durante los experimentos, no logré medir con precisión el alcance y el tiempo de vuelo de cada avión, lanzar aviones con la misma fuerza, logré medir aproximadamente el tiempo de vuelo y el alcance de cada avión.

Gracias a estas experiencias e información de Internet, pude compilar una tabla de formas transversales de las alas de los aviones y su propósito:

Lista de literatura usada

1) Antonov OK, Paton B.I. Planeadores, aviones. Ciencias. Dumka, 1990. - 503 págs.

2) El Gran Libro de Experimentos para Escolares / ed. Antonela Meyani. - M.: CJSC "ROSMEN-PRESS", 2007. - 260 p. http://www.ozon.ru/context/detail/id/121580 /

3) Mikortumov E.B., Lebedinsky M.S. modelado de aeronaves; Compendio de artículos. Manual para líderes de círculos de modelismo aeronáutico. - M. Uchpedgiz, 1960. - 144 p.

4) Nikulin A.P. Colección de los mejores modelos en papel (origami). El arte de doblar papel. - M.: Terra - Club del Libro, 2005, 68 p.

5) Svishchev G.P.. Belov A.F. Aviación: una enciclopedia. - M.: "Gran Enciclopedia Rusa", 194. - 756 p. Sukharevskaya O. N. Papiroflexia para los más pequeños. - M.: Iris Press, 2008. - 140 p.

6) Física asombrosa: lo que los libros de texto de N.V. Gulia guardaban silencio

Al hacer clic en el botón "Descargar archivo", descargará el archivo que necesita de forma gratuita.
Antes de descargar este archivo, recuerde aquellos buenos ensayos, controles, trabajos finales, tesis, artículos y otros documentos que no están reclamados en su computadora. Este es su trabajo, debe participar en el desarrollo de la sociedad y beneficiar a las personas. Encuentre estos trabajos y envíelos a la base de conocimiento.
Nosotros y todos los estudiantes, estudiantes de posgrado, jóvenes científicos que utilizan la base de conocimientos en sus estudios y trabajos le estaremos muy agradecidos.

Para descargar un archivo con un documento, ingrese un número de cinco dígitos en el campo a continuación y haga clic en el botón "Descargar archivo"

Documentos similares

Cálculo y construcción de las polares de un avión subsónico de pasajeros. Determinación de los coeficientes de arrastre mínimo y máximo del ala y fuselaje. Resumen de los arrastres perjudiciales de aeronaves. Construcción de polares y curva de coeficiente de sustentación.

documento final, agregado el 01/03/2015


Características estructurales y aerodinámicas de la aeronave. Fuerzas aerodinámicas del perfil del ala del Tu-154. Influencia de la masa de vuelo en las características del vuelo. Despegue y descenso de aeronaves. Determinación de momentos a partir de timones gas-dinámicos.

documento final, añadido el 01/12/2013


Flujo de aire alrededor de un cuerpo. Ala de aeronave, características geométricas, cuerda aerodinámica media, resistencia aerodinámica, relación sustentación/resistencia. Aeronaves polares. El centro de presión del ala y el cambio de su posición en función del ángulo de ataque.

trabajo final, agregado el 23/09/2013


Estudio de las características de despegue y aterrizaje de aeronaves: determinación de las dimensiones del ala y ángulos de barrido; cálculo del número de Mach crítico, coeficiente de arrastre aerodinámico, fuerza de sustentación. Construcción de polares de despegue y aterrizaje.

documento final, agregado el 24/10/2012


Cálculo de la fuerza del ala de una gran relación de aspecto de un avión de transporte: determinación de los parámetros geométricos y datos de peso del ala. Construcción de un diagrama de fuerzas y momentos transversales a lo largo del ala. Cálculo de diseño y verificación de la sección transversal del ala.

documento final, agregado el 14/06/2010


Características de vuelo de la aeronave Yak-40 para el caso de carga. Características geométricas de los elementos de potencia del ala. Convertir un ala compleja en un ala rectangular. Cálculo de fuerzas de carga y cargas. Determinación de tensiones en secciones de ala.

documento final, agregado el 23/04/2012


Parámetros de un avión con un ala rectangular. Determinación de ángulos de bisel en las secciones central y final del ala, con un modelo en forma de U del sistema de vórtice. Cálculo de la caída de presión máxima en la piel del ala bajo la acción de la presión total del flujo que se aproxima.

prueba, agregada el 24/03/2019

diapositiva 1

Proyecto de física sobre el tema: Completado por: Popov Ruslan, estudiante de la clase 10 "A" de la NOU "Escuela secundaria No. 38 de Russian Railways" Profesor: Valoven S. A. Michurinsk, 2008

diapositiva 2

diapositiva 3

diapositiva 4

La fuerza de sustentación del ala (la denotamos F) surge debido al hecho de que la sección transversal del ala suele ser un perfil asimétrico con una parte superior más convexa. El ala de un avión o planeador, en movimiento, corta el aire. Una parte de las corrientes del flujo de aire que se aproxima irá debajo del ala, la otra, por encima. F menú siguiente salir

diapositiva 5

La parte superior del ala es más convexa que la inferior, por lo que los jets superiores tendrán que recorrer una distancia mayor que los inferiores. Sin embargo, la cantidad de aire que ingresa al ala y fluye hacia abajo es la misma. Esto significa que las corrientes superiores, para seguir el ritmo de las inferiores, deben moverse más rápido. La presión debajo del ala es mayor que sobre el ala. Esta diferencia de presión crea la fuerza aerodinámica R, uno de cuyos componentes es la fuerza de sustentación F. menú siguiente salir

diapositiva 6

La fuerza de sustentación del ala es mayor cuanto mayor es el ángulo de ataque, la curvatura del perfil, el área del ala, la densidad del aire y la velocidad de vuelo, y la fuerza de sustentación depende de la velocidad al cuadrado El ángulo de ataque debe ser inferior al valor crítico, con un aumento en el que la sustentación desciende. menú siguiente salir α

Diapositiva 7

Al desarrollar sustentación, el ala siempre experimenta resistencia X dirigida contra el movimiento y, por lo tanto, lo frena. La fuerza de elevación es perpendicular al flujo que se aproxima. La fuerza R se llama fuerza aerodinámica total del ala. El punto de aplicación de la fuerza aerodinámica se denomina centro de presión del ala (CP). menú siguiente salida

Diapositiva 8

F = CF 2/2 S es la fórmula para calcular la sustentación, donde: F es la sustentación del ala, CF es el coeficiente de sustentación, S es el área del ala. R = CR 2/2 S es la fórmula para calcular la fuerza aerodinámica, donde: CR es el coeficiente de fuerza aerodinámica. S es el área del ala. salir del menú

Diapositiva 9

La fuerza de sustentación de la aeronave, equilibrando su peso, permite realizar el vuelo, mientras que la resistencia frontal ralentiza su movimiento. La resistencia frontal es superada por la fuerza de tracción desarrollada por la central eléctrica. Un avión necesita una planta de energía para desarrollar sustentación y moverse en el espacio. A mayor velocidad, mayor sustentación. En los aviones modernos, las alas están hechas con un diseño en flecha para que el ala no se colapse en vuelo debido a la resistencia. menú siguiente salida

diapositiva 10

El diseño de los motores de los aviones ha cambiado con el tiempo. Hay tres tipos principales de motores de avión: 1. pistón, 2. turbohélice, 3. jet. Todos estos motores difieren en velocidad y rendimiento de tracción. El motor a reacción es más avanzado. Los aviones de combate modernos con este tipo de motor superan varias veces la velocidad del sonido. menú siguiente salida

diapositiva 11

(1847 -1921) Gran científico ruso, fundador de la moderna hidromecánica y aeromecánica, "padre de la aviación rusa". Zhukovsky nació en la familia de un ingeniero ferroviario. En 1858 ingresó en el cuarto gimnasio clásico masculino de Moscú y se graduó en 1864. En el mismo año ingresó a la Facultad de Física y Matemáticas de la Universidad de Moscú, graduándose en 1868 con una licenciatura en matemáticas aplicadas. En 1882, Zhukovsky recibió el título de Doctor en Matemáticas Aplicadas. menú siguiente salida

diapositiva 12

Desde principios del siglo XX, la atención principal de Zhukovsky se dirigió al desarrollo de la aerodinámica y la aviación. En 1904, bajo su liderazgo, en el pueblo de Kuchin, cerca de Moscú, se construyó el primer instituto aerodinámico de Europa. Zhukovsky realizó un gran trabajo en la capacitación del personal de aviación: diseñadores y pilotos de aeronaves. Uno de los centros más llamativos de la emergente ciencia aeronáutica nacional fue el círculo de aeronáutica organizado por N.E. Zhukovsky en la Escuela Técnica de Moscú. Fue aquí donde los diseñadores y científicos de aviación de fama mundial comenzaron su camino creativo: A.S. Tupolev, vicepresidente Vetchinkin, B. N. Yuryev, B. S. Stechkin, A. A. Arkhangelsky y muchos otros. menú siguiente salida

diapositiva 13

En 1904, en el laboratorio Kuchinsky, Zhukovsky hizo un descubrimiento notable que sirvió de base para todo el desarrollo posterior de la aerodinámica moderna y su aplicación a la teoría de la aviación. Zhukovsky no trabajaba, solo cuando dormía. Nunca había volado en un avión en su vida. En relación con los primeros éxitos de la aviación, el científico se enfrentó a la tarea de descubrir la fuente de la fuerza de sustentación, la posibilidad de su aumento y encontrar un método matemático para su cálculo. El 15 de noviembre de 1905, Zhukovsky dio una fórmula para determinar la fuerza de sustentación, que es la base de todos los cálculos aerodinámicos de un avión. menú siguiente salida 1. Ermakov A. M. "Los modelos de aviones más simples", 1989 2. Resúmenes de la Escuela Técnica de Aviación Civil de Kirsanov, 1988 3. TSB, ed. Vvedensky B.A., v.16 4. Recursos de Internet: http://media.aplus.by/page/42/ http://sfw.org.ua/index.php?cstart=502& http:// www.atrava. ru/08d36bff22e97282f9199fb5069b7547/news/22/news-17903 http://www.airwar.ru/other/article/engines.html http://arier.narod.ru/avicos/l-korolev.htm http://kto -kto.narod.ru/bl-bl-3/katanie.html http://www.library.cpilot.info/memo/beregovoy_gt/index.htm http://vivovoco.ibmh.msk.su/VV/PAPELES /HISTORIAL/SIMBIRSK/SIMBIRSK.HTM salir del menú

* El ala de un avión está diseñado para generar la sustentación necesaria para sostener el avión en el aire. La calidad aerodinámica del ala es mayor cuanto mayor es la sustentación y menor la resistencia. La fuerza de sustentación y la resistencia del ala dependen de las características geométricas del ala. Las características geométricas del ala se reducen a las características del ala en planta y las características

Las alas de los aviones modernos son elípticas en planta (a), rectangulares (b), trapezoidales (c), barridas (d) triangulares (e)

El ángulo del ala transversal en V Características geométricas del ala La forma del ala en planta se caracteriza por la envergadura, el alargamiento del área, el estrechamiento, el barrido y la V transversal Envergadura L es la distancia entre los extremos del ala en línea recta. El área del ala en términos de Skr está limitada por los contornos del ala.

El área de las alas trapezoidales y en flecha se calcula como el área de dos trapecios donde b 0 es la cuerda raíz, m; bk - acorde final, m; - la cuerda promedio del ala, m La extensión del ala es la relación entre la envergadura del ala y la cuerda promedio. Si en lugar de bav sustituimos su valor de la igualdad (2. 1), entonces la extensión del ala estará determinada por la fórmula Para supersónico moderno y aviones transónicos, la extensión del ala no excede 2 - 5. Para aviones de baja velocidad, la relación de aspecto puede llegar a 12-15, y para planeadores hasta 25.

La conicidad del ala es la relación entre la cuerda axial y la cuerda final. Para aeronaves subsónicas, la conicidad del ala generalmente no excede 3, y para aeronaves transónicas y supersónicas, puede variar ampliamente. El ángulo de barrido es el ángulo entre la línea del borde de ataque del ala y el eje transversal de la aeronave. El barrido también se puede medir a lo largo de la línea de focos (pasando 1/4 de la cuerda desde el borde de ataque) o a lo largo de otra línea del ala. Para aviones transónicos, alcanza los 45°, y para aviones supersónicos, hasta 60°. El ángulo transversal V del ala es el ángulo entre el eje transversal del avión y la superficie inferior del ala. En los aviones modernos, el ángulo transversal en V varía de +5° a -15°. El perfil de un ala es la forma de su sección transversal. Los perfiles pueden ser simétricos o asimétricos. Los asimétricos, a su vez, pueden ser biconvexos, plano-convexos, cóncavo-convexos, etc. en forma de S. Lenticular y en forma de cuña se pueden utilizar para aviones supersónicos. Las principales características del perfil son: cuerda del perfil, espesor relativo, curvatura relativa

Cuerda de perfil b es un segmento de línea recta que conecta los dos puntos más distantes del perfil Formas de perfiles de ala 1 - simétrica; 2 - no simétrico; 3 - plano-convexo; 4 - biconvexo; 5 - en forma de S; 6 - laminado; 7 - lenticular; 8 - en forma de diamante; 9 destacados

Características geométricas del perfil: b - cuerda del perfil; Cmax - espesor máximo; fmax - flecha de curvatura; Coordenada x de mayor espesor Ángulos de ataque del ala

La fuerza aerodinámica total y el punto de su aplicación R es la fuerza aerodinámica total; Y - fuerza de elevación; Q es la fuerza de arrastre; - ángulo de ataque; q - ángulo de calidad El espesor relativo del perfil c es la relación entre el espesor máximo Сmax y la cuerda, expresado en porcentaje:

El espesor relativo de la superficie aerodinámica c es la relación entre el espesor máximo Cmax y la cuerda, expresado como porcentaje: La posición del espesor máximo de la superficie aerodinámica Xc se expresa como un porcentaje de la longitud de la cuerda y se mide desde la punta. el espesor relativo de la superficie aerodinámica está en el rango de 416%. La curvatura relativa del perfil f es la relación entre la curvatura máxima f y la cuerda, expresada en porcentaje. La distancia máxima desde la línea central del perfil hasta la cuerda determina la curvatura del perfil. La línea media del perfil se dibuja a la misma distancia de los contornos superior e inferior del perfil. Para perfiles simétricos, la curvatura relativa es igual a cero, mientras que para perfiles asimétricos este valor es distinto de cero y no supera el 4%.

ACORDE AERODINÁMICA PROMEDIO DEL ALA La cuerda aerodinámica promedio del ala (MAC) es la cuerda de un ala rectangular de este tipo, que tiene la misma área que el ala dada, la magnitud de la fuerza aerodinámica total y la posición del centro de presión (CP) en ángulos de ataque iguales

Para un ala trapezoidal sin torcer, el MAR está determinado por la construcción geométrica. Para ello, el ala de la aeronave se dibuja en planta (ya una determinada escala). En la continuación de la cuerda fundamental se deposita un segmento de igual tamaño que la cuerda final, y en la continuación de la cuerda final (hacia delante) se deposita un segmento igual a la cuerda fundamental. Los extremos de los segmentos están conectados por una línea recta. Luego, dibuje la línea media del ala, conectando la mitad recta de la raíz y las cuerdas finales. La cuerda aerodinámica media (MAC) pasará por el punto de intersección de estas dos líneas.

Conociendo la magnitud y posición del MAR sobre la aeronave y tomándolo como línea de base, determine con relación a él la posición del centro de gravedad de la aeronave, el centro de presión del ala, etc. La fuerza aerodinámica de la aeronave es creado por el ala y aplicado en el centro de presión. El centro de presión y el centro de gravedad, por regla general, no coinciden y, por lo tanto, se forma un momento de fuerzas. El valor de este momento depende de la magnitud de la fuerza y ​​de la distancia entre el CG y el centro de presiones, cuya posición se define como la distancia desde el inicio del MAR, expresada en términos lineales o como porcentaje del longitud del MAR.

WING Drag Drag es la resistencia al movimiento del ala de un avión en el aire. Consta de resistencia de perfil, inductiva y de onda: Xcr=Xpr+Hind+XV. No se tendrá en cuenta el arrastre de las olas, ya que se produce a velocidades de vuelo superiores a 450 km/h. La resistencia del perfil se compone de la resistencia a la presión ya la fricción: Хpr=ХД+Хtr. El arrastre de presión es la diferencia de presión delante y detrás del ala. Cuanto mayor sea esta diferencia, mayor será la resistencia a la presión. La diferencia de presión depende de la forma del perfil, su grosor relativo y su curvatura, en la figura se indica Cx: el coeficiente de resistencia del perfil).

Cuanto mayor es el espesor relativo c del perfil aerodinámico, más aumenta la presión delante del ala y más disminuye detrás del ala, en su borde de salida. Como resultado, aumenta la diferencia de presión y, en consecuencia, aumenta la resistencia a la presión. Cuando un flujo de aire fluye alrededor del perfil del ala en ángulos de ataque cercanos al crítico, la resistencia a la presión aumenta significativamente. Al mismo tiempo, las dimensiones del chorro de estela arremolinada y los propios vórtices aumentan considerablemente. La magnitud de las fuerzas de fricción depende de la estructura de la capa límite y del estado de la superficie aerodinámica del ala (su rugosidad). En una capa límite laminar de aire, la resistencia a la fricción es menor que en una capa límite turbulenta. En consecuencia, cuanto mayor sea la superficie del ala fluye alrededor de la capa límite laminar del flujo de aire, menor será la resistencia a la fricción. El valor de la resistencia a la fricción se ve afectado por: la velocidad de la aeronave; rugosidad de la superficie; forma de ala Cuanto mayor sea la velocidad de vuelo, la superficie del ala se procesa con peor calidad y el perfil del ala es más grueso, mayor es la resistencia a la fricción.

La resistencia inductiva es un aumento en la resistencia asociado con la formación de sustentación del ala. Cuando un flujo de aire imperturbable fluye alrededor de un ala, surge una diferencia de presión por encima y por debajo del ala. Como resultado, parte del aire en los extremos de las alas fluye de una zona de mayor presión a una zona de menor presión

El ángulo en el que se desvía el flujo de aire que fluye alrededor del ala con una velocidad V inducida por una velocidad vertical U se denomina ángulo de inclinación del flujo. Su valor depende del valor de la velocidad vertical inducida por el haz de vórtice y la velocidad del flujo que se aproxima V

Por lo tanto, debido al bisel del flujo, el verdadero ángulo de ataque del este del ala en cada una de sus secciones diferirá en una cantidad del ángulo de ataque geométrico o aparente de cada una. ala ^ Y siempre es perpendicular al flujo que se aproxima, su dirección. Por lo tanto, el vector de fuerza de sustentación del ala se desvía en un ángulo y es perpendicular a la dirección del flujo de aire V. La fuerza de sustentación no será la fuerza total ^ Y "sino su componente Y, dirigida perpendicularmente al flujo que se aproxima.

En vista de la pequeñez del valor, consideramos igual a Otro componente de la fuerza Y "será Este componente se dirige a lo largo del flujo y se llama arrastre inductivo (Fig. presentado arriba). Para encontrar el valor del arrastre inductivo, es es necesario calcular la velocidad ^ U y el ángulo de flujo.La dependencia del ángulo de flujo de la relación de aspecto del ala, el coeficiente de sustentación Su y la forma del ala en planta se expresa mediante la fórmula en términos de.

donde Cxi es el coeficiente de resistencia inductiva. Está determinado por la fórmula. Se puede ver en la fórmula que Cx es directamente proporcional al coeficiente de sustentación e inversamente proporcional a la relación de aspecto del ala. En un ángulo de ataque de elevación cero o, la reactancia inductiva será cero. En ángulos de ataque supercríticos, se perturba el flujo suave alrededor del perfil del ala y, por lo tanto, la fórmula para determinar Cx 1 no es aceptable para determinar su valor. Dado que el valor de Cx es inversamente proporcional a la relación de aspecto del ala, por lo tanto, las aeronaves destinadas a vuelos de largas distancias tienen una gran relación de aspecto del ala: = 14 ... 15.

CALIDAD GERODINÁMICA DEL ALA La calidad aerodinámica de un ala es la relación entre la fuerza de sustentación y la fuerza de arrastre del ala en un ángulo de ataque dado, donde Y es la fuerza de sustentación, kg; Q - fuerza de arrastre, kg. Sustituyendo los valores de Y y Q en la fórmula, obtenemos Cuanto mayor es la calidad aerodinámica del ala, más perfecta es. El valor de la calidad para los aviones modernos puede llegar a 14-15 y para los planeadores 45-50. Esto significa que el ala de un avión puede crear una sustentación que es de 14 a 15 veces mayor que la resistencia, y para los planeadores, incluso 50 veces.

La relación sustentación-resistencia se caracteriza por el ángulo El ángulo entre los vectores de sustentación y las fuerzas aerodinámicas totales se denomina ángulo sustentación-resistencia. Cuanto mayor sea la relación sustentación-resistencia, menor será el ángulo de sustentación y viceversa. La calidad aerodinámica del ala, como se puede ver en la fórmula, depende de los mismos factores que los coeficientes Cy y Cx, es decir, del ángulo de ataque, la forma del perfil, la forma del ala en planta, el número M de vuelo y el tratamiento superficial. INFLUENCIA EN LA CALIDAD DEL ÁNGULO DE ATAQUE Con ​​un aumento en el ángulo de ataque a un valor determinado, la calidad aerodinámica aumenta. En un cierto ángulo de ataque, la calidad alcanza su valor máximo Kmax. Este ángulo se llama el ángulo de ataque más ventajoso, ingenuo. es igual a cero El efecto sobre la relación sustentación-resistencia de la forma del perfil aerodinámico está relacionado con el grosor relativo y la curvatura del perfil aerodinámico. En este caso, la forma de las líneas del perfil, la forma de la nariz y la posición del espesor máximo del perfil a lo largo de la cuerda tienen una gran influencia. Para obtener los valores de calidad más altos, la mejor forma de ala es elíptica con un borde de ataque redondeado.

Gráfico de la dependencia de la calidad aerodinámica del ángulo de ataque Formación de la fuerza de succión Dependencia de la calidad aerodinámica del ángulo de ataque y del espesor del perfil aerodinámico Cambio en la calidad aerodinámica del ala en función del número M

ALA POLAR Para varios cálculos de las características de vuelo de un ala, es especialmente importante conocer el cambio simultáneo en Cy y Cx en el rango de ángulos de vuelo de ataque. Para ello se construye un gráfico de dependencia del coeficiente Su con respecto a Cx, denominado polar. El nombre “polar” se explica por el hecho de que esta curva se puede considerar como un diagrama polar construido sobre las coordenadas del coeficiente de la fuerza aerodinámica total CR y, donde es el ángulo de inclinación de la fuerza aerodinámica total R a la dirección de la velocidad del flujo que se aproxima (siempre que las escalas Su y Cx sean iguales). El principio de construcción del ala polar Ala polar Si desde el origen, alineado con el centro de presión de la superficie aerodinámica, se dibuja un vector en cualquier punto de la polar, entonces será una diagonal de un rectángulo, cuyos lados son respectivamente iguales a Сy y Сх. coeficiente de arrastre y sustentación desde los ángulos de ataque - el llamado ala polar.

El polar está construido para un ala bien definida con dimensiones geométricas y forma de perfil dadas. Se pueden determinar varios ángulos de ataque característicos a partir de la polar del ala. El ángulo de elevación cero o está ubicado en la intersección del eje polar con el eje Cx. En este ángulo de ataque, el coeficiente de sustentación es cero (Сy = 0). Para las alas de los aviones modernos, normalmente o = Ángulo de ataque en el que Cx tiene el valor de Cx más pequeño. mín. se encuentra dibujando una tangente al paralelo polar al eje Cy. Para perfiles de ala modernos, este ángulo está en el rango de 0 a 1°. El ángulo de ataque más ventajoso es el ingenuo. Dado que en el ángulo de ataque más favorable la calidad aerodinámica del ala es máxima, el ángulo entre el eje Сy y la tangente trazada desde el origen, es decir, el ángulo de calidad, en este ángulo de ataque, según la fórmula (2.19) , será mínimo. Por tanto, para determinar la ingenua, es necesario trazar una tangente a la polar desde el origen. El punto de contacto coincidirá con el ingenuo. Para alas modernas, ingenuo se encuentra en el rango de 4 a 6 °.

Ángulo crítico de ataque crítico. Para determinar el ángulo crítico de ataque, es necesario trazar una tangente a la paralela polar al eje Cx. El punto de contacto y corresponderá a crit. Para las alas de los aviones modernos, crit = 16 -30°. Los ángulos de ataque con la misma relación sustentación-resistencia se encuentran dibujando una secante desde el origen hasta la polar. En los puntos de intersección, encontramos los ángulos de ataque (u) durante el vuelo, en los que la relación sustentación-resistencia será la misma y necesariamente menor que Kmax.

AERONAVES POLAR Una de las principales características aerodinámicas de una aeronave es la aeronave polar. El coeficiente de sustentación del ala Cy es igual al coeficiente de sustentación de toda la aeronave, y el coeficiente de arrastre de la aeronave para cada ángulo de ataque es mayor que Cx del ala por el valor de Cxvr. En este caso, la polar de la aeronave se desplazará a la derecha de la polar del ala por Cx temp. El polar de la aeronave se construye utilizando los datos de las dependencias Сy=f() y Сх=f(), obtenidos experimentalmente por soplado de modelos en túneles de viento. Los ángulos de ataque en la polar del avión se fijan transfiriendo horizontalmente los ángulos de ataque marcados en la polar del ala. La determinación de las características aerodinámicas y los ángulos de ataque característicos a lo largo del polar del avión se realiza de la misma forma que se hizo en el polar del ala.

El ángulo de ataque con sustentación cero de un avión es prácticamente el mismo que el ángulo de ataque con sustentación cero de un ala. Dado que la fuerza de sustentación es cero en el ángulo de ataque, solo es posible el movimiento vertical hacia abajo de la aeronave, llamado picado vertical, o un deslizamiento vertical en un ángulo de 90 ° en este ángulo de ataque.

El ángulo de ataque en el que el coeficiente de arrastre tiene un valor mínimo se encuentra dibujando una tangente al paralelo polar al eje Cy. Al volar en este ángulo de ataque, habrá menos pérdidas por arrastre. En este ángulo de ataque (o cerca de él), el vuelo se realiza a la máxima velocidad. El ángulo de ataque más favorable (naive) corresponde al valor más alto de la calidad aerodinámica de la aeronave. Gráficamente, este ángulo, así como el del ala, se determina trazando una tangente a la polar desde el origen. En el gráfico se puede ver que la pendiente de la tangente a la polar del avión es mayor que la de la tangente a la polar del ala. Conclusión: la máxima calidad de la aeronave en su conjunto es siempre menor que la máxima calidad aerodinámica de un solo ala.

Puede verse en el gráfico que el ángulo de ataque más ventajoso del avión es mayor que el ángulo de ataque más ventajoso del ala en 2 - 3°. El ángulo crítico de ataque de una aeronave (crit) no difiere en su valor del valor del mismo ángulo para el ala. La extensión de los flaps a la posición de despegue (= 15 -25°) le permite aumentar el coeficiente de sustentación máximo Sumax con un aumento relativamente pequeño en el coeficiente de arrastre. Esto permite reducir la velocidad de vuelo mínima requerida, que prácticamente determina la velocidad de despegue de la aeronave durante el despegue. Debido a la liberación de los flaps (o flaps) en la posición de despegue, la carrera de despegue se reduce hasta en un 25%.

Cuando los flaps (o flaps) se extienden hasta la posición de aterrizaje (= 45 - 60°), el coeficiente de sustentación máximo puede aumentar hasta un 80 %, lo que reduce drásticamente la velocidad de aterrizaje y la duración de la carrera. Sin embargo, la resistencia en este caso aumenta más intensamente que la fuerza de sustentación, por lo que la calidad aerodinámica se reduce significativamente. Pero esta circunstancia se utiliza como un factor operacional positivo: la inclinación de la trayectoria aumenta durante el planeo antes del aterrizaje y, en consecuencia, la aeronave se vuelve menos exigente con la calidad de las aproximaciones en la alineación de la pista. Sin embargo, cuando se alcanzan tales números M, en los que ya no se puede despreciar la compresibilidad (M > 0,6 - 0,7), los coeficientes de sustentación y arrastre deben determinarse teniendo en cuenta la corrección de la compresibilidad. donde Suszh es el coeficiente de sustentación teniendo en cuenta la compresibilidad; Suneszh es el coeficiente de sustentación de un flujo incompresible para el mismo ángulo de ataque que Suszh.

Hasta los números M = 0.6 -0.7, todos los polares prácticamente coinciden, pero con números grandes ^ M comienzan a desplazarse hacia la derecha y al mismo tiempo aumentan la pendiente hacia el eje Cx. El desplazamiento de las polares hacia la derecha (en gran Cx) se debe a un aumento en el coeficiente de resistencia del perfil debido a la influencia de la compresibilidad del aire, y con un mayor aumento en el número (M > 0,75 - 0,8) debido a la apariencia de la resistencia de las olas. Un aumento en la inclinación de los polares se explica por un aumento en el coeficiente de resistencia inductiva, ya que al mismo ángulo de ataque en un flujo subsónico de gas comprimible, la relación sustentación-resistencia de la aeronave comienza a disminuir desde el momento se nota el efecto de la compresibilidad.