Лекции по аэродинамике. Учебное пособие по аэродинамике содержание содержание 2 раздел I. Основы аэродинамики 4 Тема основные понятия и законы аэродинамики 4 Классификация летательных аппаратов 5 атмосфера земли 6
 Скачать 9.65 Mb.
|
Параметры воздухаСостояние атмосферы на различной высоте, оказывающее влияние на движение самолета, характеризуется параметрами воздуха: давлением, температурой и плотностью. Давление- это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно ей. Атмосферным давлнием называется давление, вызываемое весом вышележащих слоев воздуха и ударами его хаотически движущихся молекул. Давление обозначается буквой Р, на уровне моря - Ро. По международной системе СИ давление измеряется в Паскалях, т. е. ньютонах на квадратный метр (Н/м2). Барометрическое давление- это давление, измеряемое в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Обозначается буквой В, на уровне моря - Во. Давление на уровне моря в среднем равно 760 мм. рт. ст. Давление определяется по формуле: P=  , где р – сила воздействия столба воздуха, кгс,S – площадь, м2. Давление в 1 кгс/см2 равнозначно давлению столба ртути высотой 735,6 мм. рт.ст. Молекулы газов находятся в непрерывном хаотическом движении. Во время движения молекулы постоянно сталкиваются между собой. Поэтому в газе в отличие от твердых тел возникают силы внутреннего давления. Каждая молекула обладает определенной массой. В результате хаотического движения молекул на поверхность тела оказывается силовое воздействие – так называемое статическое давление. На какое-либо тело оно действует со всех сторон одинаково, т.к. удары молекул по всем направлениям равновероятны. Если же некоторый объем воздуха находится в движении, то площадка дополнительно к статическому давлению подвергается силовому воздействию воздуха за счет кинетической энергии, пропорциональной квадрату скорости потока V2. Это дополнительное давление называется динамическим давлением или скоростным напором. Следовательно, на тело действует так называемое полное давление:  , которое зависит от скорости потока. При аэродинамических исследованиях часто приходится измерять разность давлений. Для этого используются ртутные приборы - манометры (Рис1.3 ). Принцип их работы следующий: один конец трубки подсоединяется к пространству с атмосферным давлением, второй - к поверхности измеряемого участка. Разность уровней соответствует разности давлений : h=Ро-Р1.  Рис 1.3 Манометр Температура - величина, характеризующая скорость хаотического движения молекул. Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина. За нуль градусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° - температуру кипения воды при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. Если известна температура воздуха у земли, можно определить температуру воздуха на любой высоте по формуле: tH=tO-6,5Н, где tH- температура воздуха на заданной высоте; t0- температура воздуха у земли; Н - заданная высота, км. 6,5град /км – температурный градиент. Задача. Температура воздуха у земли +10°С. Определить температуру воздуха над данным участком земли на высоте 7 км. Решение: t н= 10-6,50*7= - 35,50. Температура воздуха на высоте 7 км равна -35,5°С. Температура, определяемая по шкале Кельвина, называется абсолютной температурой. За нуль шкалы Кельвина принята температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, она составляет-273° по шкале Цельсия. Абсолютную температуру можно найти по формуле: T0К=t0С+2730, где Т0- температура по шкале Кельвина, t 0- температура по шкале Цельсия. Задача Температура воздуха по шкале Цельсия равна -7°. Определить температуру воздуха на высоте 4 км по шкале Кельвина: Решение: Т=2730+(-7)-6,5*4=2400 К. Температура воздуха на высоте 4 км равна 2400К. Плотность воздуха - это количество (масса) воздуха, содержащегося в 1м3 воздуха. Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760мм.рт.ст., температура +150С) весит 1,225кгс. Плотность обозначается греческой буквой  и определяется по формуле: кгс с2/м4 или кг/м3,где m –масса воздуха, V – объем, занимаемый воздухом, в м3. Массовая плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях равна 0,125 кгс с2/м4. Массовая плотность, также как масса воздуха, является мерой инертности воздуха. Это является причиной сопротивления в полете. Связь между параметрами воздуха. Плотность и давление воздуха взаимосвязаны. Чем больше плотность, тем больше молекул воздуха в данном объеме и, следовательно, тем больше давление (и наоборот). Но давление зависит также от кинетической энергии хаотического движения молекул, которая пропорциональна температуре. Таким образом, состояние воздуха характеризуется тремя физическими параметрами: давлением р, плотностью  и температурой Т. Связь между этими величинами выражается известным из термодинамики уравнением состояния газов (уравнением Клапейрона): gRT,где Т – абсолютная температура; R – газовая постоянная, равная для воздуха  ,Р- давление; -плотность; g-ускорение свободного падения.После подстановки значенийRи g уравнение состояния принимает вид:  .Таким образом, чем выше давление и ниже температура, тем больше плотность воздуха. Также следует заметить, что плотность влажного воздуха меньше, чем сухого (при одних и тех же условиях). С высотой плотность воздуха падает, так как давление в большей степени падает, чем понижается температура воздуха. Интерес представляет расчет плотности по давлению и температуре воздуха, так как эти величины могут быть определены с помощью приборов. Если, например, давление по барометру равно 760 мм рт. ст. (  ), а температура по термометру равна +15°С, то плотность воздуха согласно уравнению равна:  .Задача. Определить массовую плотность воздуха на уровне моря, если барометрическое давление В =800 мм рт. ст., а температура воздуха t = - 23°C Решение:  кгс  . |