аэродинамика

Постов: 9 Рейтинг: 23885
291

Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?

Развернуть
Продолжение поста об Аэродинамическом сопротивлении - https://pikabu.ru/story/ayerodinamicheskoe_soprotivlenie_ili... .
У каждого самолета есть максимальная скорость, которую он не должен превышать. На современных летательных аппаратах (ЛА) существует система предупреждения о приближении к такой максимальной скорости. Это может быть звуковая/индикаторная сигнализация или как минимум отметки на указателях скорости, например, такие:
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
Но так было не всегда. Были лихие времена без ограничений...
В первой половине XX века миллионы людей были заняты убийством себе подобных, а исследователи искали наиболее эффективные способы обороны и нападения, ну а остальные наблюдали за этими процессами.
Не обошло это дело и авиаторов. Войны заставляли авиацию летать выше, а главное быстрее, для завоевания господства в небе, а реактивный двигатель дал такую возможность (разогнаться быстрее, чем на самолете с винтом).
Создавались такие машины как на фото - Мессершмитт Me.262.
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
Поставили новый двигатель и полетели добиваться рекордов в скорости, но Аэродинамика сказала: «Не так быстро!».
По неизвестным причинам (на то время), на скоростях близких к скорости звука самолеты теряли управляемость и падали. Например, это стало наиболее вероятной причиной гибели летчика испытателя Григория Яковлевича Бахчиванджи. Он в 1943 году погиб при попытке завоевания нового рекорда в скорости на советском истребителе БИ-1 с ракетным двигателем.
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
После катастрофы в ходе продувок БИ-1 в новой аэродинамической трубе ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского), позволявшей имитировать соответствующие скорости, было выявлено новое явление — «затягивание в пикирование». «Затягивание» проявляется на скоростях свыше 800 км/ч (большие дозвуковые скорости).
Нужно было очень быстро найти ответ на вопрос – ПОЧЕМУ?
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
Дело в том, что на таких скоростях значительно меняется распределение давления по профилю. Давайте взглянем на векторную диаграмму перераспределения коэффициента давления при переходе от дозвуковых к трансзвуковым скоростям.

Так было до приближения к скорости звука:
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
А потом… раз и картина изменилась:
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
Проведя анализ этого распределения коэффициента давления по профилю крыла при околозвуковых скоростях можно сделать следующие выводы:

1 - при увеличении скорости подъемная сила Ya продолжает расти;

2- происходит перераспределение давления вдоль хорды (вдоль профиля), центр давления смещается назад (точка приложения результирующей аэродинамической силы);

3 - растет аэродинамический момент тангажа (вследствие смещения центра давления назад и роста подъемной силы);

4 - доля составляющих коэффициентов давления, «тянущих» крыло назад, увеличивается интенсивней составляющих, «тянущих» крыло вперед (на рисунке красные стрелочки). Что и обеспечивает появление волнового сопротивления – Схво.

Следует отметить, что росту волнового сопротивления способствует, кроме того и развитие так называемого волнового срыва, вызывающего вихреобразование.

Но самое важное, что аэродинамические рули (отклоняющиеся поверхности)
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
оказываются в таких условиях, когда они просто неэффективны (или эффективность значительно снижается) при таком распределении давления, а смещение назад по профилю точки приложения результирующей аэродинамических сил создает дополнительный пикирующий момент. В результате самолет переходит в пикирование, что увеличивает его скорость и еще больше становятся бесполезными рули (в том числе и руль высоты) и тем самым не оставляет возможности выйти из этой особой ситуации.

Ну а это Charles Elwood Yeager.
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
Он первым успешно преодолел звуковой барьер. 14 октября 1947 года его экспериментальный самолет Bell X-1, оснащенный ракетным двигателем, выйдя в пологое пикирование с высоты 21379 м над Викторвиллем (Калифорния, США), достиг скорости 1207 км/ч.
Как ему это удалось, спросите вы?
Несомненно, летчики-испытатели вносят огромный вклад в развитие науки и техники, порой ценой своей жизни, тем не менее вопрос как это удалось нужно задавать инженерам и ученым, которые успешно решили проблемы, связанные с полетами на больших скоростях (о том, что и как сделали решая эти проблемы будет следующий пост).
Образование сверхзвуковых зон, скачки уплотнения и как с ними бороться это довольно большая и интересная тема, требующего особого внимания.

Выводы:

Составляющая лобового сопротивления, обусловленная силами давления и вызванная образованием местных сверхзвуковых зон у поверхности обтекаемого тела и скачков уплотнения, называется волновым сопротивлением.

Резюме:

При переходе от дозвуковых к трансзвуковым скоростям происходит резкое увеличение лобового сопротивления. Значит за превышение разрешенной скорости самолет тормозят аэродинамические силы, а штраф может быть назначен от послеполетных проверок самолета инженерами и до гарантированной катастрофы (как это было до изучения этой проблемы).

Всем борба!
Кто тормозит самолеты за превышение скорости и каков штраф?
2505

Как работает аэродинамика в Формуле 1.

Развернуть
2734

Все решает аэродинамика, Michael Guerra снова использует магию вне Хогвартса.

Развернуть
2053

Аэродинамика в действии

Развернуть
Аэродинамика в действии GIF
6292

Аэродинамика в действии

Развернуть
Аэродинамика в действии GIF
Original:
2651

Лекция

Развернуть
После Второй мировой войны Теодор фон Карман (венгерский физик, один из основателей аэродинамики) читал лекции в Пасадене (Калифорния) и в Ахене. Этот крупный учёный консультировал несколько авиационных компаний и мог бесплатно летать через океан на лайнерах одной из таких кампаний.
Для уже пожилого учёного такие поездки иногда оказывались утомительными, но спасало положение то, что и в Ахене и в Пасадене фон Карман читал очень похожие курсы лекций.

И вот однажды, прилетев в Пасадену, фон Карман взял ахенский конспект и начал свою лекцию. Через некоторое время по лицам студентов он понял, что материал до них не доходит, и только тут сообразил, что он читает лекцию по-немецки.

Фон Карман обратился к аудитории:

«Почему же вы молчите?»

После недолгой паузы один из студентов признался:

«Профессор, не расстраивайтесь! Говорите ли вы по-немецки или по-английски – это неважно, мы всё равно понимаем не больше».
2987

10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1

Развернуть
1. Дополнительное переднее антикрыло на Arrows A22.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
Для Гран-При Монако 2001 года команда Arrows привезла новое аэродинамическое решение: относительно небольшое дополнительное антикрыло, которое крепилось на носовой обтекатель.
Команда успела провести тесты новинки на практике, но Международная автомобильная федерация (далее - FIA), не дожидаясь квалификации, быстро признала данное решение нелегальным под предлогом "нарушение видимости для пилота". В гонке машина участвовала уже без новинки.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
2. Носовой обтекатель Williams FW26.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
Для сезона 2004 года команда Williams представила новую машину, которая имела радикально новый дизайн носового обтекателя, моментально получившего кличку "Walrus nose" (Walrus - морж).
Данное строение передней части машины позволяло увеличить поток воздуха, проходящего под машиной, что, в свою очередь, увеличивало прижимную силу.
Однако, такое решение не оправдало себя на сто процентов, и в середине сезона команда вернулась к стандартному носовому обтекателю.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
3. Tyrell 025 "X-Wing".
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
В начале сезона 1997 года команда Tyrell, уже на тот момент страдающая нехваткой денежных средств, представила новую машину Tyrell 025 - доработанную версию Tyrell 024 прошлого года.
Внешне новинка очень сильно отличалась от предшественницы за счет двух маленьких антикрыльев, располагающихся по бокам кокпита.
Вскоре эта идея была скопирована многими командами, в том числе и Ferrari.
Однако FIA заблокировала использование такого решения из-за структурной хрупкости.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
4. "Перископ" на Eifelland Type-21.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
В 1972 году команда - новичок Eifelland показала свою дебютную машину - Type 21.
Прямо перед водителем располагалось зеркало заднего вида, которое быстро окрестили "перископом".
По ходу сезона машина претерпела огромное количество изменений во внешнем виде, но ключевые части - зеркало и воздухозаборник - оставались без изменений.
Лучшим достижением Type 21 стали два десятых места в Монако и Брендс-Хэтче, а на старт нового сезона команда уже не вышла.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
5. Ligier JS5.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
В 1976 году на стартовую решетку вышла новая французская команда - Ligier. Модель JS5 сильно отличалась от конкурентов из-за непропорционально большого воздухозаборника. Машину в паддоке называли соответственно - "Teapot" (Чайник).
В середине сезона FIA ввела ограничение на высоту машин, и команде спешно пришлось переделывать машину.
На втором снимке показана машина уже после изменения в регламенте.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
6. Третье антикрыло на McLaren MP4/10.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
Команда McLaren в сезоне 1995 года испытывала недостаток прижимной силы. Чтобы полностью преодолеть эту проблему, нужно было создавать новое шасси, а по ходу сезона это невозможно. Поэтому McLaren просто поставила третье антикрыло на кожух двигателя.
Однако новинка не выдавала столько прижимной силы, сколько требуется, и в 1995 году пилоты этой команды поднялись на подиум лишь 2 раза и заработали на двоих всего 30 очков.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
7. "Пылесос" Brabham BT46.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
Эта машина по праву считается одной из самых необычных за всю историю чемпионата.
В начале сезона 1978 года команда Brabham была вынуждена использовать прошлогодние Brabham BT45C. Новый Brabham BT46B появился на трассе на Гран-при ЮАР, третьем этапе Чемпионата мира и пилот Ники Лауда сразу завоевал поул-позицию в квалификации, а в гонке просто порвал всех конкурентов.
В новой машине использовалась следующая технология: по бокам авто крепилась резиновая юбка, чтобы под машину не проникал воздух, а сзади стоял гигантский вентилятор, который выдувал весь воздух из под днища, создавая при этом колоссальную прижимную силу.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
BT46 запретили уже к следующей гонке. Машина участвовала всего в одном Гран-При, который она же и выиграла.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
8. Носовой обтекатель на Ensign N179.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
Для сезона 1979 года британская команда Ensign использовала каскад из трех радиаторов, закрепленных на носовом обтекателе.
Вскоре выяснилось, что это была не лучшая идея, и команда вернулась к традиционной схеме крепления радиаторов по бокам.
Кстати, данная машина носит звание одной из самых уродливых за всю историю чемпионата.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
9. Заднее антикрыло Tyrell 012.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
И снова выделилась команда Tyrell, на этот раз в 1983 году представив модель 012. Создатели машины думали, что такое строение заднего антикрыла позволит увеличить прижимную силу, но прогадали. Так что вскоре на машину вернули антикрыло стандартного вида.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
10. Шестиколесный Tyrell P34.
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
И снова Tyrell.
В 1976 году она представила первую за всю историю чемпионата шестиколесную машину - P34. 
Инженеры хотели уменьшить турбулентные потоки, создаваемые передними колесами, а так же увеличить площадь соприкосновения резины с асфальтом.
Так как передние колеса были нестандартного размера, компания Goodyear разработала специальные покрышки под P34.
Наибольшего успеха гонщики на Tyrrell P34 смогли добиться на Гран-при Швеции 1976 года, когда пилоты Джоди Шектер и Патрик Депайе принесли команде Tyrrell «золотой дубль».
10 необычных аэродинамических решений в Формуле-1
На этом всё. Если пост понравится, могу сделать вторую часть :)
3248

Какая занимательная аэродинамика!

Развернуть
Какая занимательная аэродинамика!
1124

Вся ваша жизнь это...

Развернуть
Вся ваша жизнь это...