» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»
Июнь, 2018 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №6 (15) 2018
Автор: Шинкевич Анастасия Олеговна, студентка 5 курса (бакалавр)
Рубрика: Физико-математические науки
Название статьи: Гидроаэродинамика в природе и технике
Дата публикации: 29.05.2018
УДК 533.6
ГИДРОАЭРОДИНАМИКА
В ПРИРОДЕ И ТЕХНИКЕ
Шинкевич
Анастасия Олеговна
студентка 5 курса
(бакалавр)
ХГУ им.Н.Ф.
Катанова, г.Абакан
Аннотация. В данной статье
рассматриваются основные законы гидроаэродинамики.
Данные законы применимы в технике. Но, если внимательнее присмотреться вокруг,
то можно заметить, что в природе также есть место этим законам.
Ключевые слова:
аэродинамическая труба, летательный аппарат, двигатель, аэродинамика.
Аэродинамика является важнейшей
дисциплиной, от развития которой зависит дальнейшее совершенствование
авиационной, артиллерийской и ракетно-космической техники. Создание современных
летательных аппаратов невозможно без предварительного расчета их
аэродинамических характеристик [1].
1. Гидроаэродинамика в технике.
Работа различных устройств,
например, таких как летательные аппараты (самолёт, планер, экраноплан
и т.д.), вентиляторы, тесно связана с аэродинамическими закономерностями.
Аэродинамические закономерности находят наиболее выгодную форму летательных
аппаратов, чтобы те могли поднять в воздух максимальный груз, затрачивая при
этом наименьшую мощность двигателя. С помощью таких закономерностей летательные
аппараты совершают наиболее быстрый и экономичный полёт [2].
Перед тем, как построить
какой-либо летательный аппарат, его сначала проектируют и производят
исследование в аэродинамической трубе. С помощью этих труб изучают законы
обтекания, моделируют воздействие внешней среды на летательные устройства,
находящиеся внутри данной трубы.
В аэродинамических трубах проходят
исследование самолёты, планеры, экранопланы,
вертолёты и некоторые отдельные части этих летательных аппаратов.
Впервые самолёт был изобретён
русским исследователем Александром Фёдоровичем Можайским в 1882 году. Перед
тем, как построить самолёт, Можайский проводил экспериментальные опыты с летающими
моделями. Как сообщают некоторые источники, мощность двигателя первого самолёта
позволяла ему лишь ненадолго оторваться от земли и совершить кратковременный
полёт. Кстати, основные элементы самолета – лодка-фюзеляж, колёсное шасси и
некоторые другие его части, – впервые представил в своей модели
А. Ф. Можайский. Теперь все эти элементы являются необходимыми в каждом
современном самолёте.
Аэродинамические свойства крыла
самолета сильно зависят от отношения размаха крыла к его ширине. Чем больше
относительный размах, тем меньше коэффициент лобового сопротивления,
соответствующий определенному значению коэффициента подъемной силы. И наоборот,
чем больше относительный размах, тем больше коэффициент подъемной силы, соответствующий
определенному значению угла атаки [3].
Также Можайский в 1876 году
изобрёл воздушный змей, который мчался в воздухе с помощью тройки лошадей [2].
Планер – это безмоторный
летательный аппарат. Первая конструкция современного планера, поднявшего
человека в воздух, была изобретена английским учёным и изобретателем Джорджом Кейли в 1853 году.
Планер очень схож по своей
конструкции с самолётом. У него также есть крылья, фюзеляж, взлётно-посадочное
устройство и т.д. Единственное отличие планера от самолёта – это то, что у
планера нет двигателя. Этот летательный аппарат взлетает и держится в полёте
благодаря аэродинамической подъёмной силе, которая появляется на крыле за счёт
набегающего потока воздуха. Крыло будет тем лучше, чем больше его подъемная
сила и чем меньше лобовое сопротивление [1]. По сути, любой самолёт с
выключенным двигателем является планером.
Ещё одним устройством, которое
проходит проверку в аэродинамических трубах, является экраноплан.
Экраноплан – это высокоскоростное транспортное
средство, которое способно подниматься на небольшую высоту от уровня воды. Этот
летательный аппарат предназначен для спасательной службы на реках и озёрах. Его
относят к морским судам. Также его называют судном на аэродинамической
воздушной подушке, которая тоже проходит исследование в аэродинамических
трубах.
Принцип действия такой подушки
заключается в следующем. Она образовывается нагнетаемым воздухом под днищем
какого-либо судна (вагона, корабля, экраноплана,
фюзеляжа самолёта и т.д.). Под этим днищем появляется давление, выше
атмосферного, и осуществляется подъёмная сила. С помощью неё судно может
подниматься на небольшую высоту (в пределах нескольких сантиметров).
Такой летательный аппарат, как
вертолёт, может спокойно взлетать с крыш домов и приземляться на них. Такому
летающему устройству не нужен разбег и пробег. В отличие от самолёта, он может
провисать в воздухе на одном и том же месте некоторое время и с помощью
верёвочной лестницы забирать и высаживать на борт людей [2].
В 1911 году учёный-авиатор
Борис Николаевич Юрьев предложил свою «схему одновинтового вертолёта с рулевым
винтом и автоматом перекоса лопастей». С тех пор такой механизм применяется на
большинстве вертолётов. В 1912 году Борис Николаевич построил свою первую
модель одновинтового вертолёта с рулевым винтом. Но, к сожалению, он не смог
запатентовать эту модель.
При движении любого
летательного аппарата с большими скоростями температура воздуха значительно
увеличивается. При этом в воздухе могут возникать процессы диссоциации и ионизации в силу его молекулярной структуры. Когда
возникают такие процессы, параметры газа начинают зависеть не только от
температуры, но и от давления. Модели течения воздуха, которые составлены с
учетом физико-химических превращений, являются очень сложными. Поэтому
используют их редко, только для получения необходимых результатов [1].
2. Гидроаэродинамика
в природе.
Все замечают аэродинамику в
технике, но не замечают её явлений в природе. А ведь аэродинамические явления
можно наблюдать на каждом шагу. Многие аэродинамические законы, которые теперь
применяются в технике, учёным подсказала природа. Ведь некоторые полёты в
природе тоже подчиняются законам аэродинамики.
Ярким примером проявления
аэродинамических явлений в природе является, к примеру, полёт птиц.
Человечество добилось того, что с 1912 года мы стали летать быстрее птиц, с
1916 года – выше птиц, а с 1924 года – дальше птиц. Птицы в полёте могут
выполнять различные фигуры, например, «Мёртвую петлю». Даже эту сложную фигуру
в 1913 году смог повторить русский военный лётчик Пётр Николаевич Нестеров. Он
впервые совершил вираж, глубокий разворот и «Мёртвую петлю» [2].
Для того,
чтобы совершить полёт любому летательному аппарату, ему необходима подъёмная
сила и сила тяги. Эти силы также необходимы и птице при полёте. У самолёта
подъёмная сила создаётся крыльями, а сила тяги – винтовым двигателем. У птиц же
обе эти силы создаются машущими крыльями. Для возникновения таких сил птица
взмахивает крыльями и поворачивает их в воздухе вокруг своей оси, которая
проходит параллельно размаху крыла.
К проявлению аэродинамических
закономерностей в природе также относится и полёт насекомых. Из числа всех живых
существ примерно три четвёртых части способны летать. Помимо
птиц и летучих мышей сюда относится около одного миллиона видов насекомых
(бабочки, жуки, мухи, комары, кузнечики, стрекозы и т.д.).
Несмотря на плотность воздуха
на значительно большой высоте, некоторые насекомые
всё-таки могут обладать достаточной аэродинамической силой при подъёме для
своего полёта. Например, стрекозы могут взлетать на высоту
Также к аэродинамическим
явлениям в природе относится полёт млекопитающих, рыб и растений. Некоторые из
них могут летать. Для этого у них имеются аэродинамические поверхности. У
летучих мышей и крыланов аэродинамические поверхности развиты очень сильно. Эти
поверхности являются у рукокрылых главными органами передвижения. А вот,
например, у белок аэродинамические поверхности развиты слабо. Такие поверхности
служат вспомогательными органами передвижения [3].
С точки зрения аэродинамики,
млекопитающие и птицы не способны совершать машущий полёт, как, например, птицы
и насекомые. Они способны лишь планировать.
Но не только у птиц, насекомых
и рыб существуют аэродинамические поверхности. Также они имеются и у растений,
семян деревьев. Это так называемые, крылатые семена. Они имеют очень большую
аэродинамическую поверхность в виде двух симметрично расположенных лопастей.
Эти аэродинамические поверхности предназначены для увеличения дальности полёта
созревших семян. Такими аэродинамическими поверхностями обладают семена
одуванчика, чертополоха, мать-и-мачехи и т.д. [3].
Но, скорее всего, открыты ещё
не все аэродинамические законы. Если внимательно пронаблюдать за природными
явлениями, то учёным предстоит совершить ещё много интересных открытий.
Список литературы:
- Аэродинамика: учеб. пособие / [А. Г. Голубев и др.] // под ред. В. Т. Калугина. – М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. – 687, [1] с.: ил.
- Казневский В. П. Аэродинамика в природе и технике / В. П. Казневский – 3-е изд. – М.: Просвещение, 1985. – 127 с.: ил.
- Прандтль Л. Гидроаэромеханика / Л. Прандтль – Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000. – 576 с.
Комментарии:
