Т. Карман - Аэродинамика. Избранные темы в их историческом развитии (1161639), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Аэродинамические исследования до эрн полетное количества движения (количество движения = масса х скорость), созданного в жидкости, пропорпиональна плотности жидкости и квадрату скоростей отдельных частиц, вовлеченных в движение, позтому, при условии подобия течения, она пропорциональна квадрату скорости невозмущенного потока гкидкости. Поскольку в соответствии с общими законами Ньютона, сила, действующая на тело или частицу, .равна изменению ее количества движения, то все силы, созданные в жидкости, а также равнодействующая сила, действующая между твердым телом и жидкостью, пропорциональны плотности жидкости и квадрату скорости потока жидкости.
Пропорциональность силы квадрату линейных размеров тела легко следует из соображений геометрического подобия, поскольку рассматриваются только силы давления. Формула или закон, пзвестный обычно как закон квадрата синуса сопротивления воздуха Ньютона, относится к силе, действующей нв наклонную плоскую пластину; омываемую равномерным воздушным потоком. Его много обсуждали в связи с проблемой полета; в действительности его нельзя найти в работах Ньютона. Его вывели другие исследователи на основании метода вычисления, используемого Ньютоном при сравнении сопротивления воздуху тел различной геометрической формы.
В тридцать четвертом положении своей книги он рассчитал полную силу, действующую на поверхность сфер, а гакже на цилиндрические и конические тела, вычислив и добавив силы, вызванные воздействием частиц воздуя~, которые предположительно двигаются по прямой линии до тех пор, пока не ударяются о поверхность. Та же мысль, примененная к расчету силы, действующей на наклонную плоскую пластину, приводит к формуле г = рЯбсвв1п ст, где р .-- плотность жидкости, 5 -- площадь пластины, П вЂ” скорость пластины, а о утоп наклона'.
Сила Е направлена перпендикулярно поверхности. Величина рЯУвш се несомненно является потоком массы в единицу временн через поперечное сечение, Я вша, равное проекции пластины, перпендикулярно первоначальному направлению течения (рис. б). Предполагается, что после столкновения частицы следуют по направлению пластины. Затем получаем изменение количества дви- |Утоп атаки.
— 11риас пер. Глава 1 — 8 яп У Рис. 5, с1ергеж, иллюстрирующий теорию Ньютона. Нредполагается., что масса жидкости, отклоняемая пластиной, является массой, проходящей через поперечное сечение Яя1по, и — скорость 1юлетв, 8 площадь пластины, о угол наклонаи Р' — сила. жения массы акидкости, попадающей на гшастину в единипу времени, умножив зту массу па составляющуку скорости о'яшо, возникающую вследствие столкновения. Отметим, что в соответствии с конкретным предположением относительно природы потока жидкости была рассчитана только зависимость силы от утла наклона, в то время как ее зависимость от плотности, размеров и скорости опроделепа на основании общих механических принципов. Экспериментальные методы в ранней аэродинамике За два века между публикацией Начал Ньютона и датой первого механического полета, было проведено огромное количество наблюдений для определегшя сопротивления., испытываемого телом.
У доказательства Ньютона было одно великое достоинство. Он говорил о текучих средах вообще и указал, что один и тот же закон применим как к воде, так и к воздуху. Силы пропорциональны относительным плотностям. Это утверждение дало возможность применить результаты измерений, сделанные в воде, к движению в воздухе, и наоборот. Конечно, оно явилось великим шагом вперед.
В длинном перечне экспериментаторов, .инженеров и физиков, мы найдем имена многих известных ученых. Здм Мариотт (1620-1681) измерил силу, действук>щую на плоскую пластину, погруженную в поток воды. Эксперименты )Кана Шарля де Борца (1773 -1799) включали тела различной формы; он приводил тела в движение в воле с помощью л~уиииаи~иимеслие исслееееиаиа ьа ауи оелепюь Рис, 6.
Карусельная установка Беиджалеииа Робинса. (Из книги Наийисб Аег Кхресмлео1а1рбрмй (1 е1ре1р, 193Ц, 1Ъ', Тей 2; воспроизводится с разрешепия А1сас1епйзсве 1сет1абебеее11асЬай.) вращающегося рычага, так называемой карусельной установки. Этот метод ранее применял Бенджамин Робинс (1707 — 1751), который выполнял свой эксперимент в воздухе (рис. 6). Метод карусельной установки применялся вплоть до настоящего времени. Одпако у пего есть недостаток, поскольку через некоторое время вода или воздух начинают вращаться вместе с рычагом и трудно точно определить скорость модели относительно окружающего ее воздуха или воды. При измерении сопротивления тела., для которого применяли его прямолинейное протаскивание в жидкости, использовалось несколько экспериментальных методов.
Жан еуерон Даламбер (1717--1783), Антуан Кондоров (1743 — 1704) и Шарль Боссю (1730 — 1814) буксировали модели кораблей в стоячей воде. Возможно, это было первым применением так называемого метода буксировочного бассейна. Для перемещения моделей в прямолинейном движении по воздуху использовали локомотивы, а позднее автомобили. Однако этот метод не очень точен. Во-первых, им можно пользоваться только в отсутствие ветра, и, во-вторых, очень трудно вычислить влияние дна. 22 Глава 1 Рис. 7.
Установка Эйфеля для измерения сопротивления плоской пластины. (Из книги О. ЕгДс1, Ясс1гстс1гсг съретгтспго1сг егат 1а тсггнапсе г1с Рагс ехссигйсг а 1а гост Ег/~с1 [Регги, 19101.) Еще один метод создания прямолинейного движения -. свободное падение тела в воздухе. Ньютон сам наблкгдал за сферами, падагощими с купола собора Святого Павла. Этот метод применяли многие исследователи.
Заггечательные эксперименты проводили в конце девятнадцатого и начале двадцатого века Александр Густав Эйфель (1832 — 1923) 23 Кэродинамичеокие исследооанин до оры в,олетое и его сотрудники, использовав башню в Париже, названную в честь Эйфеля )7~. На рис. 7 показана экспериментальная установка Эйфеля для измерения сопротивления плоской пластины. Регистрирующий измерительный прибор В состоял из цилиндра, который поворачивался со скоростью пропорциональной скорости падающей системы относительно управляющего кабеля. На этом пилиндре регистрировались две записи. Камертон записывал время.
Пружинный динамометр, вставляемый между пластиной и несущей рамой, регистрировал силу; действукэшую между этими двумя участками. Теперь, поскольку время задавалось как функция смещения, можно рассчитать фактическое ускорение. Равнина между фактическим ускорением и ускорением вследствие сгшы тяжести равна разнице между измеренной силой и силой, возникшей вследствие сопротивления воздуха, деленной на массу, связанную с пластиной. Рис. 8, Старая динамическая трупа Ахенскеге университета: построена в 1912 -1913 годах. Размеры даны в метрах. Лу ппий метод для измерония сопротивления воздуха — — поместить модель в искусственный поток воздуха, т.е. метод аэродинамической арубы (рис. 8).
Первым человеком, создавшим подобную установку, был Франсис Герберт Уэнем (1824. 19()8), член-учредитель Общества "гмяяяе»н> г ям >!ме»вФ >~ в в м>< и<»» в >»>>»>> в> >ю >>>г л >»>>хи е>юв >»е<>м»>>Ф е <<»ье <мв' в о>н»<ЙФ> в 4>ве нне Рнс. 9. Современник аз<к>л>и<ахи<че< как труба. Изображение с ча<хо<мм рви резон сверхвнуковой аэролнна«ической труби >РАСА 6 иа 6 фут<ив Эйиской лаборвторин но ечроиавп<ке, 61ойк г Филд, Кктнфориив. <С рк>ре>ненни Нвннонвлы<о! о конг>> л>лвт явного коми<<*тв ио втроиввт ике ( МАСА), ) ио вчроннвтнке Веги<к<хорн!инин, рвчрвбо<ввгний в 16<1 году веро><ннами некую трубу для этого Обо<сесна.
В 1884 году другой внгличвнки, Горкино Филлип<. 11846 1912), и<к<с)кн<л усовершеьн<твоввнную вчродиннмнческую трубу. В<мел зв н~мп было построено с<не несколько небель<них вв1юдннвмнческнх труб; ивпрнм<'р. н 1991 голу Николай Егорович Жуковский (1647 1921) в Московском университете построил трубу два Фута н дивт<огре, В и< рвом деслтклетни нашего Века ачродниамнческие трубы бьии построены почти во всех странах. Среди <"тро<пс н>й были С<китон н Мвкснм в Англии, Рато н Эйфел!. но Фрин<и<и, Првидгль в 1ерманин, Кровно в И<алии, Жуковский< и Рнбушинскяй н России. По сравнению с современными <н.ромнымн трубами втн <ттвионки били <рнниительно скромными. Например, нн у одной авро<<инамнче< кой трубы, пестр<ниной до 1910 го<<а, мощно<>!"ь ие н)к ныинхтн 100 лов<единых снл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
