ІІІ. Параметри підйомної сили

Чи залежить характер обтікання від розмірів профілю і фактичної швидкості руху крила щодо повітря? Так, і дуже сильно. Пов'язано це з фізичними властивостями повітря, головними з яких є стисливість, щільність і в'язкість.

Стисливість важлива тільки при швидкостях руху, порівнянних зі швидкістю звуку. Але в даному рефераті ми не будемо детально розглядати рух при таких швидкостях, тому що це досить складно. Основи ж виникнення сил, що беруть участь при русі крила цілком можна описати, використовуючи спрощений випадок при відносно малих швидкостях руху повітряного потоку.

Щільність повітря є головною причиною виникнення підйомної сили крила. Уже на другому малюнку видно, що напрями ліній обтікання повітря до крила і після нього дещо не збігаються. Тобто крило скошує потік повітря вниз. Оскільки потік володіє певною масою, то за законом збереження імпульсу на крило діє сила R. Звідси випливає проста залежність, чим повітря щільніше, тим за інших рівних умов більше підйомна сила.

В'язкість повітря. Шари повітря рухаються один щодо одного з тертям. Дуже маленьким, але не нульовим. У картині обтікання крила в'язкість призводить до того, що у самої поверхні профілю на кордоні між твердою поверхнею і потоком повітря виникає тоненький шар повітря, як би приєднаний до крила і рухається разом з крилом. Його так і називають - прикордонний шар. Поведінка цього шару сильно залежить від розмірів профілю і швидкості його обтікання повітрям. Для того щоб оцінювати ступінь впливу в'язкості повітря на характер обтікання крила при різних умовах придумали коефіцієнт, що дорівнюють добутку хорди крила (в метрах) на швидкість його руху щодо повітря (в метрах на секунду), поділеній на в'язкість повітря. Називається цей коефіцієнт числом Рейнольдса на честь англійського фізика і позначається так: Re. При моделюванні в'язкість повітря можна вважати постійною, без великої погрішності, і рівної 0,000015 / сек. Буде зручніше вважати число Рейнольдса за наближеною формулою Re = 70 * V * b. Тут швидкість треба підставити в метрах в секунду, а хорду в міліметрах. Щоб було зрозуміліше, наведемо приклад. Крило моделі планера з хордою 0,1 метр летить зі швидкістю 6 метрів в секунду. Отримуємо Re = 42000. Це дуже маленьке значення для літаючих моделей і характерно для вільно літаючих моделей класу F1. При таких значеннях Re в'язкість має величезне значення. Обтікання профілю при цьому виглядає так:

Рис. 5

Тут цікаво звернути увагу на точку В. До неї потік повітря в прикордонному шарі плавний. Такий потік називається ламінарним. У ньому практично немає маленьких повітряних вихорів, що перемішують повітря з сусідніх шарів. У точці В починається утворення прислойних вихорів, що перемішують повітря з сусідніх шарів. Такий потік називається турбулентним. Можна так побудувати твірну профілю, що на більшій його верхній частині потік повітря буде ламінарним, а точка В зрушиться назад за профілем. Такі профілі називають ламінаризованими. Який потік краще для моделі? Тут однозначної відповіді на всі випадки життя немає. Ламінарна течія в порівнянні з турбулентним має свої переваги і недоліки. Тут назвемо лише переваги - при ламінарному потоці тертя поверхні крила об повітря менше. Значить і менше лобовий опір.