§9.14. ПОДЪЕМНАЯ СИЛА КРЫЛА САМОЛЕТА
Современный самолет — это сложнейшее сооружение, состоящее из сотен тысяч деталей, электронно-вы-числительных устройств. Полетная масса самолетов достигает нескольких сотен тонн.
Как же возникает подъемная сила, удерживающая самолет в воздухе?Со стороны атмосферы на крылья и корпус самолета действуют огромные силы давления. К примеру, площадь нижней поверхности крыла современного пассажирского самолета Ил-62 равна 240 м2, а вместе с поверхностью стабилизаторов достигает 280 м2. Атмосферное давление равно 105 Па, поэтому на крылья воздух действует с силой 2,8 • 107 Н. Эта сила в 18 раз превышает вес самолета с пассажирами (полетный вес са-молета Ил-62 равен 1,54 • 106 Н).
Для возникновения подъемной силы давление воздуха на ниж-нюю поверхность крыла должно быть больше, чем на верхнюю.
Такое перераспределение давления обычно происходит при обтекании крыла воздушным потоком. Рассчитаем избыточное давление, необходимое для того, чтобы возникла подъемная сила, равная силе тяжести, действующей на самолет Ил-62:
10'Н=5,5- ЮЗПа.
280 м
Это избыточное давление составляет примерно 0,05 от нор-мального атмосферного давления. Пример показывает, что для взлета самолета достаточно создать небольшое избыточное давление. Как же оно возникает?
Когда воздушный поток начинает обтекать крыло, то из-за действия сил трения у задней кромки крыла образуется вихрь, в котором воздух вращается против часовой стрелки, если кры-ло движется влево (рис. 9.51). Но по законам механики при возникновении вращения против часовой стрелки должно возникнуть вращение по часовой стрелке .
Рис. 9.51
Такое вращение воздуха и возникает вокруг крыла. На обте-кающий крыло поток накладывается циркуляция воздуха во- круг крыла. В результате скорость воздушного потока над крылом ока-зывается больше, чем под крылом, так как над крылом скорость цирку-ляции имеет такое же направление, как и скорость набегающего на крыло потока, а под крылом эти скорости противоположны по направлению. Но
согласно закону Бернулли давление должно быть больше там, где скорость меньше.
Следовательно, под крылом давление боль-ше, чем над ним. Из-за этого и возникает подъемная сила.Теория возникновения подъемной силы крыла при обтека-нии его потоком газа была впервые разработана русским ученым Н. Е. Жуковским.
Можно приближенно оценить, от чего зависит перепад давлений вокруг крыла. Если самолет движется со скоростью v от-носительно воздуха, то в системе координат, связанной с само-летом, крыло неподвижно, а на него набегает воздушный поток с такой же по модулю скоростью. Обозначим модуль скорости циркулирующего потока через и. Тогда модуль скорости возду-ха над крылом будет равен vx = v + и, а под крылом v2 = v - и. Запишем закон Бернулли:
,12 1 2 Р2 + 2РУ2 =Pi + § Р *
Откуда
Лр =P2-Pi = §P(ui ~ v 2) = 2pvu.
16*
467В нижних слоях атмосферы, где плотность воздуха больше, до-статочная подъемная сила может возникнуть и при малых скорос- тях движения самолета v. На больших высотах плотность воздуха уменьшается, но там могут быть развиты значительные скорости и за счет этого будет возникать необходимая подъемная сила.
Скорость самолета Ил-62 равна 900 км/ч, а на тех высотах, где он летает, плотность воздуха порядка 1 кг/м3. Поэтому при скорости циркуляции порядка 10 м/с возникает необходимый для полета перепад давлений:
Ар = 2-Ь *™60f 10 Па = 5 • 103 Па.
Закон Бернулли дает возможность понять, почему возникает подъемная сила у крыла самолета. Скорость обтекания воздухом верхней кромки крыла больше, чем нижней. Поэтому давление воздуха на нижнюю кромку крыла больше, чем на верхнюю.