II. СТРОЕНИЕ АТМОСФЕРЫ И АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СИЛЫ

 

Атмосфера – воздушная многослойная газообразная оболочка земного шара. Воздух представляет собой смесь различных газов. Вблизи Земли – это двухатомные газы: О₂ и N₂. Кроме того в малых количествах в нём находятся аргон Ar, углекислый газ СО₂, водород Н₂, неон Ne, гелий Не, озон О₃, а также пары воды. В нижних слоях атмосферы состав воздуха следующий: 78% (по объёму) - N₂; 21% – О₂; 0,93% - Аr; 0,07% – другие газы.

На большой высоте состав изменяется: уменьшается содержание кислорода и увеличивается содержание озона, который обладает способностью поглощать тепло ультрафиолетовых лучей.

Воздух обладает двумя свойствами, приводящими к возникновению аэродинамических сил: вязкостью и сжимаемостью.

Вязкость – способность газа или жидкости сопротивляться усилиям сдвига.

Все тела имеют молекулярное строение. Силы сцепления между молекулами зависят от расстояния между ними. У твёрдых тел наибольшая вязкость из-за огромных внутренних сил сцепления частиц. Жидкости и газы, между молекулами которых большие расстояния практически не сопротивляются сдвигу в свободном потоке. Поэтому газ считают идеальной жидкостью, т.е. не обладающей вязкостью. Действительно, в свободном потоке вязкость газа не проявляется, но другое дело вблизи твёрдых поверхностей. Силы сцепления частиц газа с твёрдой поверхностью так велики, что они полностью тормозятся и «прилипают» к поверхности. Нижний слой прилипших частиц тормозит частицы в вышележащих слоях. В результате на поверхности образуется пограничный слой газа (жидкости). Из-за разности скоростей между слоями возникает касательная сила трения, которую относят к единице поверхности и называют напряжением трения:

,

где ΔV/Δу – градиент скорости (изменение скорости по нормали к поверхности);

μ – динамический коэффициент вязкости, [н c/м²];

μ=ρ ν, где ν – кинематический коэффициент вязкости [м²/с].

Именно сила вязкости приводит к сопротивлению самолёта при полёте на дозвуковых и больших сверхзвуковых скоростях.

Сжимаемость – способность газа изменять свой объём при изменении

 

температуры и давления. Это свойство проявляется только, когда скорость полёта приближается к скорости звука (V≥ 300 м/c). В результате изменяется аэродинамическая сила, действующая на летательный аппарат.