7.16. Движение тел в жидкостях и газах

При движении тела в жидкости или газе на него действуют силы, равнодействующую которых мы обозначим буквой R (рис.7.19).

Если тело симметрично и его ось симметрии совпадает с направлением скорости, то на него действует только лобовое сопротивление, подъемная же сила в этом случае равна нулю. Если рассмотреть движение цилиндра в такой жидкости (рис. 7.20), то картина линий тока симметрична как относительно прямой, проходящий через точки А и В, так и относительно прямой, проходящей через точки С и D, т.е. результирующая сила давления на поверхность цилиндра будет равна нулю.

Иначе обстоит дело при движении тел в вязкой жидкости. Вследствие вязкости среды в области, прилегающей к поверхности тела, образуется пограничный слой частиц, движущихся с меньшими скоростями. В результате тормозящего действия этого слоя возникает вращение частиц, и движение жидкости в пограничном слое ста­новит­ся вихре­вым. Если тело не имеет обте­каемой формы, то пограничный слой жидкости отрывается от поверхности тела. За телом возникает течение жидкости (газа), направленное противоположно набегающему потоку. Оторвавшийся по­граничный слой, следуя за этим течением, образует вихри, вращающиеся в противоположные стороны (рис. 7.21).

Лобовое сопротивление зависит от формы тела и его положения относительно потока, что учитывается безразмерным коэффициентом сопро­тив­ления С_х, определяемым экспериментально.

, (7.61)

где r – плотность среды; v – скорость движения тела; S – наибольшее поперечное сечение тела.

Составляющую R_х можно значительно уменьшить, подобрав тело такой формы, которая не способствует образованию завихрения.

Подъемная сила может быть определена формулой, аналогичной (7.59):

,

где С_y – безразмерный коэффициент подъемной силы.

Для крыла самолета требуется большая подъемная сила при малом лобовом сопротивлении. Это условие выполняется при малых углах атаки (угол к потоку).