Кіріспе

Аэродинамикалық тиімділіктің өлшемі. Аэродинамикада көтеру-соғу қатынасы (немесе L/D қатынасы) – аэродинамикалық дене, мысалы, қанат немесе ұшақ, ауа арқылы қозғалғанда тудыратын көтеру күшінің, осы қозғалыс кезінде пайда болатын аэродинамикалық соғуға қатынасы. Бұл берілген ұшу жағдайындағы аэродинамикалық тиімділікті сипаттайды. Кез келген дененің L/D қатынасы ұшу жағдайларына сәйкес өзгереді. Қанат немесе қуатты ұшақ үшін L/D тура және тегіс ұшу кезінде анықталады. Желкенді ұшақ үшін бұл, биіктік жоғалтуға қатысты жүрілген қашықтықтың желкендеу қатынасын анықтайды. Бұл көрсеткіш, кез келген нақты ауа жылдамдығында туыраған көтеру күшін өлшеу арқылы, содан кейін осы жылдамдықтағы соғуға бөлу арқылы есептеледі. Бұл көрсеткіш жылдамдыққа байланысты өзгереді, сондықтан нәтижелер әдетте екі өлшемді график түрінде көрсетіледі. Көбінесе график U пішінін алады, себебі соғудың екі негізгі компоненті болады. L/D есептеулік сұйықтық динамикасы немесе компьютерлік модельдеу арқылы есептелуі мүмкін. Ол сондай-ақ, жел тоннелінде немесе еркін ұшу сынақтарында тәжірибелік түрде өлшенеді. L/D қатынасына дененің формалық соғу күші де, көтеру күшін жасаумен байланысты туындаған соғу күші де әсер етеді. Бұл негізінен көтеру және соғу коэффициенттеріне, ауа ағынына шабуыл бұрышына және қанаттың қанаттық қатынасына байланысты. L/D қатынасы берілген ұшу траекториясы үшін қажетті энергияға кері пропорционал, сондықтан L/D қатынасын екі есе арттыру бірдей қашықтыққа жұмсалатын энергияның жартысын ғана қажет етеді. Бұл отынның тиімді пайдалануына тікелей әсер етеді. L/D қатынасын су кемелері мен құрлықтағы көлік құралдарында да қолдануға болады. Судағы жылдамдық қайықтары мен ығыстыру кемелері үшін L/D қатынастары ұшақтарға ұқсас анықталады.

Көтергіш және сүйреу

Аэрофлейта пішіндес дене ауа сияқты тұтқыр сұйықтық арқылы қозғалғанда көтерілу күші пайда болады. Аэрофоль көбінесе иісті және/немесе ауа ағынына шабу бұрышымен орналастырылады. Көтерілу күші ауа жылдамдығының квадратына пропорционалды түрде артады. Аэродинамикалық дене көтерілу күшін тудырғанда, ол сонымен қатар индукциялық соққы немесе соққы күшін де тудырады. Төмен жылдамдықтарда ұшақ көтерілу күшін жасау үшін үлкен шабу бұрышын қолдануға мәжбүр, бұл үлкен индукциялық соққыға әкеледі. Бұл фактор көтерілу күші мен жылдамдық графигінің төмен жылдамдық бөлігінде басым болады. Формалық соққы дененің ауадағы қозғалысынан туындайды. Бұл соққы түрі, сондай-ақ ауа кедергісі немесе профильдік соққы, жылдамдықтың квадратына байланысты өзгереді (соққы теңдеуіне қараңыз). Осы себепті профильдік соққы жоғары жылдамдықтарда күштірек болады, көтерілу күші/жылдамдық графигінде U пішінін қалыптастырады. Профильдік соққыны азайту үшін негізінен аэродинамикалық пішінге келтіру және көлденең қимасын кішіреу қажет. Кез келген аэродинамикалық дененің жалпы соққы күші екі компоненттен тұрады: индукциялық соққы және формалық соққы.

Көтергіш және соғу коэффициенттері

Көтерме және соғу бұрышына (AoA) байланысты көтерілу және соғудың өзгеру деңгейлері сәйкесінше CL және CD көтерілу және соғу коэффициенттері деп аталады. Көтерілуге және соғуға қатысты AoA-мен өзгеретін арақатынас көбінесе осы коэффициенттер арқылы көрсетіледі. Кез келген берілген көтерілу шамасы үшін AoA жылдамдыққа байланысты өзгереді. CL және CD-нің жылдамдыққа қатысты графиктері соғу қисықтары деп аталады. Жылдамдық солдан оңға қарай артады. Көтерілу/соғу арақатынасы қисықтың бастапқы нүктесінен кейбір нүктеге дейінгі еңіспен анықталады, сондықтан ең жоғары L/D арақатынасы ең төмен соғу коэффициентінің нүктесінде, яғни сол жақ нүктеде кездеспейді. Оның орнына, ол сәл жоғары жылдамдықпен кездеседі. Кәсіпқой конструкторлар әдетте қозғалтқышты қолданатын тұрақты қанатты ұшақтың таңдалған крейсерлік жылдамдығында L/D ең жоғары болатын қанат дизайнын таңдайды, осылайша экономиканы максималды деңгейге көтереді. Авиациялық инженерияның барлық салаларындағыдай, қанатты жобалау кезінде көтерілу/соғу арақатынасы ғана ескерілмейді. Жоғары шабуыл бұрышындағы көрсеткіштер және жұмсақ тоқтату да маңызды.

Жылжымалы қатынас

Ұшақтың фюзеляжы мен басқару беттері де соқтығысу күшін арттырады және мүмкін, көтеруге әсер етеді. Сондықтан, ұшақтың жалпы L/D көрсеткішін қарастыру орынды. Жылзу қатынасы, яғни (қозғалтқышы жоқ) ұшақтың алға жылдамдығы мен оның төмен түсуі арасындағы қатынас (тұрақты жылдамдықпен ұшқанда) ұшақтың L/D көрсеткішіне сандық түрде тең болады. Бұл, әсіресе, жоғары өнімділікті желкенді ұшақтарды (планерлерді) жобалау және пайдалану кезінде маңызды. Олар ең жақсы жағдайда 60:1-ге жуық жылзу қатынасына (әрбір төмен түсу бірлігі үшін 60 бірлік алға жылдамдық) ие болуы мүмкін, бірақ 30:1 көрсеткіші әдеттегі демалыс үшін жақсы нәтиже саналады. Планердің ең жақсы L/D көрсеткішіне қол жеткізу үшін әуе жылдамдығын дәл басқару және басқару беттерін жұмсақ, шектеулі түрде пайдалану қажет, бұл соқтығысу күшін азайтуға көмектеседі. Желдің болмауы жағдайында, L/D көрсеткіші – бұл өтелген қашықтықтың жоғалған биіктікке бөлінуімен тең болады. Желді жағдайда жоғалған биіктікке қатысты ең көп қашықтықты алу үшін, ең жақсы әуе жылдамдығын қосымша түзету қажет, сондай-ақ рейдтік және термиялық режимдерді кезектестіру қажет. Ел ішінде жоғары жылдамдыққа қол жеткізу үшін, күшті термиялық ағындарды күтетін планер ұшқыштары көбінесе планерлерін (желкенді ұшақтарды) су балластымен жүктейді: қанаттың жүктемесінің артуы үлкен әуе жылдамдығында оптималды жылзу қатынасын қамтамасыз етеді, бірақ термиялық ағындарда көтерілу жылдамдығының төмендеуіне әкеледі. Төменде айтылғандай, максималды L/D көрсеткіші салмаққа немесе қанаттың жүктемесіне байланысты емес, бірақ қанаттың жүктемесі жоғары болғанда максималды L/D көрсеткіші жоғарырақ әуе жылдамдығында орын алады. Сонымен қатар, әуе жылдамдығының артуы ұшақтың Рейнольдс санының өсуіне әкеледі, бұл көбінесе соқтығысу күшінің азаюына себеп болады.