ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА ВЪЗДУХА
Естеството на въздушния поток около самолета и величината на силите, възникващи от взаимодействието на частите на самолета и въздушния поток, се влияят значително от физическите свойства на въздуха: инертност, вискозитет, свиваемост.
Инерция - свойството на въздуха да се съпротивлява на промяна на състоянието на покой или равномерно праволинейно движение(втори закон на Нютон). Мярката за инерция е плътността на масата на въздуха. Колкото по-голяма е плътността на масата на въздуха, толкова по-голяма сила трябва да се приложи към въздуха, за да се изведе от състояние на покой или равномерно праволинейно движение. Следователно, колкото по-голяма е силата на самолета, действащ върху въздуха, толкова по-голяма е силата, действаща от страната на въздуха върху самолета(третият закон на Нютон).
Вискозитет- свойството на въздуха да устои на взаимното срязване на частиците. Молекулите на въздуха имат определена скорост на произволно хаотично движение, в зависимост от температурата, както и скоростта на общо транслационно движение. Преминавайки от бързо движещ се слой към бавен, молекулите ускоряват движението на бавно движещите се молекули и обратно - бавно движещите се молекули, попадайки в бързо движещ се слой въздух, забавят бързо движещите се молекули.
Когато самолетът се движи във въздушния поток, възниква съпротивление на триене, което определя вискозитета на въздуха. Вискозитетът на въздуха определя и динамичния коефициент на вискозитет.Колкото по-висока е температурата на въздуха, толкова по-голям е коефициентът на вискозитет, поради увеличаването на хаотичното движение на молекулите и увеличаването на ефективността на въздействието на един слой въздух върху друг.
Свиваемост - свойството на въздуха да променя своята плътност при промяна на налягането.
Самолети Як-52 и Як-55 летят със скорости под 450 km/h, при коитоняма значителна промяна в налягането, когато въздушният поток тече около въздухоплавателното средство и свиваемостта на въздуха практически няма ефект върху аеродинамичните характеристики и полетните данни на въздухоплавателното средство.
СПОСОБНОСТ НА ВЪЗДУХА И СКОРОСТ НА ЗВУКА
В допълнение към стационарните движения на газовите потоци, в аеродинамиката се изучават и някои нестационарни процеси, например образуването и разпространението на звукови вълни.
Способността на въздуха да се компресира се дължи на големите разстояния между молекулите. Тъй като всеки газ (и следователно въздух) има малки междумолекулни кохезионни сили, газът, който винаги се стреми да се разшири, заема целия предоставен му обем.
Така, когато обемът се промени, въздухът или се свива, или се разширява. В същото време неговата плътност също се променя съответно: с увеличаване на обема тя намалява, а с намаляване се увеличава. Количествено, свиваемостта се оценява чрез отношението на промяната в плътносттаDrкъм промяната в наляганетоDP, т.е. тяхната относителна стойност. .Това съотношение ще бъде мярка за свиваемост. Колкото по-голямо е съотношението, толкова повече компресираме този газ (или въздух).
Свиваемостта е свързана със скоростта на разпространение на звуковите вълни във въздуха.
Под звукови вълни трябва да се разбират всякакви малки смущения на плътността и налягането, разпространяващи се във въздуха, а под скоростта на звука - скоростта на разпространение на тези смущения.
КОМПАКТНО ЛЯТО
Нека разгледаме модела на разпространение на звукови вълни (малки смущения) по време на движението на източника на смущения (източник на звук).
Ориз. 4 Разпространение на вълни от слаби смущения и източници на смущения, движещи се с различни скорости
Ако източникът на смущение е неподвижен, тогава вълните ще се разпространяват с еднаква скорост във всички посоки.страни под формата на концентрични сфери, в центъра на които има източник на смущение. Всяко смущение (звукова вълна) е локално уплътняване на въздушни молекули, което се предава от един слой молекули на друг, отдалечавайки се от източника на смущение (фиг. 4, а).
Когато точковият източник на смущение се движи със скорост, по-малка от скоростта на звука, звуковите вълни вървят както напред, така и назад (фиг. 4, b). В резултат на това сферичните вълни ще бъдат изместени в посока, обратна на движението на източника на смущение, но източникът ще остане вътре в сферите.
Ако скоростта на точков източник на смущения е равна на скоростта на звука, тогава смущенията, причинени от източника, нямат време да напуснат източника и на мястото на източника на смущения във всеки даден момент смущенията се припокриват. Фронталната повърхност, образувана в резултат на тези припокривания, разделя пространството на две области: смутена (зад източника) и невъзмутима (пред източника), както е показано на фиг. 4, c.
Когато точков източник на смущения се движи със скорост, превишаваща скоростта на звуковата вълна (скорост на звука), създадените от него смущения трябва да останат зад източника (фиг. 4, г). Областта, в която малките смущения се разпространяват от точков източник на смущения, се нарича конус на слабите смущения. Вътре в конуса средата е смущена, извън конуса има област, в която няма смущения от даден източник. Повърхността на конуса служи като естествена граница, разделяща средата на две области - възмущена и невъзмутена. Тази повърхност се нарича гранична вълна на слаби смущения или граница на смущения. Граничните вълни на слабите смущения се образуват при движение със скорост, превишаваща скоростта на звука не само на материална точка, но и на тънъктела с остър преден ръб, както и когато свръхзвуков поток тече около повърхностите на крилото, фюзелажа и други части на самолета. Ъгълътjмежду границата на смущенията и посоката на движение на източника на смущения се нарича ъгъл на малките смущения.