ПОЧЕМУ И КАК ЛЕТАЕТ САМОЛЕТ

ВОЗДУХ И ВОЗДУШНЫЙ поток

Амолет летает в воздухе. Воздух служит опорой для его крыльев. Поэтому прежде чем разобраться в том, почему и как летает самолет, познакомимся с физиче­скими свойствами воздуха.

Как известно, воздух представляет собой смесь не­скольких газов. Воздушную оболочку земного шара мы называем атмосферой; она простирается приблизительно до высоты 2000 километров. Но, строго говоря, верхней границы атмосферы не существует, так как с высотой воздух становится все разреженнее и постепенно атмо­сфера сменяется безвоздушным пространством[3]).

Воздух кажется нам невесомым, но это неверно. У по­верхности земли, на уровне моря, один кубический метр воздуха весит приблизительно 1,3 килограмма (подсчи­тайте вес воздуха в вашей комнате и вы убедитесь, что воздух — доволь­но тяжелый газ). На высоте 5 кило­метров один кубический метр воздуха весит уже 0,7 килограмма, на высо­те 10 километров — только 0,4 кило­грамма и т. д.

Поскольку воздух имеет вес, он да­вит на тела, на всякую площадку, с ко­торой соприкасается (подобно тому как вода давит на погруженное в нее тело со всех сторон).

Атмосферное давление можно изме­рить прибором, который называется барометром[4]). В простейшем виде он изображен на рис. 5. Идея прибора со - Рис* Ртутный ба-

Стоит в том, что давление воздуха уравновешивается столбом ртути в в трубке показы-

Трубке, в которой воздуха нет, то есть вает величину да-

Над уровнем ртути в трубке пустота, вления воздуха (В)

Высота столба ртути на уровне мо - на поверхность рту-

^ ^ J irn ти в чашке,

Ря бывает равна в среднем 760 милли­метрам.

Когда атмосферное давление увеличивается, часть ртути из чашки вдавливается в трубку и уровень ртути в трубке повышается. При уменьшении атмосфер­ного давления происходит обратное. Измеряя высоту столба ртути по шкале, можно всегда узнать величи­ну атмосферного давления в миллиметрах ртутного столба.

Если площадь поперечного сечения трубки барометра равна одному квадратному сантиметру (1 см2), то вес ртутного столба, а значит и давление воздуха, равен приблизительно 1,03 килограмма. Следовательно, на уровне моря каждый квадратный сантиметр поверхности тела (сверху, снизу, с боков) испытывает давление воз­духа, равное 1,03 килограмма, а каждый квадратный
метр — давление в 10 000 раз большее, т. е. 10 300 кило­граммов.

Мы не замечаем этого громадного давления по той причине, что давление воздуха ( как и жидкости) пере­дается во все стороны с одинаковой силой. Поэтому всякое тело, нахо­дящееся в воздухе, испытывает дав­ление со всех сторон (а также из­нутри, когда воздух проникает в поры тела).

Атмосферное давление можно об­наружить очень простым опытом. Наполните стакан водой до краев, прикройте его листком плотной бу­маги, затем, придерживая листок ладонью, опрокиньте стакан и от­нимите руку: листок как бы при­

Липнет к краям стакана, и вода не выльется. Сила давления воздуха, действующая на листок снизу, бу­дет больше силы давления воды, то есть ее веса.

При изучении аэродинамических сил, действующих на самолет в по­лете, приходится измерять не атмо­сферное давление, а разность между двумя давлениями, из которых одно, скажем, равно атмосферному, а другое больше или меньше атмосферного. Для этой цели служит особый прибор — манометр. Принцип его действия такой же, как и барометра. Манометр изобра­жен на рис. 6. На поверхность ртути в обоих коленах трубки действует одинаковое давление — атмосферное; поэтому ртуть стоит в них на одном уровне. Если же одно колено, скажем, левое, соединить с пространством, в котором давление меньше атмосферного, то уровень ртути в этом колене повысится.

Столбик ртути между уровнями ртути в коленах трубки и покажет разность давлений в миллиметрах ртутного столба.

Аэродинамические силы, действующие на тело при его движении в воздухе, зависят только от его скорости относительно воздуха. Поэтому движется ли тело, а воз­

Дух неподвижен или, наоборот, тело неподвижно, а дви­жется воздух,— суть дела не меняется. Как в первом, так и во втором случае мы вправе говорить о воздушном потоке, набегающем на тело. Поэтому можно предста­вить, что самолет, летящий, например, со скоростью 200 километров в час (рис. 7, а), неподвижен, а на него набегает поток воздуха, с той же скоростью 200 километ­ров в час (рис. 7, б) [5]).

Следовательно, явления, возникающие при движении тела в воздухе, можно изучать двумя способами: или

Двигая тело в неподвижном воздухе, или обдувая возду­хом неподвижное тело.

Сейчас применяются оба способа, но второй более удобен и им чаще пользуются.

Раньше некоторые ученые считали второй способ оши­бочным, но Н. Е. Жуковский показал его правильность. Этот способ очень удобен при опытах в так называемых аэродинамических трубах.

Аэродинамической трубой называется сооружение, ко­торое позволяет создавать искусственный поток воздуха. Скорость воздушного потока, в зависимости от конструк­ции трубы, может быть очень большой. Простейшая аэро­динамическая труба изображена на рис. 8. Вот как она устроена и работает. Оба конца трубы открыты, и в одном из них установлен большой вентилятор, вращае­мый электромотором. При работе вентилятора в трубе создается воздушный поток. В самой узкой — рабочей— части трубы устанавливают для испытания модель са­молета или крыла. Если воздушный поток «подкрасить» дымом, то через окно в трубе можно наблюдать, как воз­дух обтекает модель, и даже сфотографировать карти­ну обтекания. С помощью специальных приборов можно измерять силы, возникающие при действии воздушного потока на модель.

В аэродинамической трубе, если вентилятор вращает­ся равномерно, воздушный поток получается, как гово­рят, установившимся.

Если самолет летит с постоянной скоростью, то полет тоже называют установившимся.