Cтраница 91 из 129
Ему удалось получить численное решение, но при этом возникли трудности, связанные с заданием физически достоверного условия на задней кромке. Такое условие (по существу условие Кутты) необходимо для фиксации точки застой в задней части и исключения таким образом циркуляции вокруг тела. Однако он заметил, что задание условия отсутствия циркуляции приводит к возникновению отрицательной подъемной силы вследствие эффекта Вентури в зазоре под телом, являющегося, в свою очередь, следствием конечной толщины тела. Проблема точки застоя в задней части тела была решена Факкреллом, рассмотревшим тело с тупым дном, на котором выбирались фиксированные точки отрыва потока. Предполагалось, что поток полностью отрывается от дна, и донное давление считалось равномерно распределенным, величина его могла быть произвольной. В этой модели учитывался спутный след.
Все вышеприведенные рассуждения и результаты относились к исследованиям обтекания невязким потоком. В реальных ситуациях в процессе обтекания образуются пограничные слои, и, если форма тела достаточно гладкая, существует некоторая свобода в расположении линии отрыва потока. Влияние этих факторов необходимо исследовать экспериментально. Особенно важное значение имеет пограничный слой, образующийся у нижней поверхности, где при малом расстоянии от земли очень велики градиенты давления. Одно из первых исследований этой проблемы было осуществлено Финком и Ластингером, которые изучали обтекание крыльев с малым относительным удлинением, близким к единице. Чтобы избежать образования пограничного слоя у земли, они изучали обтекание крыла с его зеркальным отражением. Их результаты подтвердили теоретические выводы о том, что и положительная и отрицательная подъемные силы, образующиеся при обтекании под углом атаки, увеличиваются по мере приближения к земле. Во всех опубликованных позднее экспериментальных исследованиях земная поверхность моделировалась полностью. Примерами таких исследований являются работы Столлери и Барнса, которые испытывали закругленную каплевидную модель, Уотерса, изучавшего обтекание эллиптических и полуэллиптических крыльев очень малого удлинения, и Факкрелла, испытавшего трехмерную Модель, продольное сечение которой имело такую же форму, как и изученное им теоретически двумерное тело, о котором говорилось ранее. Закономерности, обнаруженные в результате этих исследований, согласуются с теоретическими выводами. Основным исключением было поведение в непосредственной близости к земной поверхности. В первых двух работах (но не в последней) была обнаружена тенденция, противоречащая теоретическим выводам об уменьшении подъемной силы при уменьшении расстояния до поверхности земли. Характер изменения подъемной силы менялся, и она, в конце концов, начинала увеличиваться. Начальное уменьшение подъемной силы обусловлено ускорением потока под телом (эффект Вентури) и образованием под ним области пониженного давления. Когда зазор между телом и землей конечен, но мал, вязкость препятствует прохождению потока через него, и частично поток направляется над телом, снижая там давление и увеличивая подъемную силу. Этот механизм объясняет нарушение закономерности изменения подъемной силы. При невязком обтекании такое явление наблюдается лишь когда тело фактически касается поверхности земли.
|