Удобообтекаемые и плохообтекаемые тела
К удобообтекаемым телам относятся пространственные тела, обтекание которых в продольном направлении происходит без отрыва потока. Как правило, это конфигурации большого удлинения с плавными очертаниями (например, корабельного крыльевого типа). Поверхность удобообтекаемого тела не имеет изломов, а местный угол наклона касательной плоскости к поверхности тела мал. К типу удобообтекаемых тел относятся, например, компоновки, состоящие из профилированной носовой части (полуэллипсоид с удлинением, равным примерно двум), цилиндрической вставки большого удлинения, переходной профилированной кормовой части и конической кормовой части.
Течения жидкости около плохообтекаемых тел характеризуются развитыми, обширными областями отрыва потока. Эти области формируются, как правило, в кормовой части. Классическими примерами таких тел являются сфера, а также цилиндр, пластина, диск, установленные поперек потока. Удлинение плохообтекаемых тел невелико.
|
|
Действие вязкости проявляется двояким образом. Прежде всего на поверхности тела возникают силы трения, сумма которых дает общую силу трения
(6.23)
где t — единичный вектор, касательный к поверхности;
S — площадь поверхности тела.
Кроме того, вследствие вязкости формируется погранслой, который увеличивает эффективную толщину обтекаемого тела на толщину вытеснения δ*. Обтекаемый контур тела конечных размеров становится бесконечным, так как след простирается вниз по потоку до бесконечности. Деформация реального контура приводит к перераспределению давления по сравнению со случаем обтекания идеальной жидкостью. В результате парадокс Даламбера — Эйлера теряет свою силу. Возникает сила давления, вызванная вязкостью:
(6.24)
Суммарная гидродинамическая сила в вязком потоке будет равна
(6.25)
Проекция этой силы на ось ха скоростной системы координат даст силу сопротивления, состоящую соответственно из двух слагаемых: сопротивления трения и сопротивления давления. Последнее слагаемое называют также сопротивлением формы. Итак,
или
В случае удобообтекаемых тел силы трения играют доминирующую роль в общем балансе сил сопротивления. В случае плохообтекаемых тел силы давления становятся соизмеримыми с силами трения, а иногда и значительно превосходят их.