كيف تعتمد قوة مقاومة الهواء على شكل الجسم وكتلته؟ السحب (الديناميكا الهوائية)

1. ترتبط حركة المركبة بحركة جزيئات الهواء مما يستهلك جزءا من قوة المحرك. وتتكون هذه التكاليف من العناصر التالية:

2. المقاومة الأمامية، وتظهر بسبب اختلاف الضغط أمام السيارة المتحركة وخلفها (55-60% مقاومة الهواء).

3. المقاومة الناتجة عن الأجزاء البارزة - مرآة الرؤية الخلفية، إلخ. (12-18%).

4. المقاومة التي تحدث عندما يمر الهواء عبر الرادياتير وحجرة المحرك.

5. المقاومة الناتجة عن احتكاك الأسطح القريبة بطبقات الهواء (تصل إلى 10%).

6. المقاومة الناتجة عن اختلاف الضغط بين أعلى وأسفل السيارة (5-8%).

لتبسيط حسابات مقاومة الهواء، نستبدل المقاومة الموزعة على كامل سطح السيارة بقوة مقاومة الهواء المطبقة عند نقطة واحدة تسمى مركز الشراعسيارة.

أثبتت التجربة أن قوة مقاومة الهواء تعتمد على العوامل التالية:

على سرعة المركبة، وهذا الاعتماد تربيعي بطبيعته؛

من المنطقة الأمامية للسيارة F;

من معامل التبسيط ك في، وهي تساوي عدديًا قوة مقاومة الهواء الناتجة عن الواحد متر مربعالمنطقة الأمامية للمركبة عندما تتحرك بسرعة 1 م/ث.

ثم قوة المقاومة بيئة الهواء.

عند تحديد Fاستخدم الصيغ التجريبية لتحديد منطقة المقاومة التقريبية. ل الشاحنات Fعادة: و=ح×ب(منتج الطول والعرض)، مماثل للحافلات. ل سيارات الركابيقبل F=0.8H×B. وهناك صيغ أخرى تأخذ في الاعتبار مسار المركبة واحتمال تغير ارتفاع المركبة وما إلى ذلك. ك في ×Fمُسَمًّى عامل تبسيطوتدل دبليو.

لتحديد معامل التبسيط، استخدم أجهزة خاصةأو طريقة التحليق، والتي تتمثل في تحديد التغير في مسار مركبة حرة الحركة عند التحرك بسرعات أولية مختلفة. عندما تتحرك السيارة في تدفق الهواء، قوة مقاومة الهواء ر فيمن الممكن أن تتحلل إلى مكونات على طول محاور السيارة. في هذه الحالة، تختلف صيغ تحديد إسقاطات القوى فقط في المعاملات التي تأخذ في الاعتبار توزيع القوة على طول المحاور. يمكن تحديد معامل التبسيط من التعبير:

حيث C X هو المعامل المحدد تجريبيامع مراعاة توزيع قوة مقاومة الهواء على طول المحور "x". ويتم الحصول على هذا المعامل عن طريق النفخ في نفق الرياح، ;

ص - كثافة الهواء حسب GOST r = 1.225 كجم/م 3 عند الصفر.

نحن نحصل .

يمثل المنتج رأس السرعة المساوية للطاقة الحركية متر مكعبالهواء يتحرك بسرعة السيارة بالنسبة للهواء.

معامل في الرياضيات او درجة ك فيله البعد.

بين ك فيو ج اكسهناك تبعية: ك في =0.61 درجة مئوية.

تزيد المقطورة الموجودة على السيارة من قوة السحب بمعدل 25%.

بسبب الكبح أمام الجسم، تنخفض سرعة التدفق ويزداد الضغط. وتعتمد درجة زيادته على شكل الجزء الأمامي من الجسم. يكون الضغط أمام اللوحة المسطحة أكبر منه أمام الجسم على شكل دمعة. خلف الجسم، بسبب التخلخل، ينخفض ​​الضغط، في حين أن اللوحة المسطحة لها قيمة أكبر مقارنة بالجسم على شكل قطرة.

وهكذا يتشكل فرق في الضغط أمام الجسم وخلفه، مما يؤدي إلى خلق قوة هوائية تسمى سحب الضغط. بالإضافة إلى ذلك، بسبب احتكاك الهواء في الطبقة الحدودية، تنشأ قوة ديناميكية هوائية، وهو ما يسمى سحب الاحتكاك.

عندما تتدفق بشكل متناظر حول الجسم، فإن المقاومة

يتم توجيه مقاومة الضغط والاحتكاك في الاتجاه المعاكس لحركة الجسم، ويشكلان معًا قوة السحب. أثبتت التجارب أن القوة الديناميكية الهوائية تعتمد على سرعة التدفق وكثافة كتلة الهواء وشكل وحجم الجسم وموقعه في التدفق وحالة السطح. عندما تزداد سرعة التدفق القادم، فإنه الطاقة الحركية، والتي تتناسب مع مربع السرعة، تزداد. لذلك، عند التدفق حول لوحة مسطحة موجهة بشكل عمودي على التدفق، مع زيادة السرعة، يكون الضغط في الجزء الأمامي

ويزداد هذا لأن معظم الطاقة الحركية للتدفق أثناء الكبح تتحول إلى طاقة ضغط محتملة. في هذه الحالة، يتناقص الضغط خلف اللوحة بشكل أكبر، نظرًا لزيادة القصور الذاتي للطائرة، يزداد نطاق منطقة الضغط المنخفض. وهكذا، مع زيادة سرعة التدفق، بسبب زيادة فرق الضغط أمام الجسم وخلفه، تزداد قوة السحب الديناميكي الهوائي بما يتناسب مع مربع السرعة.

لقد ثبت سابقًا أن كثافة الهواء هي ما يميز خموله: فكلما زادت الكثافة، زاد الخمول. لتحريك جسم في هواء خامل، وبالتالي أكثر كثافة، يلزم بذل جهد أكبر لتحريك جزيئات الهواء، مما يعني أن الهواء سيمارس قوة أكبر على الجسم. وبالتالي، كلما زادت كثافة الهواء، زادت القوة الديناميكية الهوائية المؤثرة على الجسم المتحرك.

ووفقا لقوانين الميكانيكا، فإن حجم القوة الديناميكية الهوائية يتناسب مع مساحة المقطع العرضي للجسم المتعامد مع اتجاه عمل هذه القوة. بالنسبة لمعظم الأجسام، هذا المقطع العرضي هو أكبر مقطع عرضي، ويسمى القسم الأوسط، وبالنسبة للجناح - منطقة مخططه.

ويؤثر شكل الجسم على طبيعة الطيف الديناميكي الهوائي (سرعة التيارات المتدفقة حول جسم معين)، وبالتالي فرق الضغط الذي يحدد حجم القوة الديناميكية الهوائية. عندما يتغير موضع الجسم في تدفق الهواء، يتغير طيف تدفقه، مما يستلزم تغيرًا في حجم واتجاه القوى الديناميكية الهوائية.

تتعرض الأجسام ذات الأسطح الأقل خشونة لقوى احتكاك أقل، نظرًا لأن الطبقة الحدودية لها على معظم السطح لها تدفق صفحي، حيث تكون مقاومة الاحتكاك أقل منها في الأجسام المضطربة.

وهكذا إذا كان تأثير الشكل والموضع
الهيئات في التدفق، تأخذ بعين الاعتبار درجة المعالجة السطحية
عامل التصحيح يسمى ايرو
معامل ديناميكي، يمكننا أن نستنتج ذلك
أن القوة الديناميكية الهوائية تتناسب طرديا مع قوتها
معاملها وضغط السرعة وميل
تقسيم الأجسام (في الجناح -منطقتها),

إذا كنا نشير إلى القوة الديناميكية الهوائية الإجمالية لمقاومة الهواء بالحرف ص،معاملها الديناميكي الهوائي - ضغط السرعة - ف،ومساحة الجناح، يمكن كتابة معادلة مقاومة الهواء على النحو التالي:

الهجمات حيث أن ضغط السرعة متساوي

يبدو مثل:

ستكون الصيغة

الصيغة المعطاة لقوة مقاومة الهواء هي الصيغة الرئيسية، حيث أنه باستخدام أشكال مماثلة من الممكن تحديد حجم أي قوة ديناميكية هوائية، مع استبدال تسمية القوة ومعاملها فقط.

إجمالي القوة الديناميكية الهوائية ومكوناتها

نظرًا لأن انحناء الجناح في الأعلى أكبر منه في الأسفل، فعندما يلتقي بتدفق الهواء، وفقًا لقانون ثبات معدل تدفق الهواء الثاني، تكون سرعة التدفق المحلية حول الجناح في الأعلى أكبر منها عند في الأسفل، وعلى حافة الهجوم يتناقص بشكل حاد وفي بعض النقاط ينخفض ​​إلى الصفر. وبحسب قانون برنولي تظهر منطقة الضغط المتزايد أمام الجناح وأسفله؛ تظهر منطقة الضغط المنخفض فوق وخلف الجناح. بالإضافة إلى ذلك، بسبب لزوجة الهواء. تنشأ قوة، الاحتكاك في الطبقة الحدودية. يعتمد نمط توزيع الضغط على طول شكل الجناح على موضع الجناح في تدفق الهواء، لوصف مفهوم "زاوية الهجوم".

زاوية هجوم الجناح (α) هي الزاوية بين اتجاه وتر الجناح وتدفق الهواء الوارد أو اتجاه ناقل سرعة الطيران (الشكل 11).

يتم أيضًا توضيح توزيع الضغط على طول الملف الشخصي في شكل مخطط متجه. لإنشائه، ارسم ملف تعريف الجناح، ضع علامة عليه عند النقاط التي

منها تم قياس الضغط، ومن هذه النقاط يتم رسم قيم الضغط الزائد على شكل نواقل. إذا كان الضغط منخفضًا عند نقطة معينة، فسيتم توجيه سهم المتجه بعيدًا عن المظهر الجانبي، وإذا كان الضغط مرتفعًا، فسيتم توجيهه نحو المظهر الجانبي. ترتبط نهايات المتجهات بخط مشترك. في التين. يوضح الشكل 12 صورة لتوزيع الضغط على طول شكل الجناح عند زوايا الهجوم المنخفضة والعالية. ويظهر أنه يتم الحصول على أكبر فراغ على السطح العلوي للجناح عند نقطة التضييق الأقصى للتيارات. عند زاوية الهجوم التي تساوي الصفر، سيكون الفراغ الأكبر عند نقطة أكبر سمك للملف الجانبي. يحدث أيضًا تضييق للتيارات أسفل الجناح، ونتيجة لذلك ستكون هناك أيضًا منطقة خلخلة، ولكنها أصغر من تلك الموجودة فوق الجناح. أمام طرف الجناح توجد منطقة ذات ضغط متزايد.

ومع زيادة زاوية الهجوم، تنتقل منطقة الخلخلة نحو حافة الهجوم وتزداد بشكل ملحوظ. يحدث هذا لأن مكان التضييق الأكبر للتيارات يتحرك نحو حافة الهجوم. تحت الجناح، تتباطأ جزيئات الهواء التي تلتقي بالسطح السفلي للجناح، مما يؤدي إلى زيادة الضغط.

يمثل كل متجه للضغط الزائد الموضح في الرسم البياني قوة تؤثر على وحدة من سطح الجناح، أي أن كل سهم يمثل، على مقياس معين، مقدار الضغط الزائد، أو الفرق بين الضغط المحلي والضغط في المنطقة غير المضطربة. تدفق:

وبجمع كل المتجهات يمكننا الحصول على القوة الديناميكية الهوائية دون الأخذ بعين الاعتبار قوى الاحتكاك. هذه القوةمع الأخذ بعين الاعتبار قوة احتكاك الهواء في الطبقة الحدودية، ستكون القوة الديناميكية الهوائية الكلية للجناح. وهكذا، فإن القوة الديناميكية الهوائية الإجمالية (ص)يحدث بسبب اختلاف الضغط أمام وخلف الجناح وتحت الجناح وفوقه، وكذلك نتيجة احتكاك الهواء في الطبقة الحدودية.

تقع نقطة تطبيق إجمالي القوة الديناميكية الهوائية على وتر الجناح وتسمى مركز الضغط (CP). نظرًا لأن القوة الديناميكية الهوائية الكلية تعمل في اتجاه الضغط المنخفض، فسيتم توجيهها للأعلى وتنحرف للخلف.

وفقا للقانون الأساسي للمقاومة

أرز. 13.تحلل القوة الديناميكية الهوائية الكلية للجناح إلى مكوناته

الهواء، يتم التعبير عن القوة الديناميكية الهوائية الإجمالية بالصيغة:

عادةً ما يتم اعتبار القوة الديناميكية الهوائية الإجمالية بمثابة مجموع هندسي لمكونين: أحدهما، Y، المتعامد مع التدفق غير المضطرب، يسمى قوة الرفع، والآخر، Q، الموجه عكس حركة الجناح، يسمى قوة السحب.

ويمكن اعتبار كل من هذه القوى بمثابة مجموع جبري لمصطلحين: قوة الضغط وقوة الاحتكاك. بالنسبة لقوة الرفع، يمكن عمليا إهمال الحد الثاني والافتراض أنها قوة ضغط فقط. ينبغي اعتبار المقاومة مجموع مقاومة الضغط ومقاومة الاحتكاك (الشكل 13).

تسمى الزاوية بين متجهات الرفع والقوة الديناميكية الهوائية الكلية زاوية الجودة (Θк).

رفع الجناح

يتم إنشاء قوة الرفع (Y) نتيجة للاختلاف في متوسط ​​الضغوط في الجزء السفلي والعلوي من الجناح.

عند التدفق حول شكل غير متماثل، تكون سرعة التدفق فوق الجناح أكبر منها تحت الجناح، وذلك بسبب الانحناء الأكبر للسطح العلوي للجناح، ووفقًا لقانون برنولي، يكون الضغط من الأعلى أقل من الضغط من الأسفل.

إذا كان شكل الجناح متماثلًا وزاوية الهجوم صفر، فإن التدفق يكون متماثلًا، والضغط أعلى وأسفل الجناح هو نفسه ولا يحدث أي رفع (الشكل 14). يخلق الجناح ذو الشكل المتماثل قوة الرفع فقط عند زاوية هجوم غير صفرية.

ويترتب على ذلك أن حجم قوة الرفع يساوي حاصل ضرب الفرق في الضغط الزائد تحت الجناح (Rizb.low) وفوقه (رزق. أعلى) لكل منطقة الجناح:

ج ي- معامل الرفع الذي يتم تحديده تجريبياً عند نفخ الجناح في نفق الرياح. ويعتمد حجمه على ما يلي: 1 - على شكل الجناح الذي يلعب الدور الرئيسي في خلق الرفع؛ 2 - من زاوية الهجوم (اتجاه الجناح بالنسبة للتدفق)؛ 3- على درجة معالجة الجناح (غياب الخشونة، سلامة المادة، الخ).

إذا تم رسم رسم بياني بناءً على بيانات من نفخ جناح غير متماثل في نفق رياح بزوايا هجوم مختلفة، فسيبدو هكذا (الشكل 15).

إنه يظهر أن:

1. بالنسبة للبعض قيمة سالبةزاوية الهجوم، معامل الرفع يساوي صفر. هذه هي زاوية الرفع الصفرية ويشار إليها بـ α0.

2. مع زيادة زاوية الهجوم إلى قيمة معينة

أرز. 14.التدفق دون سرعة الصوت حول الجناح: أ- طيف التدفق (الطبقة الحدودية غير معروضة)؛ ب- توزيع الضغط (نمط الضغط)

أرز. 15.الجدول الزمني يعتمد
معامل في الرياضيات او درجة
قوة الرفع ومعاملها
سائق أمامي
مقاومة الزاوية
الهجمات.

الشكل، 16.يتوقف التدفق عند زوايا الهجوم فوق الحرجة: عند النقطة A يكون الضغط أكبر منه عند النقطة B، وعند النقطة C يكون الضغط أكبر منه عند النقطتين A وB.

يزداد معامل الرفع بشكل متناسب (في خط مستقيم)، وبعد زاوية معينة من الهجوم، تنخفض الزيادة في معامل الرفع، وهو ما يفسره تكوين دوامات على السطح العلوي.

3. عند زاوية معينة من الهجوم، يصل معامل الرفع إلى قيمته القصوى. تسمى هذه الزاوية حرجة ويشار إليها بـ α cr. ثم، مع زيادة أخرى في زاوية الهجوم، يتناقص معامل الرفع، والذي يحدث بسبب انفصال التدفق الشديد عن الجناح بسبب حركة الطبقة الحدودية ضد حركة التدفق الرئيسي (الشكل 16).

نطاق الزوايا التشغيلية للهجوم هي زوايا من α 0 إلى α كر. في زوايا الهجوم القريبة من الحرجة، لا يتمتع الجناح بالثبات الكافي ويتم التحكم فيه بشكل سيء.

ويعتمد حجم قوة مقاومة الهواء على شكل المقذوف، وحالة سطح جسمه، ومساحة مقطعه الأكبر، وكثافة الهواء، وسرعة المقذوف بالنسبة للهواء، والسرعة انتشار الصوت وموضع المحور الطولي للقذيفة بالنسبة لمتجه سرعة المقذوف.

دعونا نفكر بإيجاز في كيفية تأثير العوامل المذكورة أعلاه على حجم قوة مقاومة الهواء.

شكل وحالة سطح المقذوف. تمت الإشارة إلى تأثير شكل المقذوف وحالة سطحه على حجم قوة مقاومة الهواء عند النظر في العوامل التي تحدد حدوث قوة مقاومة الهواء.

أرز. 12. تأثير شكل المقذوف على تكوين الرأس والذيل

الأمواج والاضطراب خلف المقذوف:

أ- مقذوف أسطواني ب - قذيفة الكرة (الأساسية)؛ الخامس -مقذوف مستطيل بجزء حزام أسطواني (قنبلة يدوية قديمة شديدة الانفجار) ؛

ز- مقذوف مستطيل ذو جزء حزام مخروطي

يظهر بوضوح اعتماد حجم مقاومة الموجة والدوامة على شكل المقذوف في الشكل. 12، والذي يُظهر لقطات للمقذوفات التي تم إطلاقها بنفس السرعة الأولية تقريبًا.

يتم الحصول على أصغر الموجات والاضطراب من مقذوف ذو رأس مدبب وجزء سفلي مشطوف، ويتم الحصول على أكبر الموجات والاضطراب من مقذوف أسطواني.

ولكن ينبغي أن يؤخذ في الاعتبار أنه عند اختيار الشكل الأمثل للقذيفة، من الضروري، إلى جانب تقليل مقاومة الهواء، ضمان استقرار طيران المقذوف، الاستخدام العقلانيالمعادن والمعدات والتأثير الفعال للقذيفة على الهدف؛ لذلك القذائف أنواع مختلفةلها أشكال مختلفة.

يتم التعبير عن اعتماد حجم قوة مقاومة الهواء على شكل المقذوف من خلال معامل الشكل أنا.

بالنسبة لقذيفة من هذا النوع، والتي يتم أخذ شكلها كمعيار، فإن معامل الشكل يساوي الوحدة. عندما يتغير شكل المقذوف بالنسبة للمرجع، يتم تحديد معامل الشكل تجريبيا.

أكبر مساحة مقطعية. إذا كانت زاوية الإيماءة δ = 0 ثم الكمية الجسيمات الأوليةكمية الهواء التي سيواجهها المقذوف في طريقه، مع تساوي العوامل الأخرى، ستعتمد على مساحة أكبر مقطع عرضي لها. كلما كانت مساحة المقطع العرضي للقذيفة أكبر، كلما زاد تأثير جزيئات الهواء الأولية على المقذوف، وزادت قوة مقاومة الهواء. تظهر البيانات التجريبية أن قوة مقاومة الهواء تتغير بما يتناسب مع التغير في مساحة المقطع العرضي للقذيفة.

كثافة الهواء. تشير كثافة الهواء إلى كتلة الهواء لكل وحدة حجم. يمكن أن يحدث التغير في كتلة الهواء لكل وحدة حجم بسبب التغير في عدد الجسيمات الأولية (الجزيئات) لكل وحدة حجم، أو بسبب التغير في كتلة كل جسيم. على سبيل المثال، إذا زادت كثافة الهواء، فهذا يعني إما أن عدد الجزيئات الأولية في كل وحدة من حجم الهواء قد زاد، أو أن كتلة الجزيئات زادت (أو كليهما معًا)، وإذا كان الأمر كذلك، فإن ستزداد قوة عمل الهواء على كل وحدة مساحة سطح المقذوف، وبالتالي تزيد مقاومة الهواء الكلية.

لقد ثبت أن قوة مقاومة الهواء تتغير بما يتناسب مع التغير في كثافة الهواء.

سرعة المقذوفات. تظهر الأبحاث أن قوة مقاومة الهواء تتناسب طرديًا مع مربع سرعة المقذوف بالنسبة للهواء. على سبيل المثال، إذا تضاعفت سرعة المقذوف بالنسبة للهواء، فإن قوة مقاومة الهواء ستزيد بمقدار أربعة أضعاف.

ويفسر ذلك حقيقة أنه، أولاً، مع زيادة سرعة القذيفة، ستواجه المزيد من جزيئات الهواء الأولية في طريقها في كل وحدة زمنية، وثانيًا، القصور الذاتي لجزيئات الهواء بسرعة أعلى "يجب أن يكون" يتم التغلب عليها بواسطة المقذوف في لحظة زمنية أقصر، مما يسبب مقاومة أكبر لجزيئات الهواء.

سرعة انتشار الصوت في الهواء. يحدث تكوين مقاومة الموجة، كما هو موضح أعلاه، في اللحظة التي تصبح فيها سرعة القذيفة سرعة متساويةالصوت، أي في اللحظة التي،

أين الخامس- سرعة القذيفة و أ- سرعة الصوت في الهواء .

سرعة الصوت في الهواء ليست ثابتة (حسب درجة حرارة الهواء ورطوبته). وبالتالي، عند نفس سرعة المقذوف، وبسبب التغيرات في سرعة الصوت في الهواء، يمكن أن يختلف حجم مقاومة الموجة وقوة مقاومة الهواء ككل. يتم أخذ اعتماد حجم قوة مقاومة الهواء على سرعة انتشار الصوت في الاعتبار بواسطة معامل خاص. ضخامة , يعتمد على حجم وشكل القذيفة. يظهر الرسم البياني لهذا الاعتماد في الشكل. 13.

أرز. 13. الرسم البياني للوظيفة:

أ.- مقذوف بجزء حزام أسطواني (قنبلة يدوية قديمة شديدة الانفجار) ؛

ب - مقذوف مستطيل بجزء حزام مخروطي

موضع المحور الطولي للقذيفة بالنسبة إلى مماس المسار (متجه السرعة). يصاحب طيران المقذوف في الهواء حركات تذبذبية معقدة حول مركز الثقل، ونتيجة لذلك لا يتوافق المحور الطولي للقذيفة مع اتجاه الطيران (مع ناقل السرعة)، أي زوايا التمايل يظهر.

عند حدوث زاوية الميل، لم تعد القذيفة تطير مع جزء رأسها للأمام، ولكنها تعرض جزءًا من سطحها الجانبي لتدفق الهواء القادم. ولهذا السبب، فإن ظروف تدفق الهواء حول القذيفة تزداد سوءا بشكل حاد.

كل هذا يزيد بشكل حاد من قوة مقاومة الهواء. وللحد من تأثير هذا العامل، يتم اتخاذ تدابير لتحقيق الاستقرار في طيران المقذوف، أي لتقليل زوايا التمايل.

لذلك، فإن تأثير العوامل المختلفة على حجم قوة مقاومة الهواء معقد ومتعدد الأوجه. لذلك، عادة ما يتم تحديد قوة مقاومة الهواء بشكل تجريبي في ظل الظروف التي يتم فيها تطبيق قوة مقاومة الهواء أثناء الحركة بأكملها على مركز ثقلها وتوجيهها بشكل عرضي إلى المسار، أي أنه لا توجد زوايا تمايل.

يتم التعبير عن حجم قوة مقاومة الهواء من خلال صيغ تجريبية مختلفة. واحدة من الأكثر شيوعا لديها النموذج

(1.7)

أين ر- حجم قوة مقاومة الهواء، كلغ؛

أنا-عامل الشكل؛

س- مساحة المقطع العرضي للقذيفة، م 2؛

ρ - كثافة الهواء (الكتلة 1 م 3من الهواء المعطى يساوي

أين ص- الوزن 1 م 3الهواء، أو كثافة وزن الهواء)؛

الخامس- سرعة القذيفة بالنسبة للهواء، آنسة؛

المعامل التجريبي مع الأخذ في الاعتبار تأثير الكمية

نسبة سرعة المقذوف إلى سرعة الصوت حسب شكل المقذوف.

في الصيغة 1.7، للكمية معنى مستقل، لأنها ليست أكثر من طاقة حركية، أو قوة حية 1 م 3هواء. وتسمى هذه القيمة ضغط السرعة.

المحاضرة 10

الموضوع 4. النشاط 2. اصطدام قذيفة في مهب الريح

1. تسريع أو دعم الريح. المنظر المستعرض والمعامل الباليستي.

2. ضرورة قبول العالم لضمان استقرار المقذوف في الميدان.

3. سقوط مقذوف محكم الإغلاق في الميدان. الاشتقاق.

عندما يتحرك أي جسم على سطح ما أو في الهواء، تنشأ قوى تمنعه. وتسمى قوى المقاومة أو الاحتكاك. سنخبرك في هذه المقالة بكيفية العثور على قوة السحب وإلقاء نظرة على العوامل التي تؤثر عليها.

لتحديد قوة المقاومة، من الضروري استخدام قانون نيوتن الثالث. هذه القيمة تساوي عدديًا القوة التي يجب تطبيقها لجعل الجسم يتحرك بالتساوي على سطح أفقي مستو. يمكن القيام بذلك باستخدام مقياس الدينامومتر. يتم حساب قوة المقاومة بالصيغة F=μ*m*g. ووفقا لهذه الصيغة، فإن القيمة المطلوبة تتناسب طرديا مع كتلة الجسم. تجدر الإشارة إلى أنه من أجل الحساب الصحيح، من الضروري تحديد μ - وهو معامل يعتمد على المادة التي يتم صنع الدعم منها. يتم أيضًا أخذ مادة العنصر في الاعتبار. يتم تحديد هذا المعامل حسب الجدول. للحساب، يتم استخدام ثابت g، وهو ما يساوي 9.8 م/ث2. كيف تحسب المقاومة إذا كان الجسم لا يتحرك في خط مستقيم، بل على مستوى مائل؟ للقيام بذلك، تحتاج إلى إدخال cos الزاوية في الصيغة الأولية. وهي زاوية الميل التي تحدد الاحتكاك ومقاومة سطح الأجسام للحركة. تبدو صيغة تحديد الاحتكاك على المستوى المائل كما يلي: F=μ*m*g*cos(α). إذا تحرك جسم على ارتفاع، فإن قوة احتكاك الهواء تؤثر عليه، والتي تعتمد على سرعة الجسم. يمكن حساب القيمة المطلوبة باستخدام الصيغة F=v*α. حيث v هي سرعة حركة الجسم، و α هو معامل السحب للوسط. هذه الصيغة مناسبة فقط للأجسام التي تتحرك بسرعات منخفضة. لتحديد قوة السحب للطائرات النفاثة وغيرها من الوحدات عالية السرعة، يتم استخدام قوة أخرى - F=v2*β. لحساب قوة الاحتكاك للأجسام عالية السرعة، استخدم مربع السرعة والمعامل β، الذي يتم حسابه لكل جسم على حدة. عندما يتحرك جسم في غاز أو سائل، عند حساب قوة الاحتكاك، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار كثافة الوسط، وكذلك كتلة وحجم الجسم. مقاومة حركة المرور تقلل بشكل كبير من سرعة القطارات والسيارات. علاوة على ذلك، هناك نوعان من القوى تعمل على الأجسام المتحركة - دائمة ومؤقتة. يتم تمثيل قوة الاحتكاك الكلية بمجموع كميتين. لتقليل السحب وزيادة سرعة الماكينة، يبتكر المصممون والمهندسون مجموعة متنوعة من المواد ذات سطح منزلق يتم صد الهواء منه. ولهذا السبب الجبهة القطارات فائقة السرعةله شكل انسيابي. تتحرك الأسماك بسرعة كبيرة في الماء بفضل جسمها الانسيابي المغطى بالمخاط مما يقلل الاحتكاك. قوة المقاومة ليس لها دائما تأثير سلبي على حركة السيارات. لسحب السيارة من الوحل، تحتاج إلى صب الرمل أو الحجر المسحوق تحت العجلات. بفضل زيادة الاحتكاك، تتواءم السيارة بشكل جيد مع التربة المستنقعية والطين.

يتم استخدام المقاومة المحمولة جواً أثناء القفز بالمظلات. ونتيجة الاحتكاك بين المظلة والهواء، تنخفض سرعة المظلي، مما يسمح له بمزاولة القفز بالمظلة دون الإضرار بحياته.

ونتيجة للعديد من التجارب والدراسات والتعميمات النظرية تم وضع صيغة لحساب قوة مقاومة الهواء

حيث S هي مساحة المقطع العرضي للرصاصة،

ج هي كتلة الهواء في ظل ظروف جوية معينة؛

سرعة الرصاصة

- معامل تجريبي يعتمد على صيغة التعداد النقطي والرقم المأخوذ من الجداول المترجمة مسبقًا.

يعتمد حجم قوة المقاومة على العوامل التالية:

مساحة المقطع العرضي للرصاصة. ولذلك فإن قوة مقاومة الهواء تتناسب طردياً مع مساحة مقطع الرصاصة؛

- كثافة الهواء. توضح الصيغة أن قوة مقاومة الهواء تتناسب طرديًا مع كثافة الهواء. يتم تجميع جداول التصوير للظروف الجوية العادية. إذا انحرفت درجة الحرارة والضغط الفعليين عن القيم الطبيعية، فمن الضروري إجراء تصحيحات عند استخدام جداول التصوير؛

- سرعة الرصاصة. يتم التعبير عن اعتماد قوة مقاومة الهواء على سرعة الرصاصة من خلال قانون معقد. تتضمن الصيغة مصطلحات V 2 وإثبات اعتماد قوة مقاومة الهواء على السرعة. لدراسة هذا الاعتماد، فكر في رسم بياني يوضح كيفية تأثير سرعة الرصاصة على قوة مقاومة الهواء (الشكل 8).

الجدول 1 - اعتماد قوة السحب على سرعة الرصاصة

يتم الحصول على رسوم بيانية مماثلة لقذائف المدفعية. ويترتب على الرسم البياني أن قوة مقاومة الهواء تزداد بزيادة سرعة الرصاصة. تعتبر الزيادة في قوة السحب حتى سرعة 240 م/ث بطيئة نسبيًا. عند السرعات القريبة من سرعة الصوت، تزداد قوة مقاومة الهواء بشكل حاد. يتم تفسير ذلك من خلال تكوين موجة باليستية، وفيما يتعلق بهذا، زيادة في الفرق في ضغط الهواء على الرأس والأجزاء السفلية من الرصاصة؛

- أشكال رصاصة. يؤثر شكل الرمز النقطي بشكل كبير على الوظيفة المضمنة في الصيغة. إن مسألة شكل الرصاصة الأكثر فائدة معقدة للغاية ولا يمكن تحديدها على أساس المقذوفات الخارجية وحدها. من العوامل المهمة جدًا عند اختيار شكل الرصاصة: الغرض من الرصاصة، وطريقة توجيهها على طول السرقة، وعيار الرصاصة ووزنها، وتصميم السلاح المخصص لها، وما إلى ذلك.

لتقليل تأثير ضغط الهواء الزائد، من الضروري شحذ وإطالة رأس الرصاصة. يؤدي هذا إلى بعض الدوران في الجزء الأمامي من موجة الرأس، مما يؤدي إلى حدوث الضغط الزائدالهواء على رأس الرصاصة. يمكن تفسير هذه الظاهرة من خلال حقيقة أنه عندما يصبح جزء الرأس أكثر حدة، فإن السرعة التي يتم بها صد جزيئات الهواء إلى الجوانب من سطح الرصاصة تنخفض.

تظهر التجربة أن شكل رأس الرصاصة يلعب دورًا بسيطًا في مقاومة الهواء. العامل الرئيسي هو ارتفاع جزء الرأس وطريقة اتصاله بالجزء الرئيسي. عادةً ما يتم اعتبار المولد العام لجزء الرأس من الرصاصة بمثابة قوس من الدائرة، يكون مركزها إما عند قاعدة الجزء الرأسي أو أسفله قليلاً (الشكل 9). غالبًا ما يتم تصنيع جزء الذيل على شكل مخروط مقطوع بزاوية ميل المولد (الشكل 10).

الشكل 8 - شكل الجزء العلوي من الرصاصة

الشكل 9 - شكل الجزء السفلي من الرصاصة

تدفق الهواء حول قسم الذيل المخروطي أفضل بكثير. منطقة ضغط منخفضتكاد تكون غائبة ويكون تكوين الدوامة أقل كثافة. من وجهة نظر المقذوفات الخارجية، من المفيد جعل الجزء الأمامي من الرصاصة أقصر. ولكن مع وجود جزء رئيسي قصير، يصبح من الصعب على الرصاصة التأثير بشكل صحيح على سرقة البرميل: يمكن تفكيك غلاف الرصاصة. تجدر الإشارة إلى أنه يمكننا التحدث عن الشكل الأكثر فائدة للرصاصة فقط عند سرعة معينة، حيث أن لكل سرعة شكلها الأكثر فائدة.

في التين. 9 يوضح الأشكال الأكثر فائدة للمقذوفات بسرعات مختلفة. يوضح المحور الأفقي سرعات المقذوفات، ويوضح المحور الرأسي ارتفاعات المقذوفات في العيارات.

الشكل 9 - اعتماد الطول النسبي للقذيفة على السرعة

كما ترون، مع زيادة السرعة، يزداد طول جزء الرأس والطول الإجمالي للقذيفة، ويتناقص جزء الذيل. ويفسر هذا الاعتماد بحقيقة أنه عند السرعات العالية تقع الحصة الرئيسية من قوة مقاومة الهواء على الجزء الرأسي. ولذلك، يتم إيلاء الاهتمام الرئيسي لتقليل مقاومة جزء الرأس، والذي يتم تحقيقه من خلال شحذه واستطالته. يكون ذيل المقذوف في هذه الحالة قصيرًا بحيث لا يكون المقذوف طويلًا جدًا.

عند سرعات القذيفة المنخفضة، يكون ضغط الهواء على الجزء الرأسي صغيرًا، ويشكل الفراغ الموجود خلف هذا الجزء، على الرغم من أنه أقل منه عند السرعات العالية، نسبة كبيرة من إجمالي قوة مقاومة الهواء. لذلك، من الضروري عمل ذيل مخروطي طويل نسبيًا من القذيفة لتقليل تأثير مساحة التفريغ. يمكن أن يكون جزء الرأس أقصر، لأن طوله أقل أهمية في هذه الحالة. يكون شحذ الذيل مرتفعًا بشكل خاص بالنسبة للمقذوفات التي تكون سرعتها أقل من سرعة الصوت. في هذه الحالة، يكون شكل الدمعة هو الأكثر فائدة. ويعطى هذا الشكل للألغام والقنابل الجوية.

التجارب حسب التعريف

منذ عام 1860 دول مختلفةتم إجراء تجارب بمقذوفات من مختلف العيارات والأشكال لتحديدها.

الجدول 2 - منحنيات ل أشكال مختلفةالأصداف: 1، 2، 3 - متشابهة في الشكل؛ 4- رصاصة خفيفة

ومن خلال فحص منحنيات المقذوفات ذات الشكل المماثل، يمكنك أن ترى أن لها أيضًا مظهرًا مشابهًا. وهذا يجعل من الممكن التعبير بشكل تقريبي عن مقذوف معين بدلالة مقذوف آخر، يؤخذ كمعيار، باستخدام عامل ثابت i:

يُسمى هذا المضاعف، أو نسبة مقذوف معين إلى مقذوف آخر كمعيار، بمعامل شكل المقذوف. لتحديد معامل شكل أي مقذوف، من الضروري العثور بشكل تجريبي على قوة مقاومة الهواء له عند أي سرعة. ثم باستخدام الصيغة التي يمكنك العثور عليها

بتقسيم التعبير الناتج نحصل على عامل الشكل

لقد أعطى علماء مختلفون تعبيرات رياضية مختلفة للحساب، على سبيل المثال، عبّر سياتشي (الرسم البياني 3) عن قانون المقاومة بالصيغة التالية

حيث F(V) - وظيفة المقاومة.

الرسم البياني 3 – قانون المقاومة

وظيفة المقاومة N.V مايفسكي ون. زابودسكي أقل من دالة مقاومة سياتشي. عامل التحويل من قانون سياتشي للمقاومة إلى قانون المقاومة ن.ف. مايفسكي ون.أ. متوسط ​​زابودسكي هو 0.896.

في أكاديمية المدفعية الهندسية العسكرية التي سميت باسمها. إف إي. اشتق دزيرجينسكي قانون مقاومة الهواء للقذائف بعيدة المدى. تم الحصول على هذا القانون بناءً على معالجة نتائج إطلاق النار الخاص بالقذائف والرصاص بعيد المدى. يتم اختيار وظائف المقاومة في هذا القانون بحيث يكون معامل الشكل في الحسابات الباليستية للمقذوفات بعيدة المدى، وكذلك للرصاص والمقذوفات ذات الريش (الألغام)، أقرب ما يكون إلى الوحدة قدر الإمكان. يمكن التعبير عن دالة السرعات الأقل من 256 م/ث أو الأكبر من 1410 م/ث على أنها أحادية الحد.

بالنسبة لـ V< 256 м/ сек

لـ V > 1410 م/ث

عند تحديد عامل الشكل، يجب عليك دائمًا الإشارة إلى قانون المقاومة الذي تم تقديمه له. في صيغة تحديد قوة مقاومة الهواء، نستبدل بالأمر، ونحصل عليه

القيمة المتوسطة لمعامل الشكل لقانون سياتشي للمقاومة موضحة في الجدول. 3.

الجدول 3 - أنا أقدر لمختلف المقذوفات والرصاص