Почему у одних самолетов заостренные носы, а у других нет
Нос самолетов: тайны его формы.
Как устроены самолеты? Почему они такой необычной формы? Зачем их проектируют разными по конструкции? И почему у одних лайнеров носовая часть круглая, а у других заостренная?
В авиации нет ничего случайного. Все на стадии проектирования продумано до мельчайших деталей. Вполне возможно, что именно поэтому как военные, так и пассажирские самолеты являются одними из самых безопасных видов транспорта. И все же почему носы самолетов устроены именно так?
1Gai.Ru дает ответ на этот популярный вопрос о самолетах.
Как воздушный поток влияет на геометрию носового конуса
Воздушный поток – это самый важный аспект конструкции самолета. Можно представить себе воздух как вязкую текучую среду, через которую летят самолеты. Частицы воздуха оказывают сопротивление движению самолета. Это явление известно как сопротивление. Оно имеет два компонента – фрикционный и компонент давления. Компонент трения вызван движением воздуха над поверхностью крыла.
1Gai.Ru / Shutterstock
С другой стороны, компонент давления зависит от формы самолета и панелей его корпуса, когда они взаимодействуют с воздухом. Чем больше сила, тем больше сопротивление полету. Это не позволяет самолетам развивать запланированную скорость, при этом двигатели интенсивно работают и расходуют больше топлива.
Носовой конус является первоначальной точкой контакта с воздухом, когда он в полете. Поэтому он «прорезает» воздушную среду, открывая путь остальным частям самолета.
Закругленные носовые конусы
Частицы воздуха в определенной точке уходят с пути объекта, летящего с дозвуковой скоростью, до того момента, как он достигнет этой точки. При дозвуковых скоростях (менее 0,8 Маха) компонент давления в силе сопротивления равен 0 для всех практических целей. Круглый носовой конус способствует мягкому движению частиц воздуха сверху и вокруг него, при этом сопротивление трения сводится к минимуму.
Заостренные носовые конусы
Частицы воздуха ведут себя совершенно иначе при контакте с объектами, движущимися на трансзвуковых скоростях или выше. При таких скоростях у частиц воздуха в любой точке практически нет времени, чтобы уйти с пути до того, как только объект достигнет их. В результате возникает ударная волна, приводящая к очень высокому давлению в носовой части самолета и низкому давлению сзади него.
Wikipedia
Объект, застрявший между зоной высокого и низкого давления, стремится переместиться в зону низкого напора. Аналогичным образом самолеты, которые подвержены ударным волнам, в своем полете будут отталкиваться назад или в зону низкого давления. Ударные волны генерируются в различных точках, таких как носовой конус, кончики крыльев и хвостовое оперение самолета. Уменьшение площади их поверхности снижает интенсивность ударной волны и, соответственно, сопротивление. Это позволяет им двигаться со сверхзвуковой скоростью или даже выше. Именно по этой причине носовые конусы истребителей заострены, в отличие от коммерческих самолетов.
Сопротивление трения на сверхзвуковых скоростях
Shutterstock
При скоростях, значительно превышающих скорость звука, возникает необходимость сделать носовой конус более круглым, а не идеальной копьевидной формы. Это блеф или притупление носового конуса. Он может быть слегка усечен до плоского сечения либо закруглен до полусферического наконечника.
Это обеспечивает несколько преимуществ, главным из которых является рассеивание тепла. Трение вызывает очень высокие температуры, которые могут фактически расплавить кончик носового конуса. Притупление немного увеличивает площадь поверхности, а сопротивление трения остается тем же, что облегчает потерю тепла. К другим плюсам относятся: простота изготовления, безопасность в полете и при управлении, а также другие преимущества.
Являются ли округлые и заостренные носовые конусы самолетов единственными профилями?
Небрежное разбрасывание такими понятиями, как «круглые» и «заостренные» носовые конусы, позволяет легко упустить из виду лежащие в их основе инженерные и конструкторские решения. На самом деле форма носовых конусов, приписываемая различным скоростям полета, определяется математическими уравнениями. Они образуют кривую, которая генерирует твердое тело вращения. Приведенные ниже наглядные примеры кратко объясняют, что такое твердое тело вращения.
Таким образом, распространенные формы носового конуса – это твердые тела вращения, образованные такими кривыми, как параболы, огивы, эллипсы и даже биконусы. Интересно, что самая аэродинамическая форма, – идеальный конус – на самом деле, нежелательна для сверхзвуковых скоростей.
Традиционно носовые конусы проектировались с учетом этих геометрических кривых. Однако современные конструкции опираются на специальные математические уравнения, разработанные для снижения сопротивления.
Наука и техника по носовому диффузору не ограничиваются одним лишь изучением самолетов. Это неотъемлемая часть конструкции боеприпасов, подводных лодок и космических аппаратов.
Обложка: shutterstock.com / istockphoto.com
Источник статьи: Why Do Some Aircraft Have Pointed Nose Cones While Others Don’t?
