[helgi]

Антикрылья будущего?...

В переводе-то моем я допустил одну ошибку. Серьезную ошибку. И пока меня какой-нибудь специалист не побил ногами, стоит уделить пару строк Рейнольдсу, турбулентности, слоям и различию между газом и жидкостью.
Возьмем с верхней полке тетрадь с лекциями по физике за первый курс института и заново перечитаем раздел посвященный силе внутреннего трения (СВТ)

СВТ возникает между твердым телом и жидкой средой, а также между слоями такой среды, движущимися с различной скоростью.
Именно в этой теме аэродинамика и гидродинамика существенно расходятся в объяснении схожих для среднестатистического человека процессов.
Почему волны могут накатывать на берег, а облако дыма приобретает самые причудливые формы, пока не развеется свежим ветром? Секрет в том, что молекулы жидкости имеют очень сильные связи между собой в одной плоскости, а сами эти плоскости не слишком связаны между собой. Вот и получается, что слои жидкости на молекулярном уровне могут скользить один по другому. А что же газ? Его молекулы слишком свободны, чтобы объединяться в такие слои. В этом и кроется главная причина расхождения аэро- и гидродинамики по вопросу вязкости, внутреннего трения и определения ламинарности-турбулентности потоков.
Слои газа, перемещающиеся с одинаковой скоростью, гораздо «толще» слоев жидкости. И выравнивание скоростей происходит за счет переноса импульса молекулами. Проще говоря, беспорядочно мечущиеся молекулы быстрого слоя то и дело прилетают в слой более медленный безо всякой цели (рис.1). Там они врезаются в медленные молекулы и теряют свою кинетическую энергию. Быстрый слой тормозится, а медленный разгоняется. И таких слоев невообразимо много. И вся эта этажерка взаимодействует своими полками, стремясь к равновесию, как и вся Природа в целом.
Теперь придется напрячь серые клеточки и представить себе, что такое градиент скорости (ГД).
ГД характеризует быстроту изменения скорости слоев при переходе от одного слоя к другому и равняется первой производной скорости слоев по пространственной координате. Проще говоря, чем больше этот градиент, тем больше разница в скоростях между соседними слоями(рис.2).
От чего же зависит СВТ в жидкостях? При ламинарном (читай спокойном) течении СВТ между слоями прямо пропорциональна их площади соприкосновения и прямо пропорциональна градиенту скорости слоев в направлении, перпендикулярном направлению их перемещения (рис.3).
Тут мы сталкиваемся с еще одним коэффициентом. η – коэффициент пропорциональности или динамическая вязкость жидкости [Па*с]. Вязкость газов, что неудивительно, на два порядка ниже, чем у жидкостей. Да и зависимость от температуры у них совершенно различная (рис.4).
А где еще всплывает этот самый коэффициент? Первое, что приходит в без пяти минут инженерную голову – число Рейнольдса (рис.5). А число это как раз и характеризует характер течения жидкости (да простят меня немногочисленные читатели за путаницу с наименованием жидкость/газ. По природе своей газ – тоже жидкость. Только там, где разница между этими состояниями существенна будут вносится уточнения, газ это или жидкость).
Ну а теперь сравним силы, действующие на передвигающееся в жидкости/газе тело – сила трения и сила лобового давления (рис.6,7).

Теперь, когда мы примерно прояснили картину, можно и взяться за антикрылья с впадинками. Как видно из рисунка 8а и статьи из журнала, обычная плоскость вносит сильное возмущение в поток воздуха. Вихри распространяются на большую часть поверхности и ламинарность течения серьезно нарушается. На рисунке 8б представлена ПВ, какой ее представляет себе автор этих строк и корявого рисунка. Поток, попадая во впадины образует местные завихрения, которые не дают образовываться более крупным и притягивают спокойно движущиеся слои воздуха. Образуется ли при этом прижимная сила? Если да, то впадины нужно располагать именно на верхней поверхности. Но в статье упоминается разработка Лексуса и возможность установки ПВ в диффузоре. Значит, ПВ позволяют ускорить движение воздуха (рис.8в)? Тогда их следует располагать под нижней поверхностью, как в примере с нелегальными наклейками на антикрылья.
Пока вопросов гораздо больше, чем ответов…