Основы теории подобия

Эксперимент должен так моделировать явления, чтобы пользоваться результатами испытания моделей применительно к натурному объекту. Поэтому испытания моделей проводят, основываясь на теории
подобия. Из теории подобия следует, что при проведении испытаний моделей необходимо, чтобы модель и натурный объект были геометрически подобны
и одинаково ориентированы относительно потока,
а потоки, обтекающие модель и натуральный объект, были кинематически и динамически подобны.

Два тела геометрически подобны, если их сходственные размеры пропорциональны, а соответственные углы равны.

Два потока считаются кинематически подобными, если в сходственных точках потока скорости пропорциональны и одинаково направлены.

Явления обтекания тел называются динамически подобными, если аэродинамические силы, приложенные к выделенным объёмам, в сходственных точках потока одинаково направлены и для всех пар сходственных точек находятся в постоянном отношении.
Такое подобие называется полным.

Как показывает практика, обеспечить полное динамическое подобие практически невозможно. Поэтому испытания моделей проводятся с соблюдением частичного динамического подобия.

В случае, когда обтекание тела зависит главным образом от вязкости среды (небольшие скорости потока), критерием подобия является число Re, т.е.

Re модели = Re натуры.

При больших скоростях полёта наиболее существенное влияние на характеристики тела оказывает сжимаемость среды, поэтому критерием частичного подобия в этом случае является число Маха (М), т.е.

М модели = М натуры.

Вопросы для повторения.

1. Что называется давлением воздуха и какова его физическая сущность? Единицы измерения давления и соотношения между ними.

2. Что называется температурой воздуха? Какие системы измерения температуры Вы знаете?

3. Каков физический смысл понятия плотности воздуха? Какие виды плотности Вы знаете? Какова зависимость между ними?

4. Какова природа вязкости газов? Как зависит вязкость газов от температуры?

5. Какие общие свойства у жидкостей газов и в чем их различие?

6. Что называется удельной теплоемкостью?

7. Какова физическая сущность газовой постоянной?

8. По какому принципу составлена таблица стандартной атмосферы?

9. Что называется струйкой? Каким свойством она обладает?

10. Какие признаки установившегося движения воздуха Вы знаете?

11. Что такое плазма? Какое отношение имеет она к аэродинамике?

12. Какие недостатки имеет корпускулярная
модель Ньютона? Где возможно ее использование?

13. При изучении какой части аэродинамического спектра пользуются моделью вязкой жидкости?

14. Чем вызвано явление отрыва пограничного слоя?

15. Где используется принцип обратимости?

16. Зависит ли скорость потока от площади его
поперечного сечения? Какова эта зависимость?

17. Как можно измерить статическое давление
потока?

18. Какова физическая сущность скоростного
напора? Каким образом его можно измерить?

19. Какой закон устанавливает зависимость между давлением и скоростью потока? Запишите уравнение этого закона для потока идеальной жидкости.

20. Каким образом плотность воздуха зависит от давления и температуры? Напишите формулу, определяющую эту зависимость.

21. Что называется объемным расходом воздуха? Чему он равен?

22. Запишите условия неразрывности струйки идеальной жидкости?

23. Назовите явления, подтверждающие справедливость закона Бернулли.

24. Какими средствами можно сделать видимой картину обтекания тела потоком воздуха?

25. С какой целью изучают аэродинамические спектры?

26. Чем ламинарное течение отличается от турбулентного?

27. При каком течении – ламинарном или турбулентном – в пограничном слое раньше происходит срыв потока? Почему?

28. Чем пограничный слой отличается от остальной части потока?

29. Записать формулы для определения кинетической энергии и энергии давления струйки.