Понятие о вязкости и пограничном слое

Влияние вязкости воздуха на сопротивление движению снаряда.

Сопротивление воздуха движению артиллерийского снаряда.

Значение параболической теории.

Траектории при движении снаряда в воздухе тем более отличаются от таковых в пустоте, чем больше скорость снаряда и меньше его калибр. Сказанное видно из таблицы 4.1, анализ которой показывает, что для V₀<50м/с можно с хорошей точностью пользоваться параболической теорией и при движении снаряда в воздухе.

Таблица 4.1.

Снаряд	V0 (м/с)	𝛳0	Дальность(м) Xп в пустоте	Дальность(м) Xв в воздухе	Xп/Xв
7,62мм пуля		150			8,2
76мм снаряд		400			3,6
122мм снаряд		400			1,3
82мм мина		450			1,05

Расчеты по параболической теории могут использоваться как прикидочные расчеты в первом приближении для оценки некоторых общих характеристик движения снаряда в воздухе, таких как относительное время пребывания в слое и средняя высота траектории.

Важными свойствами воздуха, влияющими на его способность сопротивляться движению в нем твердого тела, являются его вязкость и сжимаемость. Вязкость является физической причиной возникновения сопротивления трения и вихревого сопротивления. Сжимаемость воздуха порождает волновое сопротивление.

Явление вязкости заключается в наличие внутреннего трения между параллельными слоями или частицами текущей жидкости. Явление вязкости легко уяснить из опыта. Рассмотрим течение жидкости в плоском зазоре между двумя пластинами (рис.5.1.). Пусть нижняя пластина неподвижна, а верхняя приводится в движение с постоянной скоростью, так что зазор между пластинами не меняется и давление в нем остается постоянным. Опыт показывает, что жидкость прилипает к поверхности пластин и в зазоре возникает линейное распределение скорости

Для приведения верхней пластины в движение, к ней необходимо прикладывать постоянную силу в касательном направлении, которая уравновешивает силу трения, действующую на пластину со стороны жидкости.

На основании опыта, касательное напряжение трения, т.е. сила трения, отнесенная к единице поверхности пластины

закон трения Ньютона,

где - коэффициент динамической вязкости, зависящий от рода жидкости или газа и от температуры. Для воздуха обычно пользуются степенными зависимостями типа

где n=0.5÷1.0, свой для различных диапазонов Т. Жидкость или газ, в которых внутреннее трение отсутствует, называется идеальной жидкостью или газом.

Идеальный газ – это некоторая физическая модель реального газа, применимая в тех случаях, когда свойство вязкости не проявляется.

При обтекании твердого тела потоком газа вся область течения может быть разделена на тонкий “пограничный слой”, в котором имеют место большие градиенты скорости в направлении, перпендикулярном поверхности тела, и эффекты вязкости существенны (1 рис. 5.2) и на область “потенциального течения”, где газ можно считать идеальным (2 рис.5.2). Позади тела может образоваться вихревой след (3 рис.5.2).