Что означает «Динамический напор»
Кинетическая энергия единицы объёма набегающего воздушного потока; определяет все аэродинамические силы.
- Формула
- q = ρV²/2
- Единицы
- Па (Н/м²)
- Растёт
- с квадратом скорости
- Предельное значение
- ограничено прочностью конструкции
Что описывает величина
Динамический напор показывает, сколько энергии движения несёт воздух на единицу объёма. Именно он стоит в основе аэродинамических сил: подъёмная сила, лобовое сопротивление и боковые силы пропорциональны напору, площади и безразмерному коэффициенту. Удвоение скорости увеличивает напор вчетверо, а вместе с ним и все силы, действующие на конструкцию, поэтому при больших скоростях самолёты работают на пределе по прочности и по управляемости.
- q
- динамический напор, Па
- ρ
- плотность воздуха, кг/м³
- V
- скорость относительно воздуха, м/с
При V = 250 м/с и ρ = 1,225 кг/м³ напор равен около 38 кПа.
Связь с приборами
Скоростной напор измеряет трубка Пито: она ловит полное давление, а статический приёмник — давление окружающего воздуха. Разность этих давлений и есть динамический напор. Указатель скорости, градуированный по стандартной плотности на уровне моря, переводит этот напор в приборную скорость. Поэтому стрелка показывает напор, а не истинную скорость, и на высоте приборная скорость заметно меньше истинной.
- Полное давление: поток, заторможенный в трубке Пито.
- Статическое давление: воздух вокруг самолёта.
- Разность давлений: динамический напор.
- Шкала прибора: пересчёт напора в скорость при плотности на уровне моря.
Ограничения по напору
Для каждого самолёта определяют предельный скоростной напор. Он ограничивает нагрузку на оперение, остекление, створки и крыло. У истребителей с большой тягой ограничение по напору нередко жёстче, чем по числу Маха: на малой высоте можно разогнаться до скорости, при которой конструкция не выдержит. Поэтому в руководствах задана максимальная приборная скорость VNE для нижних эшелонов и максимальное число Маха на верхних.
| Скорость, км/ч | Напор, Па |
|---|---|
| 100 | 472 |
| 250 | 2 953 |
| 500 | 11 812 |
| 900 | 38 281 |
Напор в расчётах прочности
Максимальный скоростной напор — основа расчётов нагрузок на рули и механизацию. Шарнирные моменты рулей растут пропорционально напору, и при больших скоростях рули без усилителей становятся неподъёмными. Именно поэтому на скоростных самолётах применяют гидроусилители и электродистанционное управление, а нагрузка на ручку имитируется специальными пружинами.
Область полёта на диаграмме «скорость — высота» ограничена тремя барьерами: минимальной скоростью (сваливание), максимальным напором (прочность) и максимальным числом Маха (волновой кризис). Между ними лежит рабочая область самолёта.