АВИАДИНАМИКА ИНЖЕНЕРА В.А.БОЗДУНОВА ПРОТИВ АЭРОДИНАМИКИ ПРОФЕССОРА Н.Е. ЖУКОВСКОГО.
В.А. Боздунов
инженер, пенсионер
Аннотация
Взамессн Аэродинамики Н.Е. Жуковского, утратившей свою научную интерпретацию, данная статья предлагает новую трактовку теоретических основ полета аппаратов тяжелее воздуха - Авиадинамику.
Ключевые слова: Атмосфера, циркуляция, воздушный поток, гидродинамика, гравитация, подъемная сила, угол атаки.
Основная часть
Аэродинамика -это наука, изучающая движение воздушных потоков, обтекающих неподвижные твердые предметы и оказываемое на них влияние.
Базовыми положениями (по рекомендации Д.И. Менделеева и Н.Е. Жуковского) в Аэродинамике являются законы гидродинамики несжимаемых жидкостей, обтекающих неподвижные твердые предметы и Закон о взаимозаменяемости движений.
Предлагаемая Авиадинамика - область познания, изучающая движение материальных тел (летающих аппаратов тяжелее воздуха и птиц) в воздушной, неподвижной, сжимаемой и газообразной атмосфере. Базовыми положениями (по рекомендации И. Ньютона и Л. Эйлера) являются законы теоретической механики при взаимодействии двух материальных тел- крыла и воздушной среды, а также отрицание Закона о взаимозаменяемости движений.
По предложению президента РАН академика Сергеева А.М., рекомендующего обратить внимание на археологические науки, склонные к разночтению с современным мировоззрением, пересмотреть их основополагающие позиции. Поэтому современное переосмысливание Аэродинамики Н.Е. Жуковского представлено в предлагаемой статье.
С первого взгляда на классическую Аэродинамику Н.Е. Жуковского удивляет то обстоятельство, что научные выводы аэродинамических исследований, проведенные в аэродинамической трубе (в условиях струйного воздушного потока, набегающего на модель), безоговорочно переносятся на оригинал, находящийся совершенно в иных эксплуатационных условиях (условиях неподвижной, материальной, дискретной и сжимаемой газообразной среды).
И это обстоятельство объясняется общепринятым научным сообществом Закона о взаимозаменяемости движений. Сомнение о справедливости которого выражает «Парадокс ДЮБУА» и, как увидим далее, совершенно не напрасно. Эксперименты должны проводиться непременно в условиях близких к условиям эксплуатации изделия. А в нашем случае это требование не соблюдается, т.к.:
1) испытания производятся струйным воздушным потоком. А в действительности мы имеем неподвижную атмосферу.
2) При аэродинамическом эксперименте среда (воздушный поток) набегает на исследуемый объект. А при эксплуатации наоборот, изделие врезается в неподвижную атмосферу. Таким образом, эти несоответствия привели классическую Аэродинамику Н.Е. Жуковского к соответствующим разногласиям теории и практики, т.е. к глубокому кризису.
Далее рассмотрим вопрос теоретического объяснения полета самолета.
В настоящее время, после того, как Наука признала ошибочным применение закона Д. Бернулли в объяснении принципа образования п/с крыльев самолета, Авиация потеряла понятие о том, как и почему летают самолеты.
Вопрос- почему летают самолеты- безнадежно завис в воздухе и ответа на него пока что нет.
А случилось это так…
Родоначальник Аэродинамики Н.Е. Жуковский, изучая полеты птиц и их природное конструктивное строение, заметил, что геометрическая форма крыльев имеет конструктивное отличие по спинке и корыту крыла. Профиль крыла птицы по спинке длиннее профиля крыла по корыту. Будучи образованным гидродинамиком Н.Е. Жуковский, применив закон Даниэля Бернулли к профилю крыла птицы, при наличии набегающего потока, определил наличие п/с у крыльев птиц и самолета.
Так на этом основании образовалась самостоятельная Наука - Аэродинамика.
Но со временем внимательнее присмотревшись к закону о подъемной силе крыльев самолета, Наука определила ошибочным использование закона Д. Бернулли в определении образования п/с крыльев самолета. Аэродинамика как наука на базе принятого решения оказалась в тупике, без своего основополагающего принципа полета самолетов. А случилось это по причине возникщего простого вопроса- почему самолеты в перевернутом полете (шасси вверх) не падают на Землю?
Аэродинамика Н.Е. Жуковского ответить на этот вопрос не смогла. (Вопрос возник с моей подачи ещё в 2014 г. В статье -Почему не летают орнитоптеры и почему летают самолёты). Самолеты, утратившие научную интерпретацию своего полета, для такой системы как Авиация - это нонсенс. Необходим срочный возврат утерянной репутации. Не сомневаюсь, что ученые всего мира, шокированные возникшей проблемой, ищут бескомпромиссно-корректное решение. Но,авторитет а/д Н.Е. Жуковского настолько велик, что он как библия для верующих, не позволяет даже тени сомнения коснуться ее истин. И, видимо, без изменения «угла атаки» научного взгляда, на объективно происходящий полет, не обойтись.
А/д Н.Е. Жуковского на базе гидродинамики несжимаемых жидкостей, не выдерживая критики, оказалась в тупике (кризисе). Однако, другая, не признанная в свое время идея И. Ньютона и Л. Эйлера, рассматривать полет птиц, как взаимодействие двух материальных тел (крыла птицы и атмосферы) наукой не исследовалась.
Предлагаемое теоретическое рассмотрение взаимодействия крыла самолёта и воздуха с позиции И. Ньютона и Л. Эйлера обещает закрыть все проблемные точки Аэродинамики Н.Е. Жуковского логичными понятиями и математически обоснованными доводами. НО! Для этого необходимо согласиться с тем, что всякое перемещение материальных тел в гравитационном поле требует наличия двух непременных условий.
ЭТО:
1. Наличие движущей силы (тяговое усилие).
2. Наличие опорной поверхности, по которой происходит движение рассматриваемого тела.
По первому вопросу, полагаю, нет ни каких возражений. А вот второй вопрос имеет несколько оригинальных вариантов.
По жизни мы наблюдаем массу различных перемещений материальных тел относительно друг друга. Например: пешеход передвигаясь опирается о Землю; охотник зимой подбирает по длине и ширине такие лыжи, что бы преодолеть рыхлые сугробы; корабли опираются о жидкость (воду); спортсмен на водных лыжах, буксируемый катером, удерживается на поверхности водоема за счет опорной поверхности лыж и скоростного контакта лыж с водной поверхностью.
Во всех случаях контакта материальных тел мы имеем силовое взаимодействие веса движущегося тела и реакции опорной поверхности. Для перемещения движущегося тела по опорной поверхности требуется равенство веса движущегося тела и опорной реакции контактной среды.
Опорные поверхности, как видно из приведенных примеров, могут быть твёрдыми (Земля), рыхлыми (снег), жидкими (вода) и … (а почему бы и не быть?) газообразными средами.
Обратимся к некоторым примерам контакта материальных сред. В начале рассмотрим пример со спортсменом на водных лыжах. Вес спортсмена с лыжами контактируют с поверхностью воды, оказывая на нее (воду) соответствующее давление. В состоянии покоя система-спортсмен, плюс лыжи - погружаются на дно водоема, т.к. п/с Архимеда в данном случае недостаточна для удержания системы наплаву. При наличии движущей силы, получаемой от буксирующего катера, система приходит в движение. Контактная поверхность лыж (Sл) скользит по поверхности водной глади со скоростью катера Vл =Vк. За единицу времени (t=1c) спортсмен при скорости катера Vк переместится на расстояние
L=Vк*t
т.е. спортсмен за 1 с. преодолеет расстояние L (м), а контактная площадь лыж покроет площадь акватории на Sа = Sл*Vк*t, т.е. система (спортсмен + лыжи) каждое мгновение будет опираться на площадь акватории равной
Sа=Sл*L = Sл *Vк *t =Sл *Vл* t (м2).
При скоростном контакте жидкость (вода), сопротивляясь оказываемому на нее давлению со стороны системы, отдает ей свой энергетический потенциал в виде имеющегося инерционного запаса по содержанию равному 1/10 части ее удельного веса (Yв) воды, т.е. при скоростном контакте системы и опорной материальной среды (жидкости), с площади, опора отдает движущейся системе свою гидродинамическую реакцию (R), по формуле (1):
(1) R=(Yв/10)*Sа= (Yв/10)*Sл*L=(Yв/10)*Sл*Vк*t(кг)
Для того, чтобы, спортсмен на водных лыжах благополучно скользил по водной глади акватории, необходимо равенство R=G, где G ( кг.)- вес системы (вес спортсмена + лыжи).
Таким образом, при известных значениях G и Vк можно по формуле (1) узнать потребную площадь лыж Sлп, для удержания системы наплаву.
Сравним результаты расчетов опорной площади аппарата на подводных крыльях по методике Н.Е. Жуковского (гидродинамика-Sг) и по методике В.А. Боздунова (авиадинамика-Sа).
1.Гидродинамика: на страницах интернета дана статья
«Ориентировочный расчет аппарата на подводных крыльях», где G= 122 кг - вес аппарата,
Vа= 20 км/ч - скорость движения аппарата
Vа=5.55 м/с. полет самолет аэродинамика жуковский
Sг=2*G*g/Cу*Yв*Vа*Vа; Су=0,25 - аэродинамический коэффициент.
Sг=2*122*9,81/0,25*1000*5,6*5,6=0,305 м2
2.Авиадинамика: (см. приведенную формулу (1.):
Sа=G*10/Yв*Vк*t=122*10/1000*5.6*1=0,22(м2)
Следует отметить, что эмпирические формулы гидродинамики допускают большое отклонение по человеческому фактору. Человеку свойственно ошибаться, когда ему предоставлено право выбора. Например, в данном случае, если бы расчетчик принял
Су не 0,25, а 0,3, тогда бы
Sг =2*122*9,81/0,3*1000*5,6*5.6=0.25(м2). В таком случае имеем:
Sг =0,25м2,
Sа =0,22 м2.
Это уже почти совпадение.
Но главное в другом. Мы действительно ощутили в данном примере опру под крылом, при авиадинамическом расчёте.
Поэтому перейдем к анализу авиадинамического расчёта в воздушном пространстве (атмосфере).
А что, если рассмотренную методику анализа скользящего движения спортсмена на водных лыжах использовать в качестве определения опоры, поддерживающей полет аппарата тяжелее воздуха в атмосфере? Действительно, при некотором допущении принцип обоих движений (лыжника, скользящего по водной поверхности и полет самолета) можно считать идентичными. Следовательно, потребную скорость, обеспечивающую образование авиадинамической реакции (Rа) от опорной воздушной среды, можно определять так же по соответствующей формуле (1):
(2) - но эта формула уже для авиадинамики:
G=Rа=Yа*Sг*Vn * t,
где Rа - авиадинамическая реакция, поддерживающая вес летающего аппарата(G) в воздухе.
1. Yа =1.229 кг/м3 - удельный вес воздуха (атмосферы).
2. Sг (м2) - площадь горизонтальной проекции конструкции летающего аппарата.
3. Vn (м/с) - скорость, потребная для образования реакции (Rа), поддерживающей вес (G) самолета при установившемся горизонтальном полете.
4. t= 1c - мгновение контакта, соприкасающихся 2х материальных систем - самолета (Sг) и атмосферы.
Из уравнения (2) следует значение потребной скорости
Vп = G/Yа*Sг*t(м/с).
Далее определим потребное тяговое усилие (Pn). Во время полета на самолет действует сила лобового сопротивления, определяемая по формуле:
X=p*(Vn*Vп/2)*Sф, где p=0,125 кг*c2/м4- плотность воздуха.
Sф (м2)- площадь фронтальной проекции конструкции самолета.
Полет самолета обеспечивается тяговым усилием (Pп) равным:
Pn=Rа+X=Yа*Sг*Vn*t+p*(Vп*Vп/2)*Sф
И определим мощность - Nn = Pn*Vn/75(л.с.).
Главными критериями, обеспечивающими требования установившегося, прямолинейного, горизонтального полета являются следующие параметры: Vп, Rа, Pn, Nп, G.
Обратите внимание на то, что среди перечисленных параметров отсутствует главный параметр аэродинамики -подъемная сила крыльев самолета (Y). Вот в этом и заключается принципиальное отличие авиадинамики от аэродинамики Н.Е. Жуковского. Следовательно, если понятие п/с не входит ни в одно востребованное уравнение для обеспечения данного случая полета ( полет в горизонтальной плоскости -XoZ), значит, эта сила (п/с крыльев самолета) в данном случае не существует вообще. Ее заменяет пассивная реакция (Rа), поддерживающая вес самолета при его скоростном движении (полете) в горизонтальной плоскости.
Далее… У человека, наблюдавшего за полетом птиц, нет никакого сомнения в том, что птицы летают только благодаря тому, что машут крыльями. И действительно, опираясь взмахами крыльев о воздух, птица создает подъемную вертикальную силу (п/с), используя ее так же в качестве горизонтальной тяги, что в целом составляет столь восхитительный, но до сих пор загадочный для человечества, полет.
А еще более загадочным стал полет самолета, у которого даже крылья совершенно неподвижны, после того, как Наука обозначила принцип классической Аэродинамики Н.Е. Жуковского ошибочным, для образования п/с крыльями самолета.
У самолета имеется только одна реально существующая сила - тяговое усилие (P), обеспечивающее аппарату движение в атмосфере. Следовательно, опираясь о воздух при определенной скорости (Vn), самолет обретает устойчивое движение в направлении, указанном тяговым усилием. Поэтому Авиадинамика предлагает искать поддержку устойчивого полета самолета в образующейся опорной «твердой» воздушной поверхности по принципу контакта в единицу времени с бесчисленным количеством соприкасающихся элементов атмосферы, отдающих свой энергитический потенциал более массивному движущемуся телу (самолету).
Передача этой энергии через плоскость горизонтальной проекции конструкции аппарата (Sг), создает реакцию от взаимного скоростного контакта (Rа) двух материальных тел- самолета и воздуха. Чем выше скорость полета самолета, тем выше численный состав контакта частиц атмосферы (воздуха), тем тверже контактная прочность опоры.