Трение воздуха
Трение воздуха или воды обусловлено их вязкостью. Сопротивление трения возникает вследствие прилипания частиц потока (газа или жидкости) к помещенному в поток телу. Если поверхность гладкая — количество прилипающих частиц меньше.
Силы трения направлены вдоль по потоку.
При малых скоростях потока и малых размерах обтекаемого тела частицы воздуха (воды) движутся примерно параллельно друг другу вдоль обтекаемой поверхности без завихрений. Такой характер обтекания называется ламинарным.
При увеличении скорости обтекания, с некоторого значения скорости обтекания, движение частиц становится вихревым или, другим словом, турбулентным.
Напомним, что у лобовой кромки крыла набегающий поток тормозится до нулевой скорости, затем раздваивается и достигает максимальной скорости в наиболее утолщенной части крыла и, затем, уменьшается до скорости свободного потока по мере перемещения к задней кромке крыла.
Рис. 12.10
Таким образом, при обтекании профиля крыла сначала будет иметь место ламинарное обтекание, а при достижении некоторой критической скорости образуется слой турбулентного потока, увеличивающийся по мере продвижения потока к задней кромке крыла.
Тем не менее, в турбулентном слое остаются прилипшие к крылу частицы потока, которые сглаживают мелкие неровности обтекаемой поверхности.
Вихревой слой оказывается значительно толще слоя прилипших к профилю частиц потока.
С ростом толщины вихревого слоя растет и сопротивление трения.
На образование турбулентного слоя (в общем случае — любых вихрей.) расходуется часть энергии движущей яхту вперед. Выражаясь точнее: турбулентность отбирает часть полезной энергии движущей яхту вперед.
Критическая скорость потока, где происходит начало образования турбулентного обтекания зависит от вязкости (у воздуха и воды она разная.) и от шероховатости обтекаемой поверхности. Поэтому полировкой лобовой кромки и передней части (примерно 1/3) профиля крыла удается сместить зону образования турбулентного потока к задней кромке крыла и, тем самым, снизить объем турбулентного потока и силу трения.
Сказанное полностью относится как к плавнику, так и к перу руля, и к корпусу яхты и к парусам.
Вместе с тем наличие прилипших к обтекаемому телу частиц в турбулентном потоке позволяет установить высоту допустимых шероховатостей в зоне турбулентности.
Допустимая высота шероховатости, не вызывающая резкого роста турбулентного слоя не должна превышать:
h [мм] = 1,5/V [м/с]3,
где V — скорость потока.
Равнодействующая всех сил трения пропорциональна площади поверхности
обтекаемого потоком тела.
