Техника - молодёжи 1975-09, страница 44

^л

МН1

Дед_

Доклад № 55

Управляемый

шлатгер?

rfMKlOP БОГОМАЗ, Москва

Как ни опостылела вам зудящая комнатная муха, не спешите от нее отмахнуться: ведь перед вами совершеннейший «летательный аппарат», который по относительной скорости полета (если абсолютную скорость отнести к какому-либо характерному размеру, например к длине тела мухи или ф.озеляжа самолета) раз в 12С превосходит Ил-62.

Как ни странно, решение загадки машущего полета кроется в весьма далеком от летания процессе: в физическом явлении, названном «чутким пламенем».

Любители занимательной физики, возможно, знают, ¹то пламя газового светильника обладает удивительным сьойством, замеченным еще в прошлом веке. Прот жны< звуки музыкальных инструментов заставляли тускнеть пламя газовых рожког^ освещавших концертные залы. Это явление интересно еще и тем, что до сих пор не нашло уСедчтельного объяснения.

Какова природа нестабильности горения, каковы ее закономерности?

Попытаемся ответить на эти вопросы. Для начала изготовим газовый рожок-горе чку.

Берется стеклянная трубке сечением около 8 мм, один из ее концов разогре 1вется и вытягивеется до капиллярного утон 1ения, после чего охлаждеется и обламывеется в том месте, где дилметр его внутреннего сичения равен примерно 0,12 мм. На противоположный, широкий, конец трубки недевается топливный шланг от баллоне с любым горючим га-зом. ?ожок готов, и мы можем его зежечь.

Осторожно регулируя подачу топлива и расширяя при необходимос!и сопло обламыванием стекла, добиваемся, чтобы пламя установилось примерно в 10 сантиме~рах от сре

зе рожке. Длине фекеле около 2 сентиметров.

Плевнея мелодия зестевляеи пламя то приближаться к рожку, то удаляться от него (однако не далее Первоначального положения).

Любопытно, что пс мере .приближения к оожку пламя расширяется Что же необходимо для того, чтобы пламя приблизилось к рожку? Ответ очевиден: нужно понизить среднюю сксрость потока газа

Но могут ли это сделать звуковые колебания?

Да, могут; Распространяющиеся ..од большим углом к потоку газе (j идеале это перпендикулярное на-правление) звукогые колебания превращают его в иечто новое — поперечно колеблющийся ламинерный поток, главным свойством которого и является способность «съедать» часть скорости предшествовавшего ему обычного ламинар.юго потока.

Представить себе, что та.<ое поперечно колеблющийся поток (сокращенно — ПКП), нам поможет простейший опыт: выпустите небольшое облечко тебечного дыма тек, чтобы оно по возможности спокойно висело в воздухе. Затем поднесите к нему сбоку открытую кисть руки (сомкнутыми пальцами вверх) и совершите частые параллельные колебания с амплитудой в 2—3 сантиметре. Сиьхронно с рукой ко пеб; ются все находящиеся перед ней частицы дыма.

Если таким образом колебать дымовое облачко поднимающееся вертикально вверх — а это уже поток, — то его частицы будут совершать сложное движение, описывая в воздухе синусоидальные кривые Казалось бы, при создании ПКП происходит простое векторное сложение двух скоростей — продоль-

ной V прод (первоначельной скорости потока)

и поперечной у поп (сообщенной по, оку воздействием колеблю дегося ограничивающего тела — пограничного слоя воздуха).

Эти две скорости в идеал! ном случае направлены под прямым углом друг к другу и, складыраясь, дают

результирующий вектор Vr (рис. 1), представляющий собою касетельную к кривой движения частицы газе (а) в соответствующей точке.

Чистая матема.ика тако о сложения гарантиоует нееыблемость величины продольной согтевляющей

Уприд скорости частицы V_R_ Выхолит, какой была скорость потока до «озвучивания», такой и должна остаться продольная скорость частицы газа в ПКП

Но не тут-то было: в игру векто-роп вмешивается аэродинамике, и чистая математика сложения на

ших скоростей оказ>1веется несосто>. тельной. Это пока еще неизвестное науке, единственное исключение из «Принципа независимости действия сил» и есть гвоздь ответе не главный вопрос докледе.

Соглесно зекону Бернулли, Р и q, то есть статическое и динамическое девления, находятся друг с flpvrOM в обратной зависимости, возрастание одного из них возможно только за счет уменьшения другого. Теким обр< зом. сумме (Р + q) не резных учесткех потоке постоянна при любых изменениях его скорости.

Обычный ламинарный поток гаьо, испускаемый соплом рожка [рис 2), мы можем условно рассматривать кьк сумму двух потоков:

а) продольного потока, напрев-ленного в сторону А, имеющего средний скоростной на.юр q_Cp = П и среднее статическое дав..эние Р ср ) m;

б) по.переччого по- ока, напревлен-ного в сторону В, имеющего скоростной напор qi =0 и среднее стетиче-ское дееление Р_1ср = Р_ср = т.

I ьким образом, еще не появившись на свет (ведь qi — 0), поперечный поток уже имеет общее с продольным потоком статическое давление Pipe — ^m-

Отьет на н«.ш основной вопрос вырисовывается сам по себе, стоии появиться реальному (пусть очень малому) смещению струи газа в гторо-ну, то есть поперечному поюку, ооладеюще.лу определенной скоростью, как тут же не соответствующую величину упадет его стетиче-ское девление, совпадающее по не-превлению с вектором скоростного напоре основного потоке и Заведомо являющееся его составной частью Педение ckodocthoio непоре основного потоке означает педение его ск эрос* и, что и требовелось доказать.

По1 еречно колеблющийся поток остевляет незнблемыми основные зеконы аэродинамики — закон неразрывности теченир и зе.юн Бер-нулли. Расширившийся язычок пла-мечи говорит о ^том, что с педен 1ем скорости потоке статическое давление возросло и газ раздвинул «стенки», ограничиееющие поток.

ПКП возникает также при обдувании ламинарным потоком параллельно колеблющейся пластипки. При этом крайне необходимо соблюдать два условия: во-первых, обязателен положительный угол -"гаки (а). Исключается только а = 90^е Ьо-вто-р ix, поток своим фронтом должен проецироваться не на какую-то часть, а на всю ребочую поьерх-ность пластинки Выполнение Э1их условий исключает «отлипание» ПКП от пластинки и возникновение турбулентных образований на ее рабочей площади.

42