Сопротивление трения

Равнодействующая касательных сил, возникающих при движе­нии на погруженной в воду поверхности плавательных приспо­соблений гидросамолета в области пограничного слоя, назы­вается сопротивлением трения. Вода, обладая вязкостью, т. е. свойством, вследствие которого при перемещении одного слоя по другому возникает сила внутреннего трения, прилипая к шероховатой поверхности плавательных приспособлений, обра*

33

Зует Прилегающий к Ним весьма тонкий, так называемый погра­ничный слой. В этом пограничном слое совернгается быстрый переход от нулевой скорости движения воды у смочйшой поверх­ности к скорости окружающего потока. Очевидно, что в идеаль­ней жидкости, не имеющей вязкости, и при совершенно гладкой поверхности плавательных приспособлений, трение отсутство­вало бы.

Течение жидкости в пограничном слое при обтекании твер­дого тела может быть как ламинарным, так и турбу­лентным.

Проследим на опыте оба вида движения жидкости в погра­ничном слое и определим условия, при которых могут быть наблюдаемы как тот, так и другой режим движения.

Пропустим воду, налитую в стеклянную банку, через трубку «, имеющую на входном конце коллектор Ъ с плавным оконча­нием (рис. 36). Через трубку с из бачка d в коллектор Ъ впу­скаем подкрашенную воду, скорость истечения которой регули­руем краном д, а скорость течения воды в трубке а регулируем краном і. Среднее значение этой скорости определим по вре­мени наполнения водой мерного стаканчика.

Оказывается, что при малых скоростях движения воды в трубке а видна резко очерченная, окрашенная струйка, в то время как остальная масса воды осталась неокрашенной. Следовательно, в этом случае движение жидкости, в трубке а состоит из ряда параллельных струек и происходит слоями. Этот вид движения называется ламинарным.

Скорость слоев неодинакова: к внутренней поверхности трубки частицы воды прилипают и остаются неподвижными; вслед-
и вся вода оказывается равномерно окра­шенной. Это вызвано тем, что имевшееся правильное движение слоями перешло в беспорядочное и окрашенные частицы воды перемешались с чистой водой по всему объему трубки. Этот вид движения носит название турбулентного.

Частицы воды, у стенок трубы точно так же прилипают к ним, но движение воды происходит уже не слоями, а бес­порядочно. Вследствие этого и распреде­ление скоростей по диаметру трубки совершенно иное. На небольшом расстоянии от стенок скорости значительно увеличиваются, в то время как в других точках возрастают значительно медленнее. *

Скорость, при которой происходит переход от ламинарного к турбулентному движению, называется критической ско­ростью. Если v < vKp, то возможно лишь ламинарное устойчи­вое движение, случайное нарушение которого вызывает только местные возмущения; если же VKp > V, то возможно лишь турбу­лентное устойчивое^ движение, которое не может быть изменено какой-либо случайной причиной.

В пограничном слое ламинарное движение занимает неболь­шой участок длины, начальные возмущения у входной кромки плавательных приспособлений и шероховатая поверхность их оказываются вполне достаточными для создания турбулентного движения воды в пограничном слое.

Таким образом, частицы воды, приходя в соприкосновение со смоченной поверхностью плавательных приспособлений ги­дросамолета, будут увлекаться вперед по его движению, и бла­годаря вязкости это движение будет передаваться соседним слоям воды. При этом частицы воды будут не только двигаться поступательно, но получают и вращательное движение, дающее начало небольшим водоворотам в виде отделяющихся от поверх­ности вихрей.

Результатом этого гидросамолет имеет сзади попутный поток, направленный вслед за ним и называемый т р у щ и м*с я попут­ным следом (рис. 38).

Законы трения в воде определены В. Фрудом в следующем виде:

1) трение прямо пропорционально плотности воды;

2) трение прямо пропорционально смоченной поверхности;

3) трение зависит от рода поверхности, но не зависит от давления и глубины погружения тела;

4) трение возрастает с увеличением скорости в степени, близкойк 2;

5) отнесенное к единице поверхности трение уменьшается по мере удаления от входящей кром­ки, но у корпуса гидросамолета в наиболее его широкой части скорости получаются несколько большими, нежели скорость сво­бодного потока (примерно до 2%).