Обтекаемость

Обтека́емость — это свойство формы тела, которое определяет, насколько легко оно продвигается сквозь воздух или воду. Чем выше обтекаемость предмета, тем меньше сопротивления он встречает при движении и тем меньше энергии (топлива или сил) тратится на перемещение.

В воздушной и водной среде обтекаемость является главным фактором, определяющим скорость и экономичность кораблей, подводных лодок, самолетов.

Почему возникает сопротивление?

Когда судно плывет или самолет летит, они вынуждены буквально «раздвигать» перед собой молекулы воды или воздуха. При этом возникают две главные силы:

Сопротивление формы:

Перед движущимся телом образуется область повышенного давления, а позади него — пустота (зона разрежения), куда устремляется среда. Из-за этого сзади возникают завихрения (турбулентность), которые «тянут» объект назад.

Трение о среду:

Воздух и особенно вода «цепляются» за поверхность объекта. Чем больше площадь и шероховатость корпуса, тем сильнее это торможение.

Обтекаемая форма (плавный перед и сужающийся зад) позволяет среде мягко обходить тело и смыкаться за ним без образования крупных вихрей.

Обтекаемость в водной среде

Вода примерно в 800 раз плотнее воздуха, поэтому в воде обтекаемость важна даже на самых малых скоростях.

Подводные лодки:

Обладают идеальной сигарообразной (каплевидной) формой. Поскольку они полностью погружены в воду, им важно плавно рассекать её во всех направлениях.

Надводные корабли:

На стыке воды и воздуха возникают дополнительные волновые сопротивления. Чтобы снизить их, на носу многих современных судов делают специальный подводный выступ — бульб. Он меняет направление водного потока и уменьшает волну, которую гонит перед собой корабль.

Живая природа:

Тела дельфинов, акул, пингвинов и китов — это природный эталон гидродинамики. Их кожа выделяет специальную смазку или имеет особую микроструктуру, которая гасит завихрения воды и снижает трение.

Обтекаемость в воздухе

В воздухе плотность среды относительно невелика, но на высоких технологических скоростях сопротивление становится огромным.

Форма крыла и фюзеляжа:

Самолеты имеют округлый «нос» и плавно сужающийся «хвост». Поперечное сечение крыла напоминает каплю — это минимизирует лобовое сопротивление и одновременно создает подъемную силу.

Убирающиеся элементы:

Чтобы не нарушать обтекаемость, у современных самолетов в полете убираются шасси, а все стыки и заклепки на обшивке делаются максимально гладкими.

Природа-ориентир:

Конструкторы авиации часто копируют форму тела быстрых птиц (например, сапсана) или форму семян некоторых растений.

См. также

Литература

Павленко Г. Е. Сопротивление воды движению судов. — Л.: Морской транспорт, 1956.
Прандтль Л. Гидроаэромеханика. — М.: ИЛ, 1951.