Вихрь свободный

Вихрь свободный

— вихрь, положение которого в потоке жидкости или газа определяется полем скоростей. Различают В. с. стационарной природы, оси которых совпадают в каждой точке с направлением потока (продольные В. с.) и В. с. нестационарной природы, оси которых не совпадают с направлением потока в данной точке (поперечные В. с.). Последние перемещаются с местной скоростью частиц среды (см. Вихревое течение). В отличие от вихрей присоединенных на В. с. не действуют аэродинамические силы.
Появление В. с. за несущими поверхностями связано с возникновением и изменением во времени аэродинамических нагрузок на эти поверхности. Вблизи, например, крыла В. с. представляют собой поверхности разрыва скоростей, которые возникают при подходе частиц среды к кромкам или стыкам поверхностей с разных частей крыла. При отрывном обтекании (см. Отрывное течение) они представляют собой границы областей, занятых срывом потока. Затем эти поверхности теряют устойчивость, распадаются и превращаются в объёмные вихревые структуры. В теоретических схемах интенсивности и положения В. с. за крылом увязываются с присоединёнными вихрями, моделирующими несущую поверхность. В силу теорем гидродинамики интенсивность вихревых нитей в идеальной среде должна сохраняться. Поэтому в стационарном случае присоединённые вихри крыла замыкаются свободными, сходящими с задних и боковых кромок. При отрывном обтекании В. с. сходят не только с задней и боковых кромок крыла, но и в тех местах, где начинается отрыв потока. Обтекание острых передних кромок и изломов поверхности потоком несжимаемой жидкости сопровождается сходом вихревых пелен, иначе здесь при повороте потока его скорость становилась бы бесконечной.
При неустановившемся движении (разгон, колебания крыла и т. д.) изменение циркуляции присоединённых вихрей сопровождается сходом и уносом свободных, параллельных первым, что является следствием теоремы гидродинамики о сохранении циркуляции скорости по замкнутому контуру в жидкости в любой момент времени. На показана схема образования системы В. с. при разгоне пластины — сворачивание пелены в вихревую спираль (начальный вихрь) за профилем. Нестационарные В. с. образуются, например, при поперечном обтекании пластины , когда места их схода фиксированы (верхней и нижней кромки). В. с. сходят по касательной к пластине, движутся вместе со средой и на начальном участке образуют гладкую вихревую пелену, которая далее теряет устойчивость, распадается и вновь концентрируется в вихревые комки, напоминающие протуберанцы, расположенные в шахматном порядке (см. Вихревая дорожка).
Нестационарные В. с. возникают и при отрыве пограничного слоя от гладкой поверхности тела, что проявляется в следе аэродинамическом за круговыми или эллиптическими цилиндрами, за шаром, а также за крылом при больших углах атаки. На изображён вихревой след за профилем при большом угле атаки. Он состоит из В. с., сходящих с профиля как с его задней кромки, так и в точке R отрыва пограничного слон.

Авиация: Энциклопедия. — М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П. Свищев. 1994.