Коэффициент волнового сопротивления летательного аппарата
2.5.1. Общие сведения о волновом сопротивлении
При скоростях полёта, соответствующих числам , в потоке вблизи поверхности ЛА возникают скачки уплотнения, которые приводят к появлению волнового сопротивления и к резкому увеличению сопротивления ЛА и его частей.
Для уменьшения волнового сопротивления необходимо применять длинные корпусы с острыми носовыми частями. Относительная толщина профилей несущих поверхностей должна быть как можно меньше, так как волновое сопротивление пропорционально квадрату относительной толщины. Если большая часть траектории полёта ЛА происходит в диапазоне чисел , при котором передняя кромка несущей поверхности является сверхзвуковой, то для уменьшения волнового сопротивления необходимо применять профиль с заостренной передней кромкой. При дозвуковой передней кромке рекомендуется для реализации подсасывающей силы использовать профили с закруглённой передней кройкой. Для уменьшения волнового сопротивления в заданном диапазоне чисел необходимо соответствующим образом подбирать стреловидности несущих поверхностей или использовать «правило площадей».
Волновое
сопротивление ЛА определяется суммой
сопротивлений его частей с учетом их
взаимного влияния. Однако для
рассматриваемых ЛА обычно используются
несущие поверхности с профилями малой
относительной толщины
(
),
расположенные на цилиндрической части
корпуса по схеме среднеплана,
а «правило площадей» не используется.
Поэтому расчётную формулу для коэффициента
волнового сопротивления ЛА можно
представить в следующем виде:
(2.43)
где
,
и
– коэффициенты
волнового сопротивления изолированных
корпуса и несущих поверхностей;
и
– коэффициенты торможения потока в
районе несущих поверхностей;
и
– количество консолей несущих
поверхностей. Числовой коэффициент
учитывает возможное увеличение
коэффициента волнового сопротивления
за счет неучтённых элементов (стыки
обшивок, сварочные швы, заклёпки и т.
п.).
2.5.2. Коэффициент волнового сопротивления корпуса
Поскольку
волновое сопротивление обусловлено
нормальными составляющими поверхностных
сил, то оно создаётся только теми
элементами конструкции, которые имеют
отличные от нуля углы наклона образующей.
Поэтому волновое сопротивление корпуса
при
определяется сопротивлениями носовой
и кормовой частей. Цилиндрическая часть
оказывает влияние только на формирование
потока у кормы, а следовательно, и на
величину её сопротивления. Однако при
можно принять, что поток при подходе к
кормовой части корпуса имеет фактически
параметры невозмущённого потока, поэтому
влиянием цилиндрической части на
волновое сопротивление кормы можно
пренебречь.
Итак, для расчета коэффициента волнового сопротивления корпуса имеем следующую формулу:
, (2.44)
где
и
– коэффициенты
волнового сопротивления носовой и
кормовой частей корпуса.
На рис. 2.7 представлены графики изменения коэффициента в зависимости от числа конических и оживальных носовых частей.
Pиc.
2.7. Коэффициент сопротивления давления
(коэффициент волнового сопротивления)
заостренных носовых частей корпуса
Н
Рис.
2.8. Коэффициент сопротивления давления
эллиптических головных частей
).
Для обычных носовых частей её величина
очень мала, поэтому при
можно принимать
.
Однако при использовании затупленных носовых частей малого удлинения (рис. 2.8) их сопротивление давления должно быть учтено и в дозвуковом диапазоне чисел . На этом рисунке пунктиром показаны значения максимального коэффициента сопротивления некоторых носовых частей. Максимальное сопротивление имеет носовая часть, выполненная в форме плоского торца.
Для определения коэффициента волнового сопротивления сужающейся конической кормовой части можно рекомендовать формулу
, (2.45)
а для конической расширяющейся –
, (2.46)
где
значение коэффициента
для фиктивного удлинения кормовой части
(2.47)
определяется по графикам на рис. 2.7.
Для кормовой части с криволинейной образующей
.(2.48)
Формулы для определения волнового сопротивления кормовых частей построены без учета влияния пограничного слоя. На кормовой части корпуса обычно имеется довольно толстый пограничный слой, что может сильно уменьшить величину коэффициента .