2.1. Аэродинамические характеристики самолета
Составляющие главного вектора аэродинамических сил определяются следующим образом:
,
(2.1)
г
де
- скоростной напор,
- плотность воздуха,
-
скорость,
-
коэффициент силы лобового сопротивления,
-
коэффициент аэродинамической подъемной
силы,
-
коэффициент аэродинамической боковой
силы,
- площадь крыла.
Наиболее важными являются сила лобового сопротивления и аэродинамическая подъемная сила , т.к. для многих режимов полета угол скольжения и аэродинамическая боковая сила равны нулю.
Рассмотрим
зависимость
(рис. 2.1). В летном диапазоне углов атаки
до 15...20
зависимость
можно считать линейной:
,
(2.2)
где
-
частная производная коэффициента
по углу атаки;
- угол нулевой подъемной силы.
П
ри
больших углах атаки зависимость
становится существенно нелинейной.
Нарушение линейности
связано с возникновением на крыле
местного срыва потока, развитие которого
вызывает вибрации и тряску самолета.
Наибольший угол атаки, при котором еще
не появляется предупреждающая тряска
самолета, называется допустимым
углом атаки
.
Дальнейшее увеличение угла атаки
приводит сначала к некоторому увеличению
до максимального значения
,
а затем, из-за развития срыва потока, к
его резкому падению. Значения
и
являются важными характеристиками
самолета, во многом определяющими его
маневренность, диапазон высот и скоростей
полета и т. п. (Для самолета Ту-154:
,
,
,
).
Зависимость
коэффициента лобового сопротивления
от коэффициента аэродинамической
подъемной силы называется полярой
самолета.
В летном диапазоне углов атаки поляру
с достаточной точностью можно представить
в виде квадратичной зависимости
,
(2.3)
где
- коэффициент отвала поляры;
- эффективное удлинение крыла:
;
-
удлинение
крыла;
- размах крыла;
- угол стреловидности крыла.
На
рис. 2.2 и 2.3 приведено семейство поляр и
зависимость
от числа Маха для дозвукового самолета.
Отметим, что при скоростях больших
критической
с ростом числа
сопротивление движению самолета резко
возрастает (из-за возрастания волнового
сопротивления).
Важной характеристикой самолета является его аэродинамическое качество
.
(2.4)
Максимальное
аэродинамическое качество
соответствует так называемому
наивыгоднейшему
значению
коэффициента аэродинамической подъемной
силы (рис. 2.2). Используя квадратичную
зависимость поляры (2.3), можно показать,
что
.
Значение
во многом характеризует предельные
возможности, заложенные в аэродинамике
самолета. С ростом числа
из-за возрастания сопротивления
максимальное аэродинамическое качество
убывает (рис.2.4). Например, у самолета
Ту-154 при
-
,
а при
-
.
На
взлете и посадке желательно получить
прирост коэффициента подъемной силы
даже ценой значительного прироста
сопротивления, который можно компенсировать
увеличением тяги. Для этого используют
механизацию крыла самолета - отклоняемые
щитки, закрылки, предкрылки и т. п.
Типичные полетная, взлетная и посадочная
поляры дозвукового самолета показаны
на (рис. 2.5). Например, для самолета Ту-154
при взлете закрылки отклоняются на 28
(
),
а при п
осадке
на 45
(
).