Тема 2. Основы аэродинамики ла.

Атмосфера, ее строение и свойства воздуха. Стандартная атмосфера. Вязкость. Сжимаемость. Закон сохранения массы. Уравнение неразрывности. Уравнение Бернулли. Физика образования подъемной силы и силы сопротивления.

Основные геометрические и аэродинамические характеристики крыла и самолета. Поляра крыла и самолета. Аэродинамическое качество. Центр давления и фокус крыла.

Назначение, классификация и принцип действия механизации крыла.

Литература [1, с. 26 – 42, 80 – 85], [2, с. 120 – 144, 144 – 147, 163 – 168], [3, с. 44 – 49].

Методические указания к теме 2

При изучении данной темы необходимо уяснить, что аэродинамика, как любая наука, изучающая физику явлений, использует определенные модели данного явления, отражающие его основные свойства. Эти модели позволяют использовать современный математический аппарат, учесть все существенные свойства явления и пренебречь (в целях упрощения вычислений) его несущественными свойствами. Однако следует помнить, что существенность одних и тех же свойств часто определяется постановкой задачи. Например, при полете с малыми числами Маха (М  0,3) можно пренебречь свойством сжимаемости среды, в то же время сжимаемость играет существенную роль при описании явлений, происходящих при движении с большими скоростями (М > 1).

Основная практическая задача, решаемая аэродинамикой при изучении обтекания потоком жидкости или газа тел различной формы, состоит в определении аэродинамических сил, действующих при этом на тело. В зависимости от направления действия силы различают:

• силу сопротивления ;

• подъемную силу ;

• боковую силу ;

где C_Ya — коэффициент подъемной силы; C_Xa — коэффициент силы сопротивления; C_Za — коэффициент боковой силы; — скоростной напор; S —характерная площадь, называемая площадью Миделя. Коэффициенты аэродинамических сил зависят от геометрии тела, его положения в пространстве, скорости полета и внешних условий.

По методам определения аэродинамических коэффициентов аэродинамика делится на два взаимосвязанных направления: экспериментальная аэродинамика и теоретическая аэродинамика.

Экспериментальная аэродинамика для определения сил и моментов, действующих на тело в потоке, пользуется результатами натурных испытаний и продувок моделей тел в аэродинамических трубах.

Теоретическая аэродинамика описывает картину обтекания математическими уравнениями, используя гипотезу сплошности среды. При этом газ характеризуется определенными параметрами ( — плотность, p — давление, T — температура) и основными свойствами (вязкость, сжимаемость и т.д.).

Основные параметры состояния газа связаны между собой уравнением состояния газа Менделеева—Клайперона:

;

где p — давление газа (Па); W — объем (м³); m — масса газа (кг);  — молекулярный вес газа (кг моль); R — универсальная газовая постоянная; T — температура газа, ⁰К.

Уравнение состояния газа для исследования взаимодействия потока и обтекаемого тела привлекается при больших скоростях движения, когда начинает проявляться свойство сжимаемости газа. Мерой сжимаемости газа служит число Маха (здесь V — скорость потока, a — скорость звука в газе при данных условиях).

В систему уравнений, позволяющую определить все необходимые параметры взаимодействия тела и обтекающего потока, помимо уравнений движения газа и уравнения состояния входят также уравнение неразрывности, выражающее закон сохранения массы в гидрогазодинамике: (здесь F_i — площадь сечения потока в i-й точке), и уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения энергии для несжимаемого газа: .

Полученные в результате таких расчетов данные используют для расчета на прочность ЛА и их отдельных частей, а также для определения летно-технических характеристик ЛА.

Необходимо обратить внимание на взаимосвязь геометрических характеристик крыла и его аэродинамических характеристик. Знать общий вид графиков зависимостей С_Y = f(), C_X = f(), C_Y = f(C_X) и основные характерные точки на этих графиках. Уметь сравнивать аэродинамические характеристики крыла и самолета.

При изучении темы «Механизация крыла» знать, в чем состоит назначение механизации, и за счет каких явлений достигаются необходимые эффекты при механизации передней кромки крыла, механизации задней кромки и управлении пограничным слоем.