Аэродинамическое качество самолета

Как уже отмечалось ранее, аэродинамическое совершенство тела оценивается аэродинамическим качеством. Это относится и к изолированным элементам и к ЛА в целом:

.

Физический смысл аэродинамического качества – это величина подъемной силы, приходящейся на единицу сопротивления.

Увеличение качества – важнейшая задача при проектировании ЛА, а сохранение исходного уровня аэродинамического качества – важнейшая задача при его летной и технической эксплуатации. Это связано с тем, что самолет с большим качеством имеет меньшее лобовое сопротивление, а, следовательно, меньшую потребную тягу двигателей и меньший расход топлива.

Аэродинамическое качество зависит от коэффициента подъемной силы и угла атаки. Из графика K=f(Cya) видно, что он имеет максимум. То есть для каждого числа М существует

наивыгоднейшее значение коэффициента подъемной силы С_уанв, при котором достигается максимальное качество. Максимальное АК используется для оценки аэродинамического совершенства компоновки, это величина постоянная (для каждого числа М_), которая не зависит от угла атаки.

Однако реальное качество самолета отличается от максимального теоретического, которое можно получить расчетным путем. Для этого в выражение для качества подставим уравнение поляры:

Чтобы найти максимальное качество, продифференцирует по С_уа и приравняем производную к 0:

,

откуда .

Окончательно получим:

.

Вычисленное по этой формуле качество сравнили с реально достигнутым в полете качеством. В результате максимальное соотношение было получено на самолете А-340. То есть, хотя аэродинамическое совершенство современных самолетов достаточно высоко, резерв роста качества, тем не менее, имеется.

Максимальное аэродинамическое качество для различных типов самолетов достигается различными конструктивными способами.

Дозвуковой ЛА имеет, как правило, крыло большого удлинения и малой стреловидности с толстым профилем и закругленным носком. Такое крыло обладает очень хорошими несущими свойствами – большими значениями подъемной силы. Значительное разрежение потока при обтекании затупленной передней кромки обеспечивает реализацию на ней подсасывающей силы, направленной вперед и уменьшающей лобовое сопротивление. В результате ЛА с таким крылом имеет высокие значения максимального АК на дозвуке.

Однако при переходе к околозвуковым скоростям для достижения максимального качества требуется уже совсем другая геометрия крыла. Возникновение СУ приводит к появлению волнового сопротивления, для уменьшения которого на околозвуковых ЛА устанавливают стреловидные крылья с меньшим удлинением и относительной толщиной.

Это позволяет увеличить качество на околозвуковых скоростях, но на дозвуке оно, естественно, мало. Для сверхзвуковых ЛА используют крылья малых удлинений и большой стреловидности с тонким профилем и острым носком (для уменьшения волнового сопротивления). Однако на дозвуке такие ЛА имеют наименьшие значения аэродинамического качества.