4. Расчет коэффициента продольной силы.

В расчете аэродинамических характеристик тело вращения сложной формы разбивается на отдельные элементы (см. рис.1) и определяются характеристики для каждого элемента. При этом учитывается влияние формы части тела, расположенного перед рассматриваемым элементом.

В приближенном расчете коэффициентов аэродинамических сил, действующих на тело вращения при полете с малым углом атаки  используют связанную систему координат (см. рис. 2). Для тела вращения коэффициент продольной силы можно рассчитать по формуле:

; (4.1)

где - коэффициент сопротивления трения;

- коэффициент волнового сопротивления;

- коэффициент донного сопротивления.

1. Расчет коэффициента сопротивления трения.

Для приближенного расчета коэффициента сопротивления трения тел вращения может быть использован метод эквивалентной пластинки. Согласно методу

; (4.2)

где - средний коэффициент напряжения трения для пластинки, рассчитанный для параметров набегающего потока и хорды пластинки, равной по длине тела вращения;

S_тр- трущаяся поверхность тела;

S_м- площадь Миделя.

; (4.3)

где - коэффициент напряжения трения для несжимаемой среды.

Для нахождения необходимо определить критерий вязкости – число Рейнольдса Re:

, (4.4)

при - ламинарный пограничный слой;

- смешанный пограничный слой;

- турбулентный пограничный слой.

Для ламинарного пограничного слоя:

. (4.5)

-6-

Для смешанного пограничного слоя:

. (4.6)

Для турбулентного пограничного слоя:

. (4.7)

Для ламинарного пограничного слоя , для смешанного и турбулентного пограничного слоя . Показатели степени, соответствующей среднему значению температур . Значение определяющей температуры для ламинарного и турбулентного пограничного слоя определяется из формулы:

; (4.8)

где - коэффициент восстановления;

=0.9 – для турбулентного и смешанного пограничного слоя,

=0.85 – для ламинарного пограничного слоя.

Отношение определяется из выражения:

; (4.9)

где к=1.4 – коэффициент адиабатного расширения.

Для окончательного расчета необходимо знать отношение ,

где - площадь трущейся поверхности тела вращения (определяется по геометрическим параметрам исходных данных),

- площадь миделя.

2. Расчет коэффициента волнового сопротивления .

При обтекании тела вращения сверхзвуковым потоком на поверхности носовой части и конических частях устанавливается повышенное давление. Равнодействующая сил избыточного давления при представляет собой волновое сопротивление. На дозвуковых скоростях при волновое сопротивление не рассчитывают. На цилиндрических частях тела волновое сопротивление отсутствует, поэтому для расчета волновое сопротивление отсутствует, поэтому для расчета волнового сопротивления тела вращения справедливо выражение:

. (4.10)

Для головной части, которая представляет собой конус со сферическим притуплением, значение коэффициента волнового сопротивления определяется следующим образом:

-7-

. (4.11)

Для приближенного расчета аэродинамических характеристик усеченного конуса можно воспользоваться таблицами (см. таблицу №5 приложения, стр.20).

По значениям и находится значение , а значение волнового сопротивления усеченного конуса находится таким образом:

. (4.12)

Коэффициент волнового сопротивления сферического притупления зависит от формы притупления и определяется соотношением:

; (4.13)

где - коэффициент давления в передней критической точке, который определяется по таблице № 2 приложения (стр.20).

После подстановки всех найденных значений получим искомое значение для коэффициента волнового сопротивления.

4.3. Расчет коэффициента донного сопротивления.

Структура течения газа в окрестности донного среза характеризуется наличием отрыва пограничного слоя, возникновением хвостовых ударных волн, беспорядочным вихревым движением частиц в аэродинамическом следе. Это не дает возможности построить надежный теоретический метод определения коэффициента избыточного давления в точках поверхности дна. Поэтому в инженерных расчетах используют опытные данные и составленные на их основе эмпирические формулы.

На донное разрежение наиболее сильно влияет число и форма кормовой части, поэтому в зависимости от числа изменяется расчет . Для расчета вытянутых тел вращения можно использовать следующие зависимости:

, (4.14) где

при 1 (4.15)

при 1.5< 4.5 (4.16)

при >4.5. (4.17)

При дозвуковых скоростях полета коэффициент донного сопротивления может быть приближенно найден по формуле

. (4.18)

- площадь дна за исключением площади выходных сечений сопел.

-8-

- площадь донного среза.

- удлинение ракеты.

- коэффициент трения плоской пластинки, длина которой равна длине тела вращения.

После нахождения по формуле (4.1) находим суммарное значение .

-9-