Глава 10 основы экспериментальной аэродинамики

1. Задачи экспериментальной аэродинамики

И МЕТОДЫ ИХ РЕШЕНИЯ

Основной задачей экспериментальной аэродинамики является исследование законов воздействия воздуха на движущиеся в нем тела. При этом под телом понимается чрезвычайно широкий круг объектов: от простейшей модели крыла или фюзеляжа самолета до сложнейших комплексов, каким является натурный самолет.

Указанные исследования можно проводить двумя методами: телу сообщается скорость относительно неподвижного воздуха (прямая задача); воздуху сообщается скорость относительно неподвижного тела (обратная задача).

Независимо от того, каким методом мы воспользуемся, сог­ласно принципу относительности Галилея—Ньютона силовое взаимодействие между телом и воздухом будет тожде­ственным.

Прямой метод исследований является основой натурных или летных испытаний, в процессе которых определяются силовые и моментные характеристики, оценивается устойчивость и управля­емость летательного аппарата и другие характеристики. Необхо­димо, однако, отметить, что летные испытания, кроме большой стоимости, имеют тот недостаток, что при их проведении техни­чески трудно, а во многих случаях практически невозможно осу­ществить испытания многочисленных вариантов летательного ап­парата с целью получения оптимальных характеристик. Поэто­му летные испытания являются обычно завершающим этапом создания летательного аппарата. А на предварительных этапах проектирования широко используются методы, при которых не­подвижные модели обтекаются движущимся воздухом (имеет место обращение движения).

Для этой цели строятся аэродинамические трубы. Аэродина­мическая труба представляет собой специальный физический прибор, позволяющий получать в одном из его элементов искусственный равномерный прямолинейный установившийся поток воздуха определенной скорости.

Экспериментальные исследования, осуществляемые в аэроди­намических трубах, позволяют проводить испытания моделей многочисленных вариантов летательного аппарата, выявлять взаимное влияние отдельных его элементов и, что очень важно, обеспечивать идентичные условия эксперимента при повторных испытаниях моделей.

Аэродинамические эксперименты в трубах можно условно подразделить на три группы. Целью первой группы эксперимен­тов является определение аэродинамических сил и моментов для расчета прочности конструкции и летных свойств летательных аппаратов в процессе их проектирования. В этом случае созда­ются модели летательных аппаратов, по размерам значительно меньшие натуры, которые исследуются в аэродинамических тру­бах. Объем таких испытаний достаточно большой. Например, для создания современного сверхзвукового самолета необходимо изготовить и испытать в аэродинамических трубах более десяти моделей.

Целью второй группы экспериментальных исследований явля­ется разработка новых схем летательных аппаратов и получение их оптимальных характеристик. К этой группе относятся: иссле­дования в области управления пограничным слоем на малых ско­ростях, ламиниризации крыльев на больших скоростях, крыльев переменной стреловидности; поиски новых видов крыльев и т. д.

К третьей группе относятся экспериментальные исследования, связанные с перспективой дальнейшего развития летательных аппаратов, например, изучение физических явлений, возникаю­щих при больших числах М и температурах, экспериментальная проверка новых теорий и гипотез, изучение распространения сильных ударных волн, исследование плазмы и т. д. Эти иссле­дования в большинстве случаев проводятся не в обычных аэро­динамических трубах, а на специальных экспериментальных ус­тановках, таких, например, как, ударные трубы, баллистические установки, плазматроны и т. д.