1. Летательные аппараты

1.1. Основы теории полета и управления ла

1.1.1. Аэродинамические силы

Аэродинамика – это раздел механики сплошных сред, изучающий особенности движения жидкостей и газов, а так же механическое и тепловое взаимодействие между жидкостью или газом и движущимися в них телами.

Полет самолета возможен вследствие создания на крыле подъемной силы (ПС) Y.

Н

Рис. 1.1. Аэродинамические силы

есимметричный профиль крыла (профиль Жуковского) (рис. 1.1) способен создать силу Y при нулевом и небольшом отрицательном угле атаки α (угол между вектором скорости набегающего потока воздуха и хордой профиля).

В неразрывном воздушном потоке струйки, обтекающие нижнюю и верхнюю поверхности профиля, должны одновременно соединиться на задней кромке. Но, так как путь вдоль верхней (выпуклой) поверхности больше, то скорость движения струйки больше.

Так как скорость V₂ над профилем больше, чем скорость V₁ под профилем, то в соответствии с уравнением Бернулли: давление p₂ над профилем должно быть меньше, чем давление р₁ под профилем. Следовательно, на профиле образуется перепад давлений, направленный вверх. Полная аэродинамическая сила (равнодействующая аэродинамических сил) R прикладывается в точке ЦД (центр давления).

При разложении силы R по осям можно получить подъемную силу Y, направленную вверх и силу аэродинамического сопротивления X, направленную против движения ЛА (см. рис. 1.1).

Величина аэродинамической силы R крыла единичной площади при фиксированном угле атаки профиля α зависит от скорости полета V, плотности воздуха и состояния поверхности крыла.

При увеличении отношения Y/X = K, называемого аэродинамическим качеством, уменьшаются скорость и величина аэродинамического сопротивления при которой величина подъемной силы Y будет равна весу ЛА G_ЛА, следовательно, уменьшается мощность двигателя потребная для полета.

С помощью K оценивают аэродинамическое совершенство профиля и ЛА в целом. Для увеличения K, что особенно актуально для планеров и легких самолетов, создают выпукло-вогнутые профили (рис. 1.2).

Т

Рис. 1.2. Аэродинамические профили

ак как вклад в величину силы аэродинамического сопротивления Х вносят и силы поверхностного трения, то для повышения K необходимо уменьшать углы обтекания, что достигается уменьшением площади сечения миделя F_М (максимальная площадь поперечного сечения крыла), и площадь обтекания S, а так же повышать качество поверхности обтекания.

Аэродинамика занимается поиском схем и форм ЛА с минимальным аэродинамическим сопротивлением и максимальной подъемной силой, то есть максимальным аэродинамическим качеством K.

При увеличении скорости полета V, на несимметричном профиле начинается срыв потока с образованием зоны турбулентного течения. Это приводит к падению подъемной силы Y и росту силы аэродинамического сопротивления Х, следовательно – снижению аэродинамического качества K.

О

Рис. 1.3. Симметричный профиль

тодвинуть начало срыва в область более высоких скоростей полета можно за счет применения симметричных профилей, способных создавать подъемную силу только при положительных углах атаки (α > 0) (рис. 1.3).

Величина аэродинамической силы определяется по формуле:

, (1.1)

где: с_R – коэффициент аэродинамической силы;

– скоростной напор, учитывающий влияние плотности воздуха и скорости потока;

– площадь Миделя (наибольшее поперечное сечение тела, перпендикулярное потоку)

Y = c_Y qS, (1.2)

где c_Y – коэффициент подъемной силы.

Величина аэродинамического сопротивления:

Х = c_Х qS, (1.3)

где c_Х – коэффициент силы аэродинамического сопротивления.