Основы аэродинамики.

Общие положения.

Аэродинамические силы и их коэффициенты.

Полная аэродинамическая сила (R) - равнодействующая сил давления и сил трения, действующих на отдельные участки поверхности самолета.

Подъемная сила y и лобовое сопротивление X.

Полная аэродинамическая сила рассматривается как геометрическая сумма двух составляющих:

Одна из них, перпендикулярная к направлению полета (или набегающего потока), называется подъемной силой (Y), а другая, направленная против движения (или вдоль потока), - силой лобового сопротивления (X).

Формулы подъемной силы и лобового сопротивления имеют вид:

 где - коэффициент подъемной силы;

- коэффициент лобового сопротивления.

S - площадь крыла;

ρ - плотность воздуха;

V - скорость полета (скоростной напор).

Коэффициент подъемной силы - коэффициент, показывающий, насколько хорошо используется скоростной напор воздушного потока для создания подъемной силы. зависит от формы крыла, поверхности крыла, угла атаки и числа М полета.

Коэффициент лобового сопротивления - выраженное в долях скоростного напора лобовое сопротивление самолета, приходящееся на каждый квадратный метр площади крыла.

Угол атаки крыла - угол между направлением полета и хордой условного контрольного сечения крыла.

Механические свойства воздуха.

При движении самолета в воздухе возникают силы, которые называются аэродинамическими. Их образование связано с определенными механическими свойствами воздуха: инертностью, сжимаемостью, вязкостью.

Инертность - стремление тела сохранять состояние покоя или прямолинейного равномерного движения. Мерой инертности тела является его масса.

Масса - физическая характеристика тел, являющаяся мерой их инертности и гравитационных свойств. Инертность воздуха определяется его массовой плотностью.

Массовая плотность воздуха - масса воздуха в единице его объема.

Сжимаемость - свойство воздуха изменять свою плотность при изменении давления. Мерой сжимаемости является отношение изменения плотности (Δρ) κ θημенению давления (ΔP).

Вязкость - свойство среды сопротивляться сдвигу одних ее слоев относительно других.

Вязкость воздуха возрастает с увеличением температуры.

Скорость звука - скорость распространения звуковой волны, т.е. малых изменений плотности и давления среды. Скорость звука зависит от сжимаемости и температуры среды.

Чем выше температура газа, тем менее он сжимаем. Нагретый газ обладает большей упругостью и поэтому труднее сжимается. Холодный газ сжимается легче. Например, при температуре газа Т=0 (или t= - 273° С) скорость звука равна нулю, т.к. при этом частицы газа неподвижны, и передавать малые возмущения, а, следовательно, и звук они не могут.

Зависимость скорости звука в воздухе от температуры определяют по следующей формуле:

В тропосфере скорость звука уменьшается с высотой. У земли в стандартных условиях (р= 760 мм рт. ст. t= 15° ) а= 340 м/с. С увеличением высоты на каждые 250 м скорость звука уменьшается на 1 м/с.

На высотах более 11000 м температура принимается постоянной и равна - 56,5° . Следовательно, скорость звука на этих высотах постоянна и равна 295,069 м/с.

Отношение скорости полета (или потока) к скорости звука называется числом М.

М = V/a.

Например, истинная скорость ВС на высоте 10100 м 900 км/ч (250 м/с). Тогда число

М = 250/300 = 0,83. Т.е. скорость полета будет составлять 83% скорости звука на данной высоте.

Сравнивая скорость движения тела в воздухе со скоростью воздуха в тех же условиях, можно судить о влиянии сжимаемости воздуха на характер обтекания тела. Число М является критерием оценки влияния сжимаемости воздуха на обтекание тела (на параметры потока).

С увеличением высоты число М возрастает при постоянной скорости полета ВС, т.к. уменьшается скорость звука, а с высоты 11000 м число М станет постоянным, поскольку скорость звука не меняет своего значения с данной высоты. Для большинства современных самолетов крейсерское число М = 0,8 - 0,85, данное ограничение по числу М установлено из условий характеристик устойчивости ВС в полете.

Сжимаемость воздуха начинает проявляться постепенно, по мере увеличения числа М полета.

До числа М=0,6 влияние сжимаемости на аэродинамические характеристики крыла невелики, и им практически пренебрегают. Начиная со скорости 600 - 700 км/ч и выше (М≥0,6), лобовое сопротивление вследствие сжимаемости возрастает. Это происходит потому, что местные скорости движения воздуха над крылом, а также в местах сопряжения крыла с фюзеляжем значительно превышают скорость полета.