Содержание
- 2. УДК 33.6.3:629.7(075.8) ББК 30.124:39.52я73 А98 Рецензенты: Советник Президента Украины по вопросам авиации, Герой Украины, Заслуженный летчик-испытатель,
- 3. О Г Л А В Л Е Н И Е стр. стр. 3
- 4. В В Е Д Е Н И Е Со второй половины 20-го столетия самолет стал одним
- 5. Именно поэтому глубокое понимание аэродинамики, летных и маневренных свойств современных самолетов может позволить летному и инженерному
- 7. 7
- 8. 8
- 12. а – скорость звука – характеристика сжимаемости неподвижной воздушной среды. . − число Маха - характеристика
- 13. § 1.2. МЕЖДУНАРОДНАЯ СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА 13
- 14. ГИПОТЕЗА СПЛОШНОСТИ 14 Число Кнудсена Kn = l0 / L l0 - длина свободного пробега молекулы
- 17. В зависимости от характера распределения скоростей – безвихревые и вихревые течения. § 1.5. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЧЕНИЙ В
- 20. Р* - давление заторможенного потока(полное давление); Скорость самолета относительно воздушного потока(воздушная или истинная): ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ВОЗДУШНОГО
- 21. КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТ ПОЛЕТА ПО УРОВНЮ НАЧАЛА ОТСЧЕТА 21
- 22. 22
- 23. СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПРИБОРНОЙ И ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТЯМИ Н = 0; V = 4 4 8 км/ч V
- 25. Ламинарный ПС – течение слоистое, силы трения меньше, чем в турбулентном, малые Re. Х т –
- 26. Коэффициент силы сопротивления трения Коэффициент одностороннего трения плоской пластины при ламинарном пограничном слое определяется по формуле
- 28. 28
- 29. Вязкий кризис при срывном обтекании тел Цилиндр обтекается невязким, несжимаемым потоком. Обтекание безотрывное. Давления в точках
- 30. КИНЕТИЧЕСКИЙ НАГРЕВ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА – нагрев ЛА теплом в результате перехода кинетической энергии поступательного движения частиц
- 31. § 1.9. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА СО СВЕРХЗВУКОВОЙ СКОРОСТЬЮ При скоростях больших Мкр происходят качественные изменения: образуются
- 32. Увеличение площади поперечного сечения сверхзвуковой струи сопровождается увеличением в ней скорости. Увеличение скорости происходит за счет
- 33. РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЛАБЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ Распространение малых возмущений в неподвижной среде. Vi=0; Pi V∞ ρ∞
- 36. ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА НА СКАЧКЕ УПЛОТНЕНИЯ Известными величинами является параметрами газа до скачка V, M, p,
- 37. За прямым скачком уплотнения скорость всегда дозвуковая. ПРИМЕРЫ ОБРАЗОВАНИЯ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ОБТЕКАНИИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕЛ СВЕРХЗВУКОВЫМ
- 39. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КРИТИЧЕСКОЕ ЧИСЛО М Мкр – такое число М полета(невозмущенного потока), при котором на
- 40. ОБТЕКАНИЕ ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЫ И ПРОФИЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ Эпюра распределения давления по верхней и нижней поверхностям симметричного
- 41. § 1.13. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОЛЕТА ПРИ БОЛЬШИХ ДОЗВУКОВЫХ, ТРАНСЗВУКОВЫХ И СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ 0.4 1.2 Мкр М
- 43. 43 ПОТЕРЯ ПУТЕВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НА СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ – условие путевой статической устойчивости При My ф н
- 46. §1.15. СВЯЗАННАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ Ох1у1 z1 46 Начало обеих систем координат т.0 – находится в центре
- 48. § 1.16. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛЬЕВ
- 52. СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ 52
- 54. 54
- 55. 55
- 56. ВЫВОД ФОРМУЛЫ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ КРЫЛА Рассматриваем элемент площади крыла dS, который находится под углом атаки α
- 57. § 1.20. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ КОМПОНОВКИ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ Аэродинамические и летные характеристики самолета определяются его компоновкой,
- 59. 59
- 60. Y АЛГОРИТМ ОБРАЗОВАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ САМОЛЕТА Атмосфера Земли. Параметры состояния воздушной среды – Р, ρ, Т,
- 61. – удельная нагрузка на крыло в момент взлета и посадки самолета; Vотр.., ; V пос. –
- 65. ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЗАЦИИ КРЫЛА 65
- 69. Скачать презентацию
УДК 33.6.3:629.7(075.8)
ББК 30.124:39.52я73
А98
Рецензенты: Советник
УДК 33.6.3:629.7(075.8)
ББК 30.124:39.52я73
А98
Рецензенты: Советник
Заслуженный летчик-испытатель, кандидат технических наук А.В. Г а л у н е н к о;
декан факультета авиационно-космических систем Национального технического университета «КПИ»
доктор технических наук, профессор А.В. З б р у ц к и й.
-
Ищенко С.А., Трюхан О.Н.
Принципы полета(альбом основных положений, графиков, схем ): Учебно-наглядное пособие. – Киев: НАУ, 2017 – 135с. Ил. 308
ISBN 975 – 95995-16-8
В учебно-наглядном пособии представлены схемы, графики, основные положения по лекционному курсу
дисциплин "Аэрогазодинамика", "Аэродинамика летательных аппаратов", "Динамика полета ла",
-
иллюстрирующие основные законы аэродинамики дозвуковых, сверхзвуковых скоростей, теорию пограничного
слоя, аэродинамику крыла, самолета. Представлен материал по основным положениям летных характеристик
транспортных самолетов с ТРД, вопросам их устойчивости и управляемости. Приведены примеры аэродинамических
компоновок транспортных самолетов, их аэродинамические, летно-технические характеристики.
-
.
Может использоваться как опорный конспект лекций по дисциплине. Предназначено для иностранных
студентов, обучающихся по направлению "Авиация и космонавтика", "Аэронавигация" , специальности
"Эксплуатация летательных аппаратов", а также для студентов, обучающихся по другим авиационным
специальностям.
ББК 30.124
:39.52я73
© О.Н. Трюхан, 2016
Рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для студентов авиационных специальностей ВУЗов
(решение коллегии от 25.09.2016г. № 8/15-319)
О Г Л А В Л Е Н И Е
стр.
стр.
3
О Г Л А В Л Е Н И Е
стр.
стр.
3
В В Е Д Е Н И Е
Со второй
В В Е Д Е Н И Е
Со второй
Сегодня в гражданской авиации продолжают иметь место положительные тенденции оснащения авиакомпаний современными самолетами, развития сети линий воздушных сообщений, совершенствования воздушных перевозок, работ и услуг. Продолжают развиваться и совершенствоваться мероприятия, направленные на развитие интеграционных процессов авиационных отраслей различных стран в мировое авиационное сообщество. Осуществляется настойчивое внедрение европейских стандартов по всем направлениям деятельности национальных авиакомпаний, в том числе и украинских. Интенсивно развивается малая авиация.
Вместе с вышеуказанными положительными сторонами вызывает серьезное беспокойство состояние одного из ключевых звеньев авиации – состояние подготовки летного и инженерного состава всех уровней. Его резерв в странах бывшего СНГ практически исчерпан, а спрос постоянно возрастает по причине устойчивого развития авиакомпаний.
Украина имеет богатейший опыт подготовки летного и инженерного состава не только для своей, но и для авиации зарубежных стран, который необходимо сохранять и развивать.
В высших авиационных учебных заведениях страны в настоящее время проходят подготовку представители ряда зарубежных государств, получающих образование по большинству авиационных специальностей. Подготовка специалистов для авиации зарубежных стран способствует положительному имиджу и росту авторитета страны на международной арене.
Среди авиационных наук, лежащих в основе подготовки современного пилота и инженера, ведущее место принадлежит фундаментальным наукам о законах, управляющих полетом самолета, – аэродинамике и динамика полета самолета.
Знание аэродинамики и динамики полета одинаково важно как для авиационных конструкторов и инженеров, так и для летного состава.
Конструктор, пользуясь законами и методами этих наук, имеет возможность выбрать аэродинамическую компоновку проектируемого самолета и рассчитать его летные характеристики.
Инженер, руководящий технической эксплуатацией и обслуживанием самолетов, обязан отчетливо понимать зависимость летных свойств самолетов от условий их эксплуатации, ремонта и наземного обслуживания.
Летчик должен овладеть этой наукой для того, чтобы сознательно управлять самолетом, добиться полного использования его летных данных.
К сожалению, в последние десятилетия все больше ощущается разрыв между техническим уровнем создаваемых образцов авиационной техники, оснащенности их современными системами управления, устойчивости, навигации и уровнем освоения ее летным и инженерным составом. Человеческий фактор является преобладающим в причинах продолжающих иметь место авариях и катастрофах. Многие авиационные фирмы с целью снижения влияния человеческого фактора пошли по пути сокращения отдельных категорий из состава летных экипажей – штурманов, бортинженеров, бортрадистов, возложив их функции на автоматические системы. В этих условиях возрастает роль пилота и особенно во внештатных ситуациях. Но грамотное решение при дефиците времени может принять только пилот, имеющий высокий уровень теоретической подготовки помноженный на практический опыт. Роль инженерного состава заключается в грамотных консультациях и обучении летного состава, умению грамотно анализировать опасные ситуации, разработать и внедрить мероприятия по их предупреждению.
4
Именно поэтому глубокое понимание аэродинамики, летных и маневренных свойств современных
Именно поэтому глубокое понимание аэродинамики, летных и маневренных свойств современных
Учебно-наглядное пособие "Аэродинамика, динамика полета транспортных самолетов (альбом основных положений, графиков, схем)" создан на базе курсов лекций дисциплин "Аэродинамика летательных аппаратов", "Динамика полета летательных аппаратов", "Принципы полета", "Аэрогазодинамика", читавшихся автором в Киевском институте Военно-Воздушных Сил, Военно-Воздушной академии(Ближний восток), Национальном авиационном университете и лежащих в основе теоретической подготовки иностранных студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальностям "Летная эксплуатация воздушных судов", "Техническое обслуживание и ремонт воздушных судов".
Основной целью учебно-наглядного пособия, совместно с другими дисциплинами учебного плана, является качественная подготовка национальных летных и инженерных кадров для гражданской авиации. Наряду с изложением основных положений принципов полета большое внимание в пособии уделяется раскрытию физической сущности рассматриваемых явлений.
. Настоящее учебно-наглядное пособие предназначено также помочь летчику и инженеру разобраться в сущности возникающих в полете явлений, чтобы сознательно выполнять предписания инструкций.
Для успешного изучения и усвоения аэродинамики, динамики полета транспортных самолетов нужно твердо знать физику, математику, теоретическую механику.
Структурно учебно-наглядное пособие состоит из частей, в которых рассматриваются теоретические основы аэродинамики, аэродинамики частей самолета и самолета в целом, моментные характеристики самолета, вопросы устойчивости, управляемости, летные характеристики и факторы, влияющие на них. Вопросы динамики полета рассмотрены для транспортных самолетов с ТРД.
Глубокие знания аэродинамики и динамики полета, особенностей поведения самолета на различных режимах позволяют пилоту и инженеру: правильно проводить подготовку к полету; грамотно выбирать режим полета, анализировать поведение самолета, принимать и реализовывать решение, обеспечивая безопасность и экономичность полета; анализировать авиационные происшествия и предпосылки к ним, вырабатывать и реализовать рекомендации по их предотвращнию; самостоятельно изучать новые типы самолетов, анализировать их характеристики; участвовать в совершенствовании летной эксплуатации самолетов.
Обобщая высказывания опытных пилотов, инженеров о значении глубоких знаний аэродинамики и динамики полета для летного и инженерного состава, можно сказать, что эти дисциплины как никакие другие формируют профессиональную культуру авиационного специалиста.
Учебное пособие может быть использовано студентами и курсантами высших учебных заведений, обучающихся по направлениям "Авиация и космонавтика", "Самолеты и вертолеты", "Летная эксплуатация воздушных судов", "Техническое обслуживание и ремонт воздушных судов и авиадвигателей", а также летным и инженерно-техническим составом военно-воздушных сил, предприятий и авиакомпаний гражданской авиации.
5
7
7
8
8
а – скорость звука – характеристика сжимаемости неподвижной воздушной среды. .
а – скорость звука – характеристика сжимаемости неподвижной воздушной среды. .
трансзвуковой
(околозвуковой) диапазон чисел М
Сопротивление трения (обусловлено вязкими свойствами воздуха)
Сопротивление давления (обусловлено инерционными свойствами воздуха)
Составляющие аэродинамической силы лобового сопротивления самолета Х :
диапазон дозвуковых скоростей
Сжимаемость – способность воздуха изменять свой объём, а значит и плотность, с изменением давления и температуры
─ чем больше это отношение, тем более сжимаема среда.
12
Каждый из этих диапазонов имеет свои особенности, в соответствии с которыми аэродинамика подразделяется на дозвуковую (малых и больших дозвуковых скоростей), аэродинамику трансзвука, сверхзвуковую, аэродинамику гиперзвука
§ 1.2. МЕЖДУНАРОДНАЯ СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА
13
§ 1.2. МЕЖДУНАРОДНАЯ СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА
13
ГИПОТЕЗА СПЛОШНОСТИ
14
Число Кнудсена Kn = l0 / L
l0 - длина
ГИПОТЕЗА СПЛОШНОСТИ
14
Число Кнудсена Kn = l0 / L
l0 - длина
L - характерный размер тела.
Kn < 10 –3 - сплошная среда
Уровень моря (Н=0): l0 = 6.3 ·10 –6;
Дискретная среда:
Н = 100 км l0 = 4.5 см;
Н=200 км l0 = 300м.
Взаимодействие профиля с потоком сплошной среды – струёй воздуха.
R
В связи с тем, что в одном кубическом миллиметре воздуха содержится 2, 7· 1016 молекул воздух можно считать не дискретной, а сплошной средой. Такое положение называется гипотезой сплошности.
При рассмотрении обтекания тел воздушным потоком можно использовать такие понятия как "струйка воздуха", "вихрь". Для расчета аэродинамических характеристик можно использовать аппарат дифференциального исчисления. Необходимым условием является непрерывность газодинамических параметров – давление, температура, плотность, скорость.
С увеличением высоты количество молекул в единице объема падает, уменьшается силовое взаимодействие воздуха с телом. На высотах свыше 80 км воздушная среда считается дискретной. Критерием сплошности среды является число Кнудсена.
В зависимости от характера распределения скоростей – безвихревые и вихревые течения.
§
В зависимости от характера распределения скоростей – безвихревые и вихревые течения.
§
В общем случае движение жидкости есть функция трех пространственных координат и времени.
Рассматривают частные случаи с меньшим числом переменных:
По зависимости от времени – неустановившиеся течения(с переменными от времени параметрами)
и установившиеся - параметры не изменяются со временем.
17
Р* - давление заторможенного потока(полное давление);
Скорость самолета относительно воздушного потока(воздушная или
Р* - давление заторможенного потока(полное давление);
Скорость самолета относительно воздушного потока(воздушная или
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА
20
КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТ ПОЛЕТА ПО УРОВНЮ НАЧАЛА ОТСЧЕТА
21
КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫСОТ ПОЛЕТА ПО УРОВНЮ НАЧАЛА ОТСЧЕТА
21
22
22
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПРИБОРНОЙ И ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТЯМИ
Н = 0;
V =
СООТНОШЕНИЕ МЕЖДУ ПРИБОРНОЙ И ВОЗДУШНОЙ СКОРОСТЯМИ
Н = 0;
V =
V = 6 0 8 км/ч
V = 7 9 0 км/ч
Vпр. = V = 400 км/ч
Н = 4 000 м;
Н =8 000 м;
Н = 12 000 м;
Vпр. = 4 0 0 км/ч
Vпр. = 4 0 0 км/ч
Vпр. = 4 0 0 км/ч
Воздушная скорость (узкая стрелка)
Приборная скорость (широкая стрелка)
)* – соответствующие значения чисел М
23
Воздушная скорость(при постоянной приборной) с увеличением высоты возрастает, так как уменьшается плотность воздуха.
Ламинарный ПС – течение слоистое, силы трения меньше, чем в турбулентном,
Ламинарный ПС – течение слоистое, силы трения меньше, чем в турбулентном,
Х т – координата точки перехода ЛПС в ТПС;
ВИДЫ ПОГРАНСЛОЯ
ламинарный, турбулентный, смешанный - определяется величиной числа .
Турбулентный ПС – интенсивное перемешивание слоев, обладает большей энергией чем ЛПС, более устойчив к отрыву, большие силы трения, большие Re.
Точка перехода ламинарного погранслоя в турбулентный
Здесь Rex– местное число Рейнольдса; х – текущая координата.
Толщина турбулентного погранслоя увеличивается более интенсивно, чем ламинарного
Профиль скоростей в ПС
─ формула определения скорости по высоте ламинарного погранслоя.
По мере удаления от носка пластины напряжения трения убывают в ламинарном слое более интенсивно, чем в турбулентном
25
─ формула определения скорости по высоте турбулентного погранслоя
При расчете толщины пограничного слоя пользуются следующими формулами: – для ламинарного пограничного слоя:
– для турбулентного пограничного слоя:
За толщину погранслоя δ принимают расстояние от поверхности тела, где скорость потока отличается от скорости невозмущенного потока на 1% (Vδ ≈0.99V∞).
Коэффициент силы сопротивления трения
Коэффициент одностороннего трения плоской пластины при ламинарном
Коэффициент силы сопротивления трения
Коэффициент одностороннего трения плоской пластины при ламинарном
Коэффициент одностороннего трения плоской пластины при полностью турбулентном пограничном слое определяется по формулам
С ростом числа Re коэффициент Сf уменьшается как при ламинарном, так и при турбулентном пограничном слое.
Зависимость коэффициента двухстороннего трения плоской пластины 2Cf от числа Re и вида пограничного слоя
График зависимости коэффициента силы лобового сопротивления крыла самолета Сх от угла атаки
26
28
28
Вязкий кризис при срывном обтекании тел
Цилиндр обтекается невязким, несжимаемым потоком.
Вязкий кризис при срывном обтекании тел
Цилиндр обтекается невязким, несжимаемым потоком.
Давления в точках, симметричных относительно вертикальной оси Оу – одинаковые. Таким образом, в невязкой среде цилиндр не испытывает сопротивления – парадокс Эйлера – Даламбера. Подъемная сила также равна 0, т.к. давление симметрично относительно оси Ох.
Область отрыва за плохообтекаемыми телами зависит от величины Re. При увеличении Re и переходе ламинарного течения в турбулентное (перестройка обтекания) область отрыва потока уменьшается, сопротивление давления также резко уменьшается – явление вязкого кризиса.
Отрыв ламинарного ПС шара почти на экваторе
Отрыв турбулентного ПС происходит ниже по течению (точки Е и L)
Е
L
При обтекании цилиндра вязким потоком на участке ВС и DС образуется положительный градиент давления способствующий отрыву погранслоя (точки Е и L). Давление в т.А не восстанавливается и оно меньше, чем в т.А, что является причиной образования сопротивления давления Хр. Поскольку поток вязкий, то образуется и сопротивление трения – Хтр.
Давления в точках на поверхности цилиндра при обтекании идеальным потоком определяется по формуле
где θ – полярная координата точки
29
КИНЕТИЧЕСКИЙ НАГРЕВ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
– нагрев ЛА теплом в
КИНЕТИЧЕСКИЙ НАГРЕВ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
– нагрев ЛА теплом в
Тепловой пограничный слой ─ слой воздуха, у поверхности обтекаемого тела, в котором происходит интенсивное изменение температуры.
Необходимость учета кинетического нагрева при больших сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях:
– ухудшение условий работы экипажей; – ухудшение условий работы электро- и электронного оборудования; – снижение прочности материалов; – поваышение скорости реакции коррозии при возрастании температуры.
Носовые и нижние части корпуса и крыла воздушно-космического летательного аппарата "Буран"(СССР) обложены керамическими плитками с целью защиты от кинетического нагрева при полете в плотных слоях атмосферы Земли
Срыв потока на большей части поверхности крыла самолета МиГ – 23М (угол атаки ≈240)
Тδ − температура на границе теплового пограничного слоя;
ТW − температура у поверхности при теплопроводной поверхности и газе;
Т* − температура торможения(поверхность теплоизолирована и нет обмена теплом между частицами газа).
Тr − температура у при теплоизолированной поверхности и наличии теплообмена между частицами воздуха;
30
§ 1.9. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА СО СВЕРХЗВУКОВОЙ СКОРОСТЬЮ
При скоростях больших
§ 1.9. ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА СО СВЕРХЗВУКОВОЙ СКОРОСТЬЮ
При скоростях больших
Изменение скорости газа вдоль струи при изменении площади ее поперечного сечения
V1;
F1;
ρ1
V2 =V1 + dV;
F2=F1 + dF;
ρ2
Воспользуемся уравнением постоянства расхода для струи сжимаемого газа: ρVF = const.
Дифференцируем и делим почленно на ρVF:
d(ρVF) = VFdρ + ρFdV + ρVdF = 0
– относительное изменение плотности, приходящееся на единицу относительного изменения скорости (курс теоретической физики).
31
Равенство, устанавливающее зависимость между площадью поперечного сечения струи F, скоростью движения в ней газаV и числа М :
ОСОБЕННОСТИ АЭРОДИНАМИКИ
ОКОЛОЗВУКОВЫХ И СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ.
Увеличение площади поперечного сечения сверхзвуковой струи сопровождается увеличением в ней
Увеличение площади поперечного сечения сверхзвуковой струи сопровождается увеличением в ней
Уменьшение площади поперечного сечения сверхзвуковой струи приводит к скачкообразному изменению параметров сверхзвукового потока – имеет место течение сжатия сверхзвукового потока.
Течения расширения и сжатия сопровождаются распространением возмущений в окружающей воздушной среде.
Случай 1. Скорость V1 в сечении 1-1 дозвуковая (V1Знак dF обратен знаку dV. F2>F1 ; (dF>0) . F1,V1 F2,V2 dF>0
РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЛАБЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ
Распространение малых возмущений в неподвижной
РАСПРОСТРАНЕНИЕ СЛАБЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ГАЗОВОМ ПОТОКЕ
Распространение малых возмущений в неподвижной
Vi=0; Pi
V∞
ρ∞
P∞
Распространение малых возмущений в дозвуковом потоке (возмущения распространяются впереди источника).
Распространение малых возмущений в звуковом потоке (источник возмущений находится на фронте волны возмущения.
Небольшие изменения скорости и давления называют возмущениями скорости и давления или малыми возмущениями, которые распространяются в газовой среде со скоростью звука. Любая точка на поверхности тела является источником возмущений.
Размеры возмущенной области зависят от скорости источника возмущений
Распространение малых возмущений в сверхзвуковом потоке. Малые возмущения в сверхзвуковом потоке распространяются только внутри конуса Маха. Наибольшие возмущения – на поверхности конуса.
0
03
А
01
02
003 = Vt
0A = at
μ
Возмущенная область
Невозмущенная область
Линия (конус) возмущений (конус Маха)
r = at
V = a
V < a
V > a
V = 0
33
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА НА СКАЧКЕ УПЛОТНЕНИЯ
Известными величинами является параметрами газа до
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ГАЗА НА СКАЧКЕ УПЛОТНЕНИЯ
Известными величинами является параметрами газа до
неизвестными – параметры за скачком уплотнения V1, M 1, p 1, ρ 1, T 1, β.
V, M, p, ρ, T
β
V1, M 1, p 1, ρ 1, T 1
ω
Vτ
Vn
V1
V
Используется теорема импульсов, соотношение касательных скоростей на скачке, закон сохранения энергии(при переходе газа через скачок уплотнения общий запас энергии меняться не может в силу адиабатичности процесса)
36
За прямым скачком уплотнения скорость всегда дозвуковая.
ПРИМЕРЫ ОБРАЗОВАНИЯ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ
ПРИ
За прямым скачком уплотнения скорость всегда дозвуковая.
ПРИМЕРЫ ОБРАЗОВАНИЯ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ
ПРИ
При полете на сверх звуке возникает система ударных волн. Скачки уплотнения возникающие в носовой части самолета, по мере удаления от самолета , догоняют носовую ударную волну. Скачки уплотнения, в хвосотовой части самолета , возникшие в области пониженного давления, отстают и сливаются с хвостовой ударной волной. Вдали от самолета наблюдаются две ударные волны – носовая и хвостовая. Скачкообразное изменение давления на носовой и хвостовой ударных волнах у поверхности земли воспринимается как двойной хлопок или звуковой удар.
37
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КРИТИЧЕСКОЕ ЧИСЛО М
Мкр – такое число М
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА КРИТИЧЕСКОЕ ЧИСЛО М
Мкр – такое число М
Факторы, влияющие на величину Мкр.:
сp
1
-1
0
1
сp в
сp min
сp Н
Эпюра распределения коэффициента давления по хорде профиля
39
ОБТЕКАНИЕ ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЫ И ПРОФИЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ
Эпюра распределения давления по верхней
ОБТЕКАНИЕ ПЛОСКОЙ ПЛАСТИНЫ И ПРОФИЛЯ СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ
Эпюра распределения давления по верхней
(P1 – P) < 0
(P1 – P) > 0
Эпюра распределения давления по верхней и нижней поверхностям плоской пластины
Сжатие потока на скачке уплотнения (обтекание внутреннего тупого угла
P1
P1
Расширение потока на пучке характеристик (обтекание внешнего тупого угла
V
40
§ 1.13. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОЛЕТА
ПРИ БОЛЬШИХ ДОЗВУКОВЫХ, ТРАНСЗВУКОВЫХ И
§ 1.13. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ САМОЛЕТА
ПРИ БОЛЬШИХ ДОЗВУКОВЫХ, ТРАНСЗВУКОВЫХ И
0.4
1.2
Мкр
М
0
41
А
0
Сх i = А С 2у
М
М=1/cos χ
Мкр.
Зависимость коэффициента индуктивности А от числа М полета для крыла со скругленной передней кромкой и острой передней кромкой(подсасывающая сила не реализуется)
Большие дозвуковые скорости М = 0.4…Мкр.
V
1
-1
1
Эпюра распределения коэффициента давления по хорде профиля в несжимаемом и сжимаемом дозвуковом потоках. При больших дозвуковых скоростях в местах разрежения величина разрежения увеличивается, а в местах поджатия потока возрастает давление. В итоге: разность давлений между верхней и нижней поверхностями крыла возрастает, несущие свойства возрастают.
43
ПОТЕРЯ ПУТЕВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НА СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ
– условие путевой статической устойчивости
При
43
ПОТЕРЯ ПУТЕВОЙ УСТОЙЧИВОСТИ НА СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ
– условие путевой статической устойчивости
При
Зависимость my(β) для статически устойчивого в путевом канале самолета..
Боковая сила, образующаяся на носовой части фюзеляжа на сверхзвуке Zф н создает момент относительно центра масс самолета больший, чем момент от боковых сил, создаваемых вертикальным оперением – самолет становится статически неустойчивый в путевом канале. Один из способов решения вопроса путевой устойчивости на сверхзвуковых режимах полета – установка двухкилевого вертикального оперения
My (z1в.о),My (z2 в.о.) – моменты от вертикального оперения (двухкилевое ВО)
My ф н - момент, создаваемый боковой силой носовой части фюзеляжа при скольжении самолета на сверхзвуковой скорости(скачок уплотнения на носовой части асимметричен плоскости симметрии самолета)
§1.15. СВЯЗАННАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ Ох1у1 z1
46
Начало обеих систем координат т.0 –
§1.15. СВЯЗАННАЯ СИСТЕМА КООРДИНАТ Ох1у1 z1
46
Начало обеих систем координат т.0 –
Проекции результирующей аэродинамической силы R на оси связанной системы координат – продольная сила X1, нормальная сила Y1, поперечная сила Z1
Проекции результирующего момента М на оси связанной системы координат – момент крена Мх, рыскания Му, тангажа Мz .
х1
z1
у1
0
Базовая плоскость 0х1z1
Плоскость симметрии 0х1у1
Продольная ось Ох1
Нормальная ось Оу1
Поперечная ось Оz1
Мх
Му
Mz
В аэродинамике используются две правые, прямоугольные системы координат – скоростная ( для определения аэродинамических сил) и связанная(для определения аэродинамических моментов, действующих на самолет).
Поскольку моменты определяются только в связанной системе координат, то индекс 1 в обозначении моментов и их коэффициентов – опускаем.
§ 1.16. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛЬЕВ
§ 1.16. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛЬЕВ
СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
52
СПОСОБЫ УМЕНЬШЕНИЯ ИНДУКТИВНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
52
54
54
55
55
ВЫВОД ФОРМУЛЫ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ КРЫЛА
Рассматриваем элемент площади крыла dS,
ВЫВОД ФОРМУЛЫ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ КРЫЛА
Рассматриваем элемент площади крыла dS,
Используем выражения для коэффициента давления для нижней и верхней поверхностей крыла соответственно:
Интегрируя по всей поверхности крыла и введя понятие коэффициента подъемной силы Су , получаем формулу подъемной силы крыла Y:
Следует отметить, что Су определяется формой крыла в плане(прямое, стреловидное, треугольное и т.д.), формой профиля крыла(симметричный, плоско-выпуклый, выпукло-вогнутый…), стреловидностью передней кромки крыла, углом атаки крыла, числом М полета, числом Re
56
В н и м а н и е ! Подъемная сила направлена перпендикулярно скорости набегающего потока.
§ 1.20. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ КОМПОНОВКИ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
Аэродинамические и летные
§ 1.20. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ КОМПОНОВКИ И ТРЕБОВАНИЯ К НИМ
Аэродинамические и летные
В последние десятилетия при разработке истребителей четвертого поколения (военная авиация) широко применяется интегральная схема, в которой крыло и фюзеляж представляют собой единую несущую поверхность( МиГ-29, Су-27, F-16, F-15 и др.) В зависимости от количества крыльев – моноплан, биплан, полутораплан; от формы крыла - компоновки с прямым крылом, стреловидным, трапециевидным, треугольным, с изменяемой геометрией. В зависимости от положения крыла относительно фюзеляжа различают: высокоплан, среднеплан, низкоплан. По взаимному расположению киля и стабилизатора: стабилизатор расположен у основания киля, посреди киля, Т-образное хвостовое оперение. Количество, тип и расположение двигателей: ТРД, ТРДД, ТВД на пилонах под крылом, над крылом, в месте сочленения крыла с фюзеляжем, в хвостовой части фюзеляжа. Тип шасси: убирающиеся трехстоечное с носовым или хвостовым колесом, велосипедное. Гондолы шасси могут располагаться в фюзеляже, под крылом.
57
Транспортные самолеты компонуются по нормальной аэродинамической схеме(оперение позади крыла, однокилевые), крылья больших удлинений( λ= 8-12) со стреловидностью по передней кромке от 100 до 350, располагаются по схеме высокоплан или низкоплан, толщина профилей крыла от 12% и выше. Крылья имеют геометрическую и аэродинамическую крутку, положительное(у низкопланов) или отрицательное(высокопланы) поперечное “V" Шасси трехстоечные с носовым колесом, убирающимися в фюзеляж или в крыло(у низкопланов).
59
59
Y
АЛГОРИТМ ОБРАЗОВАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ САМОЛЕТА
Атмосфера Земли.
Параметры состояния воздушной
Y
АЛГОРИТМ ОБРАЗОВАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ САМОЛЕТА
Атмосфера Земли.
Параметры состояния воздушной
Международная стандартная атмосфера
Изображение воздушного потока: линия тока, струйка
Область применимости:
– среда идеальная (вязкими свойствами пренебрегаем); – течение установившееся.
60
– удельная нагрузка на крыло в момент взлета и посадки самолета;
Vотр..,
– удельная нагрузка на крыло в момент взлета и посадки самолета;
Vотр..,
СУотр , СУпос – коэффициент подъемной силы самолета в посадочной и взлетной конфигурациях;
ρ0 – плотность воздуха аэродрома взлета и посадки.
Конфигурация самолета – сочетание положений механизации крыла, шасси и др. частей, изменяющих его очертания и, как следствие,. аэродинамические характеристики. Основные конфигурации:
первая взлетная: механизация во взлетном положении, шасси выпущено,
вторая взлетная: механизация во взлетном положении, шасси убрано;
полетная – механизация в положении соответствующем крейсерскому полету, шасси убрано;
пред посадочная: механизация в положении, соответствующем заходу на посадку, шасси выпущено;
посадочная: механизация в посадочном положении, шасси выпущено.
§ 1.22. МЕХАНИЗАЦИЯ КРЫЛА И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА ВЗЛЕТНО – ПОСАДОЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Механизация крыла – конструктивные элементы, предназначенные для увеличения коэффициента подъемной силы на режимах взлета, посадки, а также коэффициента лобового сопротивления на режимах снижения и во время пробега на посадке.
Различают механизацию передней, задней кромок.
61
Скорости самолета в момент отрыва при взлете и в момент касания ВПП при посадке определяется из условия равенства подъемной силыY силе веса самолета G в момент отрыва и касания:
С развитием авиации удельная нагрузка на крыло самолета возрастала (цельнометаллический планер, расширение состава бортового оборудования, увеличение полезной нагрузки,. запаса топлива), и, как следствие, росли скорости отрыва и посадки.
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЗАЦИИ КРЫЛА
65
ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЗАЦИИ КРЫЛА
65