7. Методы экспериментального определения аэродинамических сил и моментов

1. Определение аэродинамических сил и моментов по распределению напряжений.

Аэродинамическая сила и момент, по определению, представляют собой главный вектор и главный момент для аэродинамических нагрузок, распределенных по поверхности тела. Поэтому, если из опыта или расчета известно распределение напряжений по поверхности, то сила и момент вычисляются путем интегрирования.

Пусть известно распределение давленияp и касательных напряжений  по поверхности обтекаемого тела при некоторых значениях углов атаки  и скольжения . На выделенную на поверхности тела площадку dS (рис.14) действуют нормальная сила от избыточного давления и касательная к площадке сила dS. Спроецируем эти силы на оси поточной системы координат и для получения суммарных сил проинтегрируем по всей поверхности S. Получим формулы для сил лобового сопротивления, подъемной и боковой.

Приведем интегралы, входящие в эти формулы, к безразмерному виду с помощью коэффициента давления , местного коэффициента тренияи характерной площади: допустим площади миделя:

(14)

Интегралы в формулах (14) - безразмерные величины, учитывающие влияние на аэродинамические силы характера обтекания тела заданной геометрической формы и распределения безразмерных коэффициентов давления и трения. В соответствии с формулами (1) они представляют собой коэффициенты аэродинамических сил . Напримери т.д.

2. Определение аэродинамической силы методом импульсов

В этом методе непосредственно измеряются лишь скорости и давления в окружающей тело среде, а силы и моменты, действующие на тело, вычисляются по теореме импульсов или по теореме о моменте импульса. Этот метод может быть применим и в лабораторной практике, и при летных испытаниях.

Суть метода заключается в том, что в жидкости "проводят" контрольную поверхность, внутри которой находится обтекаемое тело, и, предполагая ее неподвижной, подсчитывают количество движения, протекающее сквозь эту поверхность в единицу времени. Для упрощения расчетов контрольную поверхность выбирают в форме параллелепипеда, передняя и задняя грани которого перпендикуляры вектору , а верхняя и нижняя - параллельны потоку.

На передней поверхности и. На плоскостях, параллельных, прив передней части струйки раздвигаются перед телом (скорости направлены наружу), а в задней части струйки смыкаются (скорости направлены внутрь выделенного объема). Для упрощения вычислений удобно эти поверхности отодвинуть бесконечно далеко от тела. Тогда протекающие через них количества движения становятся равными нулю. Это позволяет перейти к контрольной поверхности, состоящей только из двух бесконечных плоскостей, перпендикулярных. Тогда выражение для главной аэродинамической силы можно представить в виде:

.

3. Баллистический метод

Он состоит в том, что испытываемая модель выстреливается (обычно с помощью ракеты) в атмосферу и затем ее движение фиксируется с помощью кино- телекамер. Модель фотографируют с двух или трех точек и таким образом определяют траекторию ее движения. Фиксация движения модели в атмосфере позволяет судить о том, как она реагирует на отклонение рулей, элеронов и т.п., управление которыми производится по каналам телеметрии. Баллистический метод особенно удобен для изучения аэродинамических сил и моментов при движении с переменной линейной и угловой скоростями, в частности при криволинейном движении. Он пригоден также для изучения устойчивости и управляемости модели ЛА.