- •Гидравлика
- •Введение
- •1. Аэродинамические сила и момент. Системы координат
- •2. Общие требования к постановке эксперимента в аэродинамических трубах
- •3. Аэродинамические трубы
- •3.1. Классификация аэродинамических труб
- •3.2. Дозвуковые аэродинамические трубы
- •3.3. Структура струи. Затопленные струи.
- •3.4. Сверхзвуковые аэродинамические трубы
- •4. Основные термодинамические параметры газа
- •5. Измерение параметров. Методы и приборы
- •5.1. Измерение давления
- •5.2. Измерение температуры газа в потоке
- •5.3. Теоретические основы измерения скорости дозвукового потока.
- •5.3.1. Определение скорости потока приемником воздушного давления
- •5.3.2. Определение скорости потока по перепаду статического давления.
- •6. Оптические методы исследований
- •7. Методы экспериментального определения аэродинамических сил и моментов
- •2. Определение аэродинамической силы методом импульсов
- •3. Баллистический метод
- •4. Динамометрический метод определения аэродинамических сил и моментов. Аэродинамические весы.
- •8. Экспериментальная установка.
- •9. Определение поля скоростей в рабочей части аэродинамической трубы.
- •Лабораторная работа № 1. Методы и задачи аэродинамического эксперимента
1. Аэродинамические сила и момент. Системы координат
Рис. 1 Системы
координат
Наиболее часто в аэродинамике используются две системы координат: скоростная и связанная (рис.1), каждая из которых представляет собой декартову прямоугольную правую систему координат с началом в центре тяжести летательного аппарата (ЛА).
В скоростной системе координат ось оХа всегда считается направленной по скорости движения центра тяжести ЛА. Ось оYа находится в плоскости симметрии ЛА (в условиях горизонтального полета она направлена снизу вверх). Ось оZа образует правую систему координат. Как видно расположение осей скоростной системы координат не зависит от ориентировки ЛА. В аэродинамических трубах (АДТ) при испытаниях неподвижно установленных моделей имеют дело с обращенным движением: скорость потока направлена прямо противоположно скорости полета в реальных условиях. В связи с этим в лабораторной практике нашла применение поточная система координат, в которой ось ох направляется по скорости потока в АДТ. Таким образом, скоростная и поточная системы координат различаются направлением оси ох.
Связанная система координат считается жестко соединенной с ЛА и, следовательно, вместе с ним изменяет свое положение в пространстве. Ось оX направлена по продольной оси ЛА к его носовой части, ось оY располагается в плоскости симметрии и направлена в верхнюю часть ЛА, ось оZ - образует правую систему координат.
При переходе от одной системы координат к другой используют формулы преобразования координат.
Проекции вектора на оси координат (рис.1) имеют следующее название:
скоростная система координат охаyаzа : Xa - сила лобового сопротивления, Ya - подъемная сила, Za - боковая сила.
связанная система координат охyz : X (или Q) - продольная (осевая) сила, Y (или N) - нормальная сила и Z - поперечная сила.
Проекции вектора в обеих системах координат называются одинаково и отличаются только индексами:
Mxa и Mx - относительно продольной оси - момент крена;
Mya и My - относительно вертикальной оси - момент рысканья;
Mza и Mz - относительно поперечной оси - момент тангажа.
Ориентация тела относительно вектора скорости (связанной системы координат относительно скоростной) определяется следующими углами:
- углом атаки - углом между осью ox и проекцией вектора скорости на плоскость XoY (угол считается положительным, если продольная ось тела лежит выше вектора скорости центра тяжести);
- углом скольжения - углом между вектором скорости и плоскостью XoY (положительным угол считают, если проекция вектора скорости на ось oZ положительна).
В аэродинамике тел вращения положение вертикальной плоскости XoY связанной системы координат выбирают таким образом, чтобы она являлась не только плоскостью симметрии самого тела, но и при = 0 - плоскостью симметрии обтекающего тело потока. Тогда в этой плоскости располагаются и продольная ось тела ox, и вектор скорости . При таком выборе вертикальной плоскости в ней расположен вектор, а векторориентирован по нормали к ней. Движение тела вращения в скоростной системе координат определяется лобовым сопротивлением, подъемной силой и моментом тангажа; в связанной - продольной и нормальной силами и моментом тангажа.
Аэродинамическая сила и момент при движении тела в среде пропорциональны динамическому давлению (скоростному напору) , характерной площадиS и, кроме того, зависят от некоторых безразмерных коэффициентов, соответствующих форме данного тела и условиям его обтекания.
Так в скоростной системе координат
(1)
коэффициенты пропорциональности называются, соответственно, коэффициентами лобового сопротивления, подъемной силы и момента тангажа.
За характерную площадь S для самолета берут площадь крыльев, включая подфюзеляжную часть, для изолированного крыла или оперения – площадь крыла или оперения. Для элементов ЛА не создающих подъемную силу в качестве S берется площадь миделевого сечения (или миделя) – наибольшая площадь сечения тела плоскостью, перпендикулярной к направлению скорости невозмущенного потока при нулевом угле атаки. Чаще всего площадь миделя используют при определении лобового сопротивления. Обычно указывают, к каким характерным величинам отнесены коэффициенты силы и момента.