Аэродинамика и ее задачи
В пособии будут рассмотрены законы движения как общие для жидкостей и газов, так и особые, присущие только газу; законы силового взаимодействия газообразной среды с движущимся телом.
Эта область аэрогидромеханики имеет основное значение для авиации и ракетостроения, обязана этим отраслям техники своим современным развитием и называется аэродинамикой.
А
эродинамика
– наука
о законах силового взаимодействия
газообразной (обычно воздушной) среды
с движущимся в ней телом.
В аэродинамике ЛА рассматривается движение твердого или упругого тела в жидкой или газообразной среде. Можно указать некоторые наиболее важные вопросы проектирования и расчета ЛА, при которых применяются в качестве исходного материала результаты, полученные аэродинамикой:
Для расчета движения ЛА (определение скорости, высоты и дальности полета) и для определения летных качеств аппарата (устойчивости, маневренности) необходимо знание результирующих аэродинамических сил и моментов, к которым приводится силовое взаимодействие среды и аппарата при разных скоростях и направлениях его движения. Это одна из основных задач аэродинамики. Сюда входят вопросы определения лобового сопротивления, подъемной силы и аэродинамических моментов.
Вопросы расчета ЛА на прочность, вибрации и деформации выдвигают другую задачу. Для ее решения необходимо знать, как распределены аэродинамические силы по поверхности ЛА в разных случаях движения. Следует заметить, что для аэродинамических сил характерно неравномерное распределение.
При полете со скоростями, значительно большими скорости звука, поверхность ЛА подвергается существенному нагреву вследствие сжатия среды и ее трения. Знание величины этого нагрева необходимо как для расчета прочности и деформации ЛА, так и для проектирования устройств охлаждения и теплозащиты. В связи с этим возникает задача расчета поля температур на поверхности тела и теплоотдачи среды.
При проектировании ЛА возникает: а) задача выбора внешних форм ЛА и его частей, например, в зависимости от скорости движения ЛА (дозвуковая скорость – закругленная носовая часть, сверхзвуковая скорость – заостренная); б) задача наиболее рационального размещения и взаимного расположения частей ЛА. Дело в том, что всякая деталь, находящаяся в потоке, изменяет скорости, углы атаки, а следовательно, и аэродинамическую силу потока, набегающего на другие детали. Например, за крылом при больших углах атаки образуются как бы застойные области, и если хвостовое оперение расположено так, что оно при этом попадает в застойную область, то эффективность его сильно снижается.
При производстве ЛА обычно получаются отклонения их внешних форм и размеров от теоретических форм и размеров. Это является результатом погрешностей при изготовлении деталей и узлов, погрешностей сборочных приспособлений, погрешностей при отделке и покраске. Задачей аэродинамики здесь является установление допустимых отклонений для размеров, форм и состояния поверхности как отдельных частей, так и ЛА в целом.
В полете от действия аэродинамических сил на упругую конструкцию могут возникать вибрации и тряска ЛА в целом и его отдельных частей (флаттер, бафтинг и др.). Некоторые из этих вибраций могут привести к сбоям в работе систем автоматики, нарушению нормального функционирования отдельных узлов, повреждениям обшивки и в самом неблагоприятном случае даже к разрушению всего ЛА. Задача аэродинамики в данном случае состоит в том, чтобы установить запретные режимы полета, при которых имеют место вибрации, или разработать способы устранения вибрации и тряски.