книжечка (Аржаников Н.С., Садекова Г.С., 1983 - Аэродинамика летательных аппаратов)

Н.С. АРЖАНИКОВ Г. С. С'ЦЕКОВА АЭРОДИНАМИКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Допуигено тт1инистерством высшего и среднего специального ооразования СССР в качестве учебника для студентов авиационных специальностей вузов МОСКВА "ВЫСШАЯ ШКОЛА" 1983 ББК 22.253.3 А80 УДК 533.6 (Ог5.8) Рецензенты: кафедра аэродинамики Московского высшего технического учнлнша им. Н. Э.

Баумана (зав. кафедрой — д-р техн. наук, проф. Н. Ф. Краснов); заслуженный деятель науки и техники РСФСР, д-р техн. наук, проф. А. К. Мартынов (Центральный азрогидродинамический институт нм. проф. Н. Е. Жуковского) Аржаников Н. С., Садекова Г. С. А80 Азродннамика летательных аппаратов: Учебник для студентов авиационных специальностей вузов.

— М.: Выспь шк., 1083. — 359 с., ил. В пери 1 р. 10 к. В учебнике систематически изложены теоретические основы аэродинамики, а также методы определения аэродинамических характеристик современных летательных аппаратов и их частей (крыльев н корпусов) при дозвуковых, сверкзвуковык и гиперапукоаых скоростях полета. Приведены сведения об особенностях обтекания н аэродинамических характеристиках тел в разреженной среде. 3606030000 — 196 А 158 — 83 ББК 22.253.3 001(01) — 33 533 © Издательство «Высшая школа», 1983 НИКОЛАЙ СЕРГЕЕВИЧ АРЖАНИКОВ Предлагаемый вниманию читателей учебник обобщает и систематизирует материал лекционных курсов, на протяжении многих лет читавшихся Николаем Сергеевичем Аржаниковыл«студентам и аспирантам Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационного института им. Серго Орджоникидзе (МАИ).

Выдающийся педагог и крупный ученый Н. С. Аржаников начал свою научную деятельность в аспирантуре Московского государственного университета, а затем в Центральном аэрогидродинамическом институте им. Н. Е. Ж у к о в с к о г о (ЦАГИ) в конце 20-х годов под руководством крупнейших ученых-механиков нашей страны академиков С. А. Чаплыгина и А. е1.

Некрасова. Уже в то время им были опубликованы фундаментальные работы по обтеканию тел несжимаемой жидкостью, теории крыла с закрылком, получившие заслуженное признание научной общественности. Трудовая деятельность Н. С. Аржаникова началась в ЦАГИ и многие годы была связана с ним. В предвоенные годы он работал первым заместителем начальника этого ведущего научного центра отечественного авиастроения. Одновременно Н. С. Аржаников занимался педагогической работой, которую не оставлял до последних дней своей жизни. Им многое сделано для организации высшего инженерного образования в стране особенно для становления учебного процесса и научных исследований в МАИ, куда он пришел молодым профессором в год создания этого вуза (1930), где работал заведующим кафедрой, деканом самолетостроительного факультета, заместителем директора по учебно-научной работе. В памяти многих поколений выпускников МАИ Н.

С. Аржаников останется блестящим лектором, сочетавшим строгость и стройность изложения сложнейших вопросов теоретической аэродинамики с ясной их физической интерпретацией. Ему принадлежат ранее изданные учебники «Аэродинамика» (1952 и 1956 гг. совместно с В. Н. Мальцевым), «Аэродинамика больших скоростей» (1965 г. совместно с Г. С. Садековой), в которых на высоком научном и методическом уровне в сжатой форме, но с должной глубиной и широтой рассмотрены основные проблемы аэрогазодннамики. Этими учебниками и по сей день пользуются студенты авиационных специальностей вузов страны.

В послевоенные годы Н. С. Аржаннков руководит системой выс- ших технических учебных заведений сначала в авиационной промышленности, а затем в Министерстве высшего образования. Николай Сергеевич пользовался заслуженным авторитетом среди ученых страны. Его научная эрудиция и высокая общая культура ярко проявилась во время работы (начиная с 1956 г.) ученым секретарем — членом Президиума Комитета по ленинским и государственным премиям СССР в области науки и техники, где он работал рядом с такими выдающимися учеными нашей страны, как Л4.

В. Келдыи« и А. П. Александров. Коммунистическая партия и Советское правительство высоко оценили большую научно-педагогическую, общественную и организационную деятельность Н. С. Аржаникова, присвоив ему звание «Заслуженного деятеля науки РСФСР» и отметив многими высокими наградами Родины. Николай Сергеевич скончался 4 июня 1982 г., когда эта книга готовилась издательством к печати. Начальник ЦАГИ академик Г.

П. СВИЩЕВ Июнь 1982 г. ПРЕДИСЛОВИЕ Аэродинамика является одной из фундаментальных профилирующих дисциплин, необходимых специалистам, работающим в области авиационной и ракетно-космической техники. Она имеет важное значение и для ряда смежных наук. Данные аэродинамики широко используются при определении летно-технических характеристик летательного аппарата, исследовании его устойчивости и управляемости, расчете аппарата на прочность.

Без прочных и глубоких знаний аэродинамики невозможно стать квалифицированным инженером в области авиации, ракетостроения и космической техники. Важно прочно овладеть основами аэродинамики, достаточными и необходимыми для решения различных конкретных задач, связанных с полетом летательного аппарата. Настоящая книга является учебником по курсу <Аэродинамика летательных аппаратов». Основой учебника послужили лекции, читаемые авторами студентам Московского орденов Ленина и Октябрьской революции авиационного института им. С.

Орджоникидзе. В учебнике достаточно полно представлены как теоретические основы аэродинамики, так и прикладные вопросы аэродинамики современных летательных аппаратов (ЛА). Изложению теоретических основ аэродинамики в учебнике уделено особое внимание, так как без этого невозможно изучение и глубокое понимание аэродинамики ЛА, а в дальнейшем и творческое решение практических задач в этой области. В гл.

1 — 6 рассмотрены основные понятия и определения, теория вихревого движения, основные уравнения движения газа, вопросы аэродинамического подобия, теория скачков уплотнения и потенциальных течений. Последующие четыре главы (гл. 7 — 10) содержат теоретические основы обтекания и методы расчета аэродинамических характеристик крыльев бесконечного и конечного размаха, тел вращения при малых и больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Здесь наряду с аналитическими зависимостями аэродинамических характеристик, важных для понимания физической сущности явлений, представлены также некоторые результаты численных решений задач аэродинамики на ЭВМ.

Вопросы аэродинамики гиперзвуковых скоростей сведены в отдельную главу (гл. 11), в которой изложены важнейшие результаты ис- следований применительно к гиперзвуковым ЛА. В частности, здесь рассмотрена теория скачков уплотнения с учетом реальных свойств газа при высоких температурах, характерных для обтекания тел гиперзвуковым потоком. В гл. 12 в достаточно полном объеме описаны теория пограничного слоя и методы расчета сопротивления трения частей ЛА как прн малых, так и при больших скоростях полета.

В гл. 13 приведены аэродинамические характеристики ЛА при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях полета. Здесь изложены вопросы интерференции частей ЛА, а также его аэродинамические характеристики в продольном и боковом движениях. Особое внимание уделено пониманию физической сущности сложных явлений взаимодействия частей ЛА. Гл. 14 посвящена особенностям обтекания н аэродинамическим характеристикам простых тел в условиях разреженного газа.

Учебник написан в соответствии с программой курса по аэродинамике для студентов авиационных институтов. Материал в учебнике распределен следую;цим образом. Введение, гл. 2, 4 и 6 написаны Н. С. Аржаниковым, гл. 9 — !1, 13 и 14— Г. С. Сидековой, а гл. 1, 3, 5, ?, 8, 12 написаны совместно. Надеемся, что этот учебник позволит студентам творчески изучать вопросы аэродинамики ЛА и будет способствовать развитию у них навыков самостоятельной работы в этой области науки.

В работе над рукописью учтены ценные указания, полезные советы и предложения рецензентов — д-ра техн. наук, проф. А. К. Мартынова и сотрудников кафедры «Аэродинамика» Московского высшего технического училища им. Н. Э. Баумана, возглавляемой д-ром техн. наук, проф. Н. Ф. Красновым, которым приносим глубокое признание. О:обую благодарность выражаем научному редактору д-ру техн. наук, проф. Ю. А. Рыжову за большую помощь, оказанную при создании учебника. Замечания и советы читателей, которые позволят в дальнейшем улучшить содержание учебника, будут приняты также с благодарностью; их следует направлять по адресу: Москва, К-б?, Неглинная, 29/14, издательство «Высшая школа».

Авторы ВВЕДЕНИЕ Аэродинамика — наука, изучающая законы движения воздуха (газов), законы взаимодействия между воздушной средой и движущимся в ней твердым телом. Определение сил и моментов, действующих на твердое тело при его движении в воздушной среде — одна из основных задач аэродинамики. Аэродинамика является теоретической основой авиационной и ракетно-космической техники. При малых скоростях движения воздуха, когда малы и разности давления в различных точках потока, влиянием сжимаемости воздуха можно пренебречь, т. е. считать плотность воздуха постоянной величиной.

При этом законы движения воздуха и его взаимодействия с обтекаемыми телами совпадают с законами гидродинамики — науки о движении несжимаемой жидкости. Теоретические основы гидро- динамики были заложены Л. Эйлером и Д. Бернулл и. При течении воздуха или газа с большими скоростями, соизмеримыми со скоростью звука, влиянием сжимаемости нельзя пренебречь. Такое движение газа сопровождается большими изменениями давления, плотности и температуры. Поэтому законы движения воздуха (газа) с большими скоростями, изучаемые в аэродинамике больших скоростей (в газодинамике), отличны от законов движения несжимаемой жидкости.