Нелинейная теория крыла и ее приложения (Аубакиров Т.О., Белоцерковский С.М., Желанников А.И., 1997 - Нелинейная теория крыла и ее приложения), страница 2

Е. Жуковского 11.1 — 1З], С. Л. Чаплыги ив 11.4 — 1.6], Прандтля 11. 7-1. 10], Кутта ]! . 15 — 1.17] и Кармана 11.1 1, 1.12] па много десятилетий вперед предопределили пути развития аэродинамики. Доказав теорему о подъемной силе крыла, Н. Е. Жуковский 113] впервые дал разьяснение механизма образования подьсмной сильк Он показал, что подьсмная сила при безотрывиом обтекании в стационар!к>м потоке идеальной жидкости возникает благодаря появлсншо циркуляции скорости по замкнутому контуру, охватывающему сечение тела.

1акпм образом был разъяснен и парадокс Эйлера — Даламбера О равен- стае нулю реакции потока идеальной несжимаемой жидкости на тело прн его установившемся прямолинейном движении. Эта реакция действительно отсутствует„если указанная циркуляция равна пулю. И. Е. Жуковский установил возможность изучения несущих свойств крыльев в идеальной среде путем построения неоднозначных потенциальных течений. Важную роль в создании современных вычислительных методов сыграло также введенное им понятие о присоединенных вихрях. Второй принципиальный вопрос в теории крыла — механизм возникновения циркуляционного течения. Еще в 1894 г. Н. Е. Жуковский 11.

2], решая задачу обтекания клина пдеавьпььм погоном, в котором движется вихрь, использовал условис о конечности скорости на острие Ог редахгара клина. В )902 г. Кутта !1.15! применил аналогичное условие в задаче обтскаиия дужки круга иогоком, иараллсльигим ес хорхе. Большой вклей в понимание того, что в ийсальиой срейс нужно строить модели тсчеиия, пе приводящие к бесконечным скоростям и разрежениям, внес С. А.

Чаилыгии [1.4, 1.5~. Ои обратил аиимаиис иа то, что ири установившемся движении бесконечно тапкой дужки удается ликшщировч гь бесконечную скоросп„вообще говоры, или на исрелией, или иа залией кромке. '1тобы вьигги из этого затрудиеиия, Н. В. Жуковский и С. А. Чаильи ни помещали иа исрсдисй кромке неболыиой круглый иасахок. Оии пришли к глубокому ионимгиппо гипотезы о конечности скорости иа зайпей кромке крыла и стали широко применять сс в задачах теории крыла для опрехслеииой величины циркуле!ии.

! 1а осиовс фундаментальных работ Н. Г. Жуковского и С. А. Чаилыьзша в ншисй стране появился целый цикл исслейонаиий ио теории к1зыла. Мировая война 1914 г. ирсраала иа ряд лет иаучиыс связи с зарубежными учеными, и развитие теории крыла в России и Германии в тс голы шло измироааипо. В настоящее время ироблсма развития новых подходов к изучсншо нелинейных характеристик и огрывиых теченийй иа базе иясальиой среды нионь нстала в центре аиимаиия многих ученых. 1П прокос внедрение ЭВМ, появление полого метода исслеяоваиия — численного зксисримсига — гл крыли большие возможности а этой облас ги, дали мощный импульс для создания новых и соасригсиствоваиия старых схем 12.2, 2.8-2 11, 2.14, 2.15„2.

!8, 2.22-2.25, 2.28, 2.3, 2.2'Ц. В лаииой книге развиваются методы, связаииыс с численным экспериментированием иа колшыотсрах. Их особсииосгь зак~иочастся в том, что изучается весь ироцесс форьшроваиия течения, а ис та~ько ирсдсльиый режим. Молель точения строится иа основе ийсальиой среды, причем использу[отся только условия, имскяцие ясный физический смысл (о нсирагекаиии поверхности тела и конечности скоростей и давлений ио асом пространстве). Чтобы обеспечить выиышеиие иослейпего требования иа всех острых кромках и изломах несущей поверхности !гипотеза Чаилыгииа— Жуконскгн о), в обгцем случае допускается сход и этих местах свободных вихрей. Задача формулируется и реишется иа осиоис дискретиых р! раааа тора и рю[ставлсиий по координатам и во времени.

Указанный нсстационарный подход отражает сал! физический процесс формирования структурь! обтекания, что очень важно в численном эксиернмеэпе. Ои хорошо увязан с возлюжностямн и особенностями комиькэтерои. И наконец, дискретная манера содержит более широкие и гнбкис возможности ирн описании таких тече>шй, в которых вихревые поверхности теряют устойчивость и образуют течения типа дорожек Карл!ива 12.8, 2241.

И зучаэотся красные задачи для бесконечно тонких крыльев н их систем, описываемые лиисйиыл! уравнением исразрывиосээ! и ислниейпьнш граничными условиями (иа поверхности тела и иа' иеизвесгиых поверхностях таигенциальиых разрывов). Это позволяст строить рси!синс с помощью метода дискрстиь!х вихрей (МДВ), !клас скоростей которых автоматически удовлетворяет ург!виеиик! неразрывности. Вихревые модели несущих поверхностей конструируэотся с использованием теоремы о сохранении циркуляц>ш. Свободные вихри движутся вмс тс с жидкими частицами, что аптолиггически обеспечивает выпгиисиис динамического условия о непрерывное и! давления иа вихревом слслс.

Остается удовлетвори и трсбовашио о исн1эагекаиии поверхиос ги тел в и постулату '1вплыгииа — Жуковского (требованию о конечности скоростей) иа кромках. Принципиальная иросгага метода позво;шла быстро получить лшого эффективиьэх решений на ЭВМ средней производительности. Это объясняется и тем, что, решая задачу, ирнюдптся следи гь ие за каждой частицей ! пза, как и общем случае, а тгли,ко зи ир!юосдиисииыми и свободиь!ми вихрями. Эта юпи а является свидетельством и рсзультатол! влияния идей осишюиоложнпгиа аэродинамики и вихревых методов 11. Г.

Жуковского и л . Л. Чаиэи.и !иш. 1см из аэ1эодииалиэков, кому довелось уэнэться у их у шпиков и носледлэватслс!! — В. В. Голуб!свв и В. 11. 10рьсва — и и1нэлоо!жиз ь их дело, особенно поня и!о, как важно сохранять и развивать в современных условиях их научное и иралствсииос наследие. 111эи сознании паогоЯЩей книги автоРы стРсмилисьэ слсДУЯ пРимеРУ 11. 1:.

Жуковского, востро!пь тсори!о„которая сможет ответ!гав иа ирак'ш'юскив запросы авиации. Таковой сгала компьютерная технология, вэ! ! ! МДВ. У4 От редактора Основные положения этого численного метода формировались в начале 50-х гг. К 1955 г. удалось завершить первый этап исследований и пристушпь к систематическому изучению стационарного и несгационарного обтекания основных несущих тюверхностей — монопланных, кольцевых, крестообразных и решетчатых крыльев на умеренных углах атаки, что было обобщено в работе [1.16].

Далее на этой основе появились статьи [3. 5 — 3.10], первые атласы и монографии [23 — 2.7, 3,12], одна нз которых была переведена в США [2.3]. Следующий шаг — переход к большим углам атаки — был сделан в 1968 г. [3.11]. За пим последовал большой цикл работ и публикаций [3.13 — 3.24], который через 10 лет завершился выходом в свет монографии [2.8]. Исследования в данной области проводятся главным образом в Центральном аэродинамическом институте нм. Н.

Е. Жуковского (ЦАГИ) и Военно-воздушной академии им. Н. Г. Жуковского (ВВИА). На протяжении нескольких десятилетий, с начала 1959 г., неформальным органом, объединившим эти и другие коллективы, работающие в указанной области, был и остается научный семинар „Вихревая компьютерная л~еханика жидкостей и газов и ес приложения" при Научно-ме-' мориальном музее Н. Е. Жуковского. Таким образом, идеи, традиции и имя Николая Егоровича объединяют его последователей, а кризисное состояние отечественной науки и авиации вызывает повышенное чувство ответственности за сохранение и развитие его славных традиций.

Большая роль в развитии и пропаганде идей Н. Г. Жуковского и С. А. Чаплыгина принадлежит нх ученику В. В. Голубеву [2.16, 2.23]. Много лет он возглавлял кафедру аэродинамики в Московском государственном университете и кафедру высшей математики в ВВИА. Один из ближайших учеников Н. Е, Жуковского Б. Н. 10рьев участвовал в создании ВВИА и кафедры аэродинамики, около четверти века руководил кафедрой, а с 1942 по 1948 г. был заместителем начальника академии по научной н учебной работе.

Кроме того, он был одним из организаторов Московского авиационного института (МАИ), в котором с 1930 по 1940 г. вел преподавательскую работу. Более 20 лет кафедру Б. Н. 1Орьева возглавлял М. И. Ништ, на смену которому пришел А, И. Желаиников. А автору этих строк довелось бт релакгора пройти и далее по пути Б. Н. Юрьева в ВВИА: с должности начальника сго кафедры в 19б5 г.

я был назначен заместителем начальника академии. В настоящей юшге обобщено главное, что удалось сделать на базе МДВ к настоящему времени по теории крыла н ее приложениям. Появилась большая область аэродинамики н гидродинамикн, в которой существенная роль принадлежит влиянию вихревых следов и границ, Это привело к формнрованиго нового раздела механики сплошных сред— вихревой аэродинамики, причем МДВ стал эффективным средством создания компьютерных методов решения возникающих здесь фундаментальных и прикладных проблем. Таким образом, данная монография является второй, вслед за работой [2.141, которая продолжает серию книг под общим названием „Вихревая компьютерная механика жидкостей и газов". Потребовалось много времени, чтобы зго направление обрело права гражданства.

Помогло то, что, несмотря на все трудности, семинар функционирует уже почти четыре десятилетия. Причина видится в том, что нравственные принципы и научная методология „отца русской авивцин" определили наши подходы к решению современных проблем. Семинар, ныне ставший международным, объединяет липей разных специальностей и взглядов (ученых, инженеров, летчиков, космонавтов), прошедших через различные системы образования (МГУ, МФГИ, ВВИА„МАИ н дР,), При создании эффективной компьютерной технологии выявилась интересная особенность: нередко исследователь-праитик, опираясь на понимание существа проблемы, быстрее приюдит к ее решешпо, чем математик, трактующий задачи более формально.