Аэродинамика самолета, страница 2

Особенности перевернутого полета.Аэродинамические характеристики крыла в перевернутом полете.Кривые Жуковского для перевернутого полета.Устойчивость и управляемость самолета в перевернутом полете.Схема сил в горизонтальном перевернутом полете.Схема сил при подъеме в перевернутом полете.Схема сил при планировании в перевернутом полете.Обратный пилотаж (определение).Схема сил на правильном обратном вираже.Сравнение параметров обратного виража с параметрами прямого виража.Техника выполнения обратного виража на самолете.Схема сил на обратной петле.Расчет радиуса петли, скорости полета по траектории на петле, изменения перегрузки.Расчет начальной скорости ввода в петлю.Техника выполнения обратной петли.Управляемые и штопорные бочки и полубочки в вертикальной плоскости и техника их выполнения.Меры безопасности при выполнении нисходящих, восходящих бочек и штопорной бочки на нисходящейвертикали.

Характерные отклонения и ошибки.Колокол с прямого и обратного полета. Схема и взаимодействие сил в различных точках колокола.Начальная скорость, необходимая для выполнения колокола. Техника выполнения колокола.Поворот на вертикали. Схема сил на вводе в вертикаль и на повороте (в различных точках). Начальнаяскорость поворота на вертикали.Техника выполнения поворота на вертикали.Тема № 14. Дальность и продолжительность полетаВопросы:Основные понятия и определения: дальность и продолжительность полета самолета, техническая дальностьполета, практическая дальность полета, часовой расход топлива, километровый расход топлива.Влияние на дальность и продолжительность полета скорости полета и аэродинамики самолета, удельногорасхода топлива и коэффициента полезного действия винта, высоты полета, полетной массы, температурынаружного воздуха, выполнения полета строем, ветра.Практическое выполнение расчета дальности и продолжительности полета самолета для выполненияперелета и маршрутного полета.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА5ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХААТМОСФЕРА ЗЕМЛИРис.

1 Строение атмосферыАтмосферой называется газовая оболочка, окружающая земной шар. Газ, составляющий этуоболочку, называется воздухомВысота газовой оболочки Земли велика и составляет более 2000 км. Точно определить границуатмосферы трудно, так как переход от земной атмосферы к межпланетному пространству совершаетсяплавно и на больших высотах плотность воздуха очень мала. Можно только отметить, что в пределахоколоземного пространства до высоты 20 км находится около 95% всей массы атмосферного воздухаАтмосфера разделяется на тропосферу, стратосферу и ионосферу. Такое разделение основано нафизических свойствах этих слоев и характере их изменения с подъемом на высоту. Давление и плотностьвоздуха с увеличением высоты во всех трех слоях атмосферы уменьшается (Рис. 1)Рис.

2 Изменение температуры воздуха по высотам для стандартных условий средней широтыТропосферой называется нижний слой атмосферы. Толщина ее над полюсами 7 - 8 км, надэкватором 16 - 18 км, высота верхней границы изменяется в зависимости от характера поверхности Земли,атмосферных процессов, теплового состояния воздуха, а также от суточных и годовых изменений.Температура воздуха в тропосфере с подъемом на высоту падает (6,5° на каждые 1000 м), так как нагреввоздуха обусловливается основном отраженными от земной поверхности солнечными лучами. Изменениетемпературы воздуха с высотой приводит к перемещению воздушных масс, холодные верхние слоиопускаются, а теплые поднимаются.

Вследствие этого образуются облака, выпадают осадки, дуют ветры.Из-за перемещения воздушных масс состав воздуха тропосферы практически постоянен. В нем содержится78% азота, 21% кислорода и около 1% других газов (аргон, углекислый газ, водород, неон, гелий).Кроме указанных газов в тропосфере сосредоточен почти весь водяной пар, находящийся в непрерывномкругообороте (испарение - конденсация и кристаллизация с облакообразованием - осадки). В нижних слояхтропосферы множество различных примесей в виде мельчайших твердых частиц (пыль).

Содержание ввоздухе тропосферы водяного пара и пыли приводит к ухудшению видимости.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА6Стратосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушными слоями тропосферы. Вней наблюдается полное отсутствие облаков и наличие сильных ветров, дующих с большой скоростью и водном направлении. Вертикальные перемещения воздушных масс отсутствуют. В стратосфере с высоты: наэкваторе - 17 км, полюсе - 8 км, средней широте - 11 км и до высоты в среднем 25...30 км температурапостоянна и составляет -56°С.

С высоты 30 км и до 55 км температура воздуха повышается до +75°Свследствие повышенного содержания озона, который обладает способностью поглощать ультрафиолетовоеизлучение. С высоты 55 км и до 80 км температура воздуха понижается в среднем на 4°С на каждые 1000м из-за уменьшения процентного содержания озона в воздухе. На высоте 82...83 км температура воздухасоставляет -35°С (рис. 2).Ионосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушным слоем стратосферы. Высотыионосферы от 85 до 500 км. Из-за наличия в ионосфере огромного количества ионов (заряженных молекул иатомов атмосферных газов, движущихся с большими скоростями) ее воздух сильно нагревается.

Воздухионосферы также характеризуется высокой проводимостью, преломлением, отражением, поглощением иполяризацией радиоволн. В ионосфере из-за вышеуказанных свойств наблюдаются свечения ночного неба,полярные сияния, магнитные бури.ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХАТемпература - величина, характеризующая степень теплового состояния тела (газа) или скоростьхаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот).Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина.

За нульградусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° - температуру кипения водыпри атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст.Если известна температура воздуха у земли, то можно определить температуру воздуха втропосфере на любой высоте по формуле:tH=tO-6,5Н,где tн - температура воздуха на определяемой высоте;to - температура воздуха у земли;Н - заданная высота, км.Задача Температура воздуха у земли +10°С.

Определить температуру воздуха над данным участком земли навысоте 7 км. Решение Тн= 10-6,5*7= - 35,50 Температура воздуха на высоте 7 км равна -35,5°С.АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРАТемпература, отсчитываемая от абсолютного нуля по шкале Кельвина, называется абсолютнойтемпературой.За нуль Кельвинов (К) принята температура, при которой прекращается тепловое передвижениемолекул, она составляет-273° по шкале Цельсия (°С).

Если известна температура воздуха t по шкалеЦельсия, то абсолютную температуру можно найти по формуле:T=t+To,где То=-273К;t - температура воздуха по шкале Цельсия.Зная температуру воздуха у земли по шкале Цельсия, можно найти температуру воздуха наразличных высотах по формуле:T=273K+t-6,5H,где Т - температура на высоте Н, К;t - температура воздуха у земли, °С;Н - высота, км.Задача Температура воздуха по шкале Цельсия равна -7°. Определить температуру воздуха на высоте 4 км.Решение: Т=273+(-7)-6,5-4=240 К. Температура воздуха на высоте 4 км равна 240 К.ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХАДавление - это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней. Всякое тело,находящееся в неподвижном воздухе, испытывает со стороны последнего давление, одинаковое со всехАЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА7сторон (закон Паскаля).

Атмосферное давление объясняется тем, что воздух подобно всем другимвеществам обладает весом и притягивается землей.Атмосферным давлением называется давление, вызываемое весом вышележащих слоев воздуха иударами его хаотически движущихся молекул. За единицу давления принята техническая атмосфера (атм.) давление, равное одному килограмму силы на один квадратный сантиметр (кгс/см2). Давление обозначаетсябуквой Р, на уровне моря - Ро.По международной системе СИ давление измеряется в Паскалях, т. е. ньютонах на квадратныйметр (Н/м2).Барометрическое давление - это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба (мм рт.ст.). Обозначается буквой В, на уровне моря - Во.Стандартным барометрическим давлением называется давление на уровне моря в мм рт. ст.

Оно взависимости от температуры и влажности колеблется от 700 до 800 мм рт. ст. и в среднем равно 760 мм. рт.ст.Давление по международной системе единиц СИ определяемся по формуле:P=p,Sгде Р - давление, кгс/см2;р - сила, с которой давит 1 м3 воздуха;S - площадь, см2.Рис. 3 Манометр2Давление в 1 кгс/см равнозначно столбу ртути высотой 735,6 мм и называется техническойатмосферой. Перевод давления из размерности мм рт. ст. в кгс/см2 производится по формуле:P=B,735,6где В - барометрическое давление.В физике под барометрическим давлением 1 атм. подразумевается давление воздуха, равное 1,0332кгс/см2 или стандартному барометрическому давлению 760 мм рт. ст.При аэродинамических исследованиях часто приходится измерять разность давлений.

Для этогоиспользуются ртутные приборы - манометры (Рис. 3). Для определения очень малых разностей давленийприменяется чувствительный прибор - микроманометр, в котором используется жидкость более легкая, чемртуть. Принцип работы следующий: один конец трубки (например, правый) подсоединяется к пространствус атмосферным давлением, второй - к поверхности измеряемого участка (там, где давление больше илименьше атмосферного) допустим, что меньше. Уровень ртути в левом колене повысится, так как наповерхность ртути давит меньшее давление.

Разность уровней и покажет разность давления:h=Po-P1.ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХАПлотность воздуха - это количество воздуха, содержащегося в 1 м3 объема. В физике существуетпонятие двух видов плотности - весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуютсямассовой плотностью. Весовая плотность (удельный вес) воздуха - это вес воздуха в объеме 1 м3.Обозначается буквой γ.АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТАγ=8G,vгде γ - удельный вес, кгс/м3;G - вес воздуха, кгс;v - объем воздуха, м3.Вес воздуха G - величина непостоянная и изменяется в зависимости от географической широты исилы инерции, возникающей от вращения Земли вокруг своей оси.

На полюсах вес воздуха на 5% больше,чем на экваторе.Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление760 мм рт. ст., t=+15°С) весит 1,225 кгс, следовательно, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 объемавоздуха в этом случае равна γ=1,225 кгс/м3.Массовая плотность воздуха - это масса воздуха в объеме 1 м3. Обозначается греческой буквой р.Масса тела - величина постоянная. За единицу массы принята масса гири из иридистой платины,хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже.Согласно второму закону Ньютона определим, что масса воздуха равна его весу, деленному наускорение силы тяжести.т=G.gρ=т.vгде m -масса тела, кг с2/м.Массовая плотность воздуха (в кг с2/м4) равнаМассовая плотность и весовая плотность (удельный вес) воздуха связаны зависимостьюρ=v.gЗная это соотношение, легко определить, что массовая плотность воздуха при стандартныхатмосферных условиях равна:ρ=v 1,225== 0,1250кг ⋅ с 2 / м 4 .g9,8Изменения массовой и весовой плотности воздуха до высоты 5 км показаны в табл.

1.Таблица 1ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА ОТ ЕГО ТЕМПЕРАТУРЫ ИДАВЛЕНИЯПри изменении давления и температуры изменяется плотность воздуха. Плотность воздуха (вкгс⋅с м ) непосредственно не измеряется, а определяется по формуле:2 4ВТρ = 0,0473 ,где В - барометрическое давление, мм рт. ст.;АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА9Т-температура воздуха по шкале Кельвина.Согласно закону Бойля-Мариотта плотность воздуха будет тем больше, чем больше давление, асогласно закону Гей-Люссака плотность воздуха тем больше, чем меньше температура воздуха.

Объединивэти два закона для определения зависимости между плотностью, давлением и температурой воздуха,получим уравнение состояния газа (закон Бойля-Мариотта - Гей-Люссака)Pv=RT,где Р - давление, кгс/м ;2v - удельный объем, м/кг;R - газовая постоянная, кгс м/кг град или Дж/кгК (для воздуха равная 27,3).Задача 1 Определить массовую плотность воздуха на уровне моря, если барометрическое давление В =800 мм рт.ст., а температура воздуха t = - 23°C.Решение.ρ = 0,0473ВТ0,0473 ∗ 800= 0,151кгс ⋅ с 2 / м 4 ,273 − 23Массовая плотность больше стандартной, так как барометрическое давление больше стандартного, атемпература ниже стандартной.Таким образом, можно сделать заключение, что чем выше давление и ниже температура, тембольше плотность воздуха. Поэтому наибольшая плотность воздуха зимой в морозную погоду, анаименьшая летом в теплую погоду.