05.07.01 — Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

В основу настоящей программы положены следующие дисциплины: механикажидкости, газа и плазмы; дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые течения газа;физико-химические процессы в газах; теоретическая механика; теория горения,теплопередачи и теплозащиты летательных аппаратов; теория вероятности иматематическая статистика; методы расчета аэродинамических характеристик ипринципы конструирования летательных аппаратов; лабораторное и численноемоделирование процессов обтекания.1.

ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ АЭРОДИНАМИКИ1.1. Силовое воздействие среды на движущиеся тела. Основные понятия,определения, гипотезы. Движение летательных аппаратов (ЛА) в сплошной среде,силовое воздействие среды. Основные параметры газа, характеризующие егосостояние. Сжимаемость газа. Вязкость. Гипотеза сплошности. Главный вектораэродинамических сил, момента, понятие о центре давления. Общее выражение дляаэродинамической силы (теория размерностей и подобия), аэродинамическихкоэффициентов сил и моментов.

Критерии подобия. Числа М и Re. Напряжениетрения. Гипотезы турбулентности. Общая характеристика аэродинамическихкоэффициентов.1.2. Основные уравнения сохранения аэродинамики. Методы исследованиядвижения газа. Методы Лагранжа, Эйлера. Понятие линии тока и траекториидвижения. Движение жидкой частицы. Потенциальное и вихревое течения. ТеоремаГельмгольца. Основные уравнения аэродинамики. Исследуемая система физическихтел.

Модели жидкости (газа). Уравнения неразрывности для i-й компоненты газа (длясмеси). Интегральная и дифференциальная формы записи. Уравнение Навье—Стокса.Дифференциальные уравнения движения невязкой жидкости (уравнения Эйлера).Уравнения энергии для конечного и бесконечно малого объемов. Удельная энергиявдоль линии тока для невязкой жидкости в условиях адиабатического течения.Обобщенная форма записи уравнений сохранения аэрогазодинамики.

Уравнениесостояния совершенного и реального газа. Интегралы уравнения движения. Системаосновных уравнений. Начальные и граничные условия. Современные численныеметоды решения уравнений Эйлера, Навье—Стокса и их асимптотических моделей.1.3. Одномерное изэнтропическое установившееся течение газа. Распределениемалых возмущений в газовой среде.

Соотношение между скоростью течения газа иплощадью сечения. Параметры газа при изэнтропическом течении. Относительныескорости (М, l , Cr) и их взаимосвязь. Критические значения параметров. Влияниесжимаемости на давление торможения. Газодинамические функции.1.4. Теория скачков уплотнения. Природа ударных волн—скачков уплотнения.Схемы расчета параметров потока на скачке уплотнения. Теория прямого скачкауплотнения.

Система основных уравнений для случая постоянных теплоемкостей.Расчет параметров газа после скачка уплотнения. Процессы ударного иизэнтропического сжатия. Изменение энтропии на скачке уплотнения. Параметрыторможения за прямым скачком уплотнения.

Теория косого скачка уплотнения(постоянные теплоемкости). Система основных уравнений. Угол наклона фронтаскачка уплотнения. Скорость, давление, плотность, температура за скачкомуплотнения. Ударная поляра. Система уравнений и алгоритм расчета параметровпотока за скачком уплотнения с учетом физико-химических превращений. Влияниефизико-химических превращений в газе на параметры течения за скачкомуплотнения.

Отражение скачков уплотнения от твердой и свободной границ.Взаимодействие скачков уплотнения. Взаимодействие скачков уплотнения с волнойразряжения.1.5. Методы характеристик и линеаризации. Основное кинематическоеуравнение аэродинамики и методы его решения. Метод характеристик. Задача Коши.Характеристики в плоскостях потока и годографа скорости. Свойства характеристик.Решение уравнений характеристик в плоскости годографа скорости. Типичные задачирешаемые методом характеристик. Численное и графическое решение задач.Обтекание сверхзвуковым потоком изломов поверхностей (течение Прандтля—Майера).Теория малых возмущений.

Линеаризация основных уравнений динамикиидеального газа. Решения линеаризованных уравнений газовой динамики.1.6. Вихревое и потенциальное движение идеальной несжимаемой среды.Вихревые движения в идеальной сплошной среде. Понятие о циркуляции скорости.Теорема Стокса. Теорема Кельвина. Теорема Гельмгольца. Определение поляскоростей по заданному полю вихрей. Обобщение поля Био-Савара. Скорости,индуцированные вихрем (отрезком вихревого шнура, вихревым кольцом).Взаимодействие вихря с движущейся средой.

Плоское потенциальное движениеидеальной несжимаемой среды.Метод потенциальных потоков. Комплексный потенциал и комплекснаяскорость. Связь плоской и гидродинамической задачи с теорией функцийкомплексного переменного. Простейшие плоские потенциальные потоки(прямолинейный равномерный поток, течение внутри прямого угла, источник и сток,диполь, вихрь). Бесциркуляционное и циркуляционное обтекания круглого цилиндра.Парадокс Эйлера—Даламбера. Силы и моменты, действующие на цилиндрправильной формы. Формулы Жуковского—Чаплыгина.1.7.

Пограничный слой. Дифференциальное уравнение ламинарногопограничного слоя. Ламинарный пограничный слой на плоской пластине внесжимаемом потоке и при больших скоростях. Ламинарный пограничный слой приградиенте давления. Слабое и сильное взаимодействие. Учет эффектов второгопорядка. Приближенные методы расчета ламинарного пограничного слоя. Переходламинарного пограничного слоя в турбулентный. Турбулентный пограничный слой.Уравнения осредненного турбулентного пограничного слоя. Напряжение Рейнольдса.Модели турбулентности.

Отрыв ламинарного и турбулентного слоя. Методыэкспериментального исследования перехода и отрыва.1.8. Аэродинамика гиперзвуковых скоростей и разреженного газа. Общиесвойства гиперзвуковых течений. Гиперзвуковая теория малых возмущений.Гиперзвуковая теория Ньютона—Буземана. Влияние физико-химических процессовна обтекание затупленных тел сверхзвуковым и гиперзвуковым потоками. Понятиеравновесных, неравновесных и «замороженных» течений. Характерные особенноститечений слабо разреженного газа.

Свободномолекулярное обтекание тел. ЧислоКнудсена. Модели взаимодействия свободномолекулярного потока с летательнымаппаратом.2. АЭРОДИНАМИКА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ2.1. Аэродинамика крыла. Профиль и крыло конечного размаха в потокенесжимаемой жидкости. Теория тонкого профиля. Аэродинамические характеристикипрофилей. Крыло конечного размаха в потоке несжимаемой жидкости. Теориявихревой несущей нити. Теория несущей поверхности. Расчет аэродинамическиххарактеристик при больших углах атаки.

Особенности распределения нагрузки накрыльях разной формы в плане. Теоретические и экспериментальные исследованиятонких крыльев малого удлинения при больших углах атаки с учетом отрыва потока.Профиль и крыло в дозвуковом потоке сжимаемого газа. Линейная теориякрыла. Связь между аэродинамическими характеристиками крыла в сжимаемом инесжимаемом потоках.Профиль и крыло при околозвуковой скорости. Критическое число Маха.Законы подобия при околозвуковых течениях. Аэродинамические характеристикипрофилей и крыльев при околозвуковых скоростях.Профиль и крыло в сверхзвуковом потоке.

Тонкая пластина в сверхзвуковомпотоке. Линейная теория тонкого профиля и крыла конечного размаха всверхзвуковом потоке. Метод особенностей. Тонкий профиль в гиперзвуковомпотоке. Аэродинамические характеристики крыльев при сверхзвуковой скорости.Аэродинамические характеристики крыльев и оперений с отклоненнымирулевыми поверхностями. Аэродинамические характеристики крыльев смеханизацией. Влияние формы крыла на эффективность механизации.Аэродинамические характеристики оперения при отклоненных рулях. Шарнирныемоменты рулевых поверхностей.2.2. Аэродинамика корпуса летательного аппарата.

Корпус летательногоаппарата при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Аэродинамическиехарактеристики корпусов при дозвуковой скорости. Обтекание при околозвуковойскорости. Критическое число Маха. Аэродинамические характеристики корпусов приоколозвуковой скорости. Конус в сверхзвуковом потоке. Затупленный конус всверхзвуковом потоке. Заостренное тело в сверхзвуковом потоке. Затупленное теловращения в сверхзвуковом потоке. Аэродинамические характеристики корпусов имотогондол с воздухозаборниками. Обтекание затупленных тел гиперзвуковымпотоком.

Влияние свойств реального газа на аэродинамические характеристики телпри гиперзвуковой скорости.2.3.Аэродинамическаяинтерференция.Природааэродинамическойинтерференции. Подъемная сила комбинации корпуса и крыла. Влияние угла крена наинтерференцию между корпусом и крылом. Крестообразная комбинация.Интерференция между крылом и оперением. Органы управления. Аэродинамическийрасчет рулей.Аэродинамические характеристики летательного аппарата. Подъемная сила,лобовое сопротивление.

Поляры первого и второго рода. Моменты тангажа ирыскания. Момент крена. Аэродинамические характеристики летательного аппаратасо взлетно-посадочной механизацией. Влияние земли.2.4. Аэродинамические характеристики несущих винтов вертолета ипропеллеров. Несущий винт в режимах вертикального взлета и снижения. Режимвихревого кольца. Самовращение.