Краснов Н.Ф. Аэродинамика. Часть I (1976) (1245221), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Условие линейности моментной характеристики обусловливает возможность использования при исследовании летных свойств апмаратав таких понятий, как фокус или нейтральная центровка (хг=хч, ), которые теряют свой смысл при нарушении этой линей- мости. Продольная балансировка.
Рассмотрим прямолинейньш полет с равномерной скоростью в продольной плоскости при условии, что летательный аппарат обладает достаточна высокой степенью статической устойчивости. При этом условии, как показывают исследования, можно не учитывать воздействие момента тангажа, вызванного вращением относительно поперечной аси, проходящей через центр масс.
Такой полет характеризуется равновесием моментов тангажа относительно той же поперечной оси, т. е. продольной балансировкой аппарата, при которой имеет место равенство т,=О: Значения с„о обычно весьма малы даже для несимметричных конфигураций (при малых бо и а) и точно равны нулю для аппаратов с осевой симметрией. Боковая статическая устойчивость Для анализа боковой устойчивости летательного аппарата требуется совместное рассмотрение характера изменения углов крена и скольжения при одновременном действии возмущающих моментов крена М„и рыскания М„.
Если после прекращения такого воздействия эти углы уменьшаются, стремясь к первоначальным значениям, то имеет место боковая статическая устойчивость. Таким образом, при исследовании боковой устойчивости следует, строго говоря, рассматривать одновременно изменение аэродинамических коэффициентов т„н т„Однако в большинстве практических случаев боковую устойчивость можно разделить на два более простых вида — поперечную статическую устойчивость (устойчивость крепа) и статичесчую устойчивость и у т и†и изучать нх отдельно, рассматривая изменение соответствующих коэффициентов моментов т ~у), т„~~) Рассмотрим поперечную статическу ю у сто йчи-- в о с т ь. Предположим, что при установившемся движении под углом атаки аа аппарат повернулся вокруг оси Ох~ на некоторый угол крепа у.
Этот поворот при неизменной ориентировке оси Ох~ относительно вектора скорости Г вызовет появление углов атаки а=а„сазу и скольжения Р~ааз1пу В свою очередь скольжение обусловливает появление момента крена, коэффициент которого т„=-т 8=т„а„яп у. Дифференцируя по у, получим т„=т„а Р а р 1 Производная т'„является мерой поперечной статической устойчивости. Если т1 с. О ~момент стремится ликвидировать крен), то аппарат обладает поперечной статической устойчивостью; при т~т) О образуется опрокидыва1ощий момент и имеет место попе ре ч ная с тат ич еск а я неу стой чи вость; в случае т„'=О аппарат нейтрален в отношении устойчивости крена.
Так как обычно полет происходит при положительных углах атаки, то знаки производных т и т„совпадают. Поэтому при 1 а аналнзе движения по крену можно пользоваться производной которую называют к о э ф ф и ц и е н т о м ( к л и с т еи ен ь ю) п о п е р е ч н о й с та ти ческ ой устойчивости Статическая устойчивость пути характеризуется коэффициентом ~степенью), определяемым производной дМ„~д~ ~нли дт„/дЗ=тр). Если величина тур< О, то аппарат обладает статичегкой устойчивостью пути; при т1 ~0 имеет место статическая неустойчивость. а в случае т~=Π— нейтральность.
Понятие устойчивости пути связано со свойством летательного аппарата устранять возникший угол скольжения р. В то же время собственно путевая устойчивость не выдерживается, так как анпарат, изменив под действием различных возмущений направление 47 амчкл оКЬ-1алрь.гп — Самолет своими рукамит1 движении, не возвратится к прежнему направлению, а, подобно флюгеру, повернется носовой частью в сторону нового вектора скорости Г По ана.1огии с фокусом па углу атаки можно ввести понятие фокуса по углу с кол ьжен ия Статическая устойчивость или неустойчивость пути зависят от взаимного положения этого фокуса н центра ыасс. Заднее расположение фокуса определяет статическую устойчивость пути, а переднее в статическую неустойчивость.
При их совмещении аппарат нейтрален в отношении ста. тической устойчивости пути. Характерный вид движения аппарата — равномерный полет без крена, Условием такого полета является бока ва я б а л а нсир о в к а, при которой момент рыскания равен нулю, т.
е. т„,+ т33+ т„ФВ~=О, ГдЕ 6,1 — УГОЛ ПОВарата руЛЕй НаПравлЕНИя. ОбЫЧНО ВСЕ ЛЕтатЕЛЬ- ные аппараты обладают симметрией в вертикальной пласкостп, поэтому т,о=О. При этом условии из полученного равенства определяется оалансировочный угол отклонения руля направления Цаа„, соответствующий заданным значениям балансировочного угла скольжения ~ба„. ~,б..= — ~т„'~т„~) Ь., (1 4.6) ф 1.5.
ОСНОВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА С БОЛЬШИМИ СКОРОСТЯМИ СЖИМВВМОСТЬ ГИЗИ Одним из важных свойств газа является его сжимаемость— способность изменять плотность под воздействием давления. Вс ° процессы, связанные с течением газа, характеризуются изменением давления и, следовательно, влиянием в той или иной степени на эти процессы свойства сжимаемости Исследования показывают, что, пока скорости малы, изменение плотности вследствие малых Изменений давления невелико и эффектом сжимаемости можно Вренебречь. Для исследования обтекания тел потоками с малыми скоростями можно принять уравнения гидродинамики, изучающеи законы движения несжимаемой жидкости. Практически влиянием сжимаемости можно пренебречь в диапазоне скоростей движения воздуха от нескольких метров в секунду до 100 †: 150 и/сек, что в реальных условиях соответствует числаы Маха ат М =Ь' (а =0 до М =-0,3 —: 0,45 ~а — скорость звука в невозмущенном патоке).
Идеализация процесса состоит в том. что и указанной областп скоростей число Маха принимается равным нулю, так как в несжимаемой среде малые возмущения (звуковые колебания) распространяются с бесконечно большой скоростью и, следовательно, отношение скорости полета к скорости звука будет стремиться к нулю. ммчкл оКЬ-1алрь.гп — Самолет своими рукамит1 Современным летательным аппаратам свойственны большие скорости полета, при которых обтекание сопровождается значительным изменением давления и, как следствие, существенным изменением плотности и температуры В условиях полета с большими скоростями необходимо учитывать влияние сжимаемасти на эффекты взаимодействия среды и тела, которое может быть весьма существенным.
В учете влияния сжнмаемасти газа на аэродинамические характеристики обтекаемых тел состоит одна из важнейших особенностей аэродинамики больших скоростей. Значительное увеличение скоростей летательных аппаратов привела к необходимости учитывать в аэродинамических исследованиях специфические особенности газовых течений, обусловленные изменением фнзико-химических свойств воздуха. Если в «обычной» сверхзвуковой аэродинамике учитывалось свойство сжичаемости как важнейшее проявление особенности течения с большими скоростями, а влиянием температуры на термодинамические параметры н кинетические коэффициенты воздуха, а также на физико- химические процессы, которые могут протекать в нем, пренебрегали, та прн очень больших (гиперзвукавых) скоростях на первое места выдвигаются особенности, связанные с влиянием высоких температур. Высокие температуры возникают вследствие торможения газового потока, при котором кинетическая энергия упорядоченного движения частиц переходит во внутреннюю энергию газа.
При температуре порядка 1500 К начинает играть заметную роль воз 6 уж де н не кале 6 а тел ь н ы х у ро в н е й внутренней энергии молекул кислорода и азота воздуха При температуре приблизительно 3000 К н давлении 1 птм калебательные степени свободы молекул кислорода оказываются полностью возбужденными н дальнейшее повышение температуры позволяет атомам преодолеть внутримолекулярные силы, в результате чего, например, двухатамная молекула распадается на два отдельных атома.
Такой процесс называется д и с с о ц н а ц н е й. Одновременно с диссоциацией происходит р е к о м б н н а ц и я — образование новой молекулы при столкновении двух атомов (0~.-~20). Эта реакция идет с выделением тепла, чта обуславливает столкновение двух атомов с третьей частицей, которая уносит с собой часть выделившейся энергии и тем самым обеспечивает создание устойчивой молекулы.
Кроме того, в воздухе происходят химические реакции, в результате которых возникает некоторое количество окиси азота ИО, также диссацннрую1цей при дальнейшем разогреве с образованием атомарного азота и кислорода по уравнениям И.,+О ~2ИО„И,+0~ ИО+М или И+0~ НО+О При температуре 5000 — 60ОО К и давлении 1 атм (1,013Х Х10' н~лР) молекулы кислорода почти полностью диссоцнираваны. Кроме тога, при такой температуре происходит диссоциация баль- 49 ммвб онЬ-1алрь.гп — Самолет свонин рукояти?! шей части молекул изота с одновременной рекомбинацией атомов в молекулы Этот процесс идет по уравнению М~ 2М. Интенсивность диссоцнации определяется степенью диссоциа ции, равной отношению числа распавшихся при диссоциация частиц воздуха к общему числу атомов и молекул. Степень диссоциацяи зависит от температуры и от давления.
С повышением температуры степень диссоциацин увеличивается, так как возрастают скорость и энергия движущихся молекул, что увеличивает вероятность их столкновения и распада. При этом интенсивность протекания диссоциации повышается с понижением лавлення (плотности) вследствие уменьшения вероятности тройных столкновений частиц, ведущих к образованию молекул из атомов. Например, кислород начинает диссоциировать уже при Т=2000 К, если давление равно О,ОО1 атм,.в то время как при нормальном атмосферном давлении диссоциация 02 начинается при Т= =3000 К Температура, при которой начинается диссоциация азота, понижается с 6000 К при давлении 1 атя« до 40ОО К при давлении 0,001 атм.
При температурах 5000 — 6000 К начинает развиваться еще один процесс, заключающийся в том, что вследствие большого притока энергии происходит сначала возбуждение электронных степеней свободы, а затем отрыв электронов от атомов азота и кислорода, а также от молекул окиси азота.
Указанный процесс называется и о н и з а ц и е й. Она происходит в основном в результате соударения частиц воздуха при их тепловом движении; поэтому такую ионизацию называют также т е р м о и о н и з а ц и е й. Процесс ионизация происходит более интенсивно по мере увеличения температуры и сопровождается, естественно, ростом концентрации свободных электронов. Интенсивность этого процесса характеризуется степенью ионизации, равной отношению числа ионизированных атомов (молекул) к их общему числу. Как показывают исследования, азот, например, полностью термически ионизирован (степень ионизации равна единице) при температуре 17ООО К н давлении 1 атм Изменение удельных теплоемкостей.
При разогреве воздуха подводимое к нему тепло расходуется не только на увеличение энергии поступательного н вращательного движения молекул, но и на увеличение энергии колебания атомов в молекуле, работу по преодолению сил взаимодействия между атомами при диссоциации молекулы, а также на отрыв электронов от атома прн ионизации Вследствие этого удельные теплоемкости возрастают.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
