Краснов Н.Ф. Аэродинамика. Часть I (1976) (1245221), страница 3
Текст из файла (страница 3)
И. Седова «Методы подобия и размерности в механике», Аэродинамика является, образно выражаясь, многоотраслевой наукой. В соответствии с потребностью бурно развпвающейся авиационной и ракетно-космнчеокой техники в аэродинамике определилпсь более или менее четко выраженные основные научные направления н разделы, связанные с аэродинамическими исследованиями летательных аппаратов в целом и их отдельных конструктивных элементов, а также наиболее характерных видов газовых течений н процессов, сопровождающих обтекание.
Естественно, что всякая классификация аэродинамики в известной мере будет условной, так как все этп направления и разделы или, во всяком случае, часть из иих взаимосвязаны, Тем не менее такая «отраслевая» специализация аэродинамической науки представляет практический интерес. Рассмотрим некоторые характерные направления и разделы современной аэродинамики. Можно определить два основных наи авлення, по которым развивается современная аэродинамика.
ервое нз этих направлений представляет собой так называемую силовую аэродинамику, которая занимается решением задач, связанных с силовым воздействием среды, т е с нахождением распределения давления н напряжения трения по поверхности летательного аппарата, а также с определением рез~льтирующнх аэрод11намнческнх снл н моментов.
Получаемые данные использу1отся для пРочностных расчетов конструкции аппарата в целом и отдельных элементов, а также для определения его летных характеристнк. Второе направление вкл1очает проблемы а эро те Р мод нин а и н к н и а э роди я а м нческо го и а г р е в а — науки, мммгл оЫ>-1алрь.гп — Самолет своими рукомит1 объединяющей аэродинамику, термодинамику и теплопередачу и исследующей обтекание в связи с тепловы м вз а и м одейс т н и е и, В результате этих исследований находятся тепловые потоки от разогретого газа к стенке и определяется ее тсмпсратура.
Эти данные необходимы при расчете на прочность и проектировании охлаждающих устройств летательных аппаратов, Вместс с тем учет изменения свойств омывающего газа под влиянием высоких температур позволяет уточнять количественные критерцц силового воздействия как внсшнего потока, так и погранцчного слоя. Все эти проблемы имеют особо важное значение при очень больших скоростях полета, при которых тепловые пропессы протекают весьма интенсивно Однако решение таких проблем ещс более усложняется, так как связано с необходпмостью учитывать химические процессы, происходящие в газе, а такжс влияние химического взаимодействия между газообразной средой и материалом стенки. Если иметь в виду диапазон скоростей движения летательных аппаратов от малых дозвуковых до очень больших сверхзвуковых.
то, как уже указывалась, можно выделить следующие основные разделы в науке об исследовании обтекания: азродцнамика несжимаемой жидкости, или гидродинамика (число Маха обтекающего потока М=0), и аэродинамика больших скоростей. Последняя в свою очередь подразделяется на аэродинамику доз в уковых (М~1) и околозвуковых (трансзву ко вых, М=1) скоростей, а также а э р о д и н а м и к у с в е р х з в у к о в ы х (М)1) и гнперзвуковых (МЗь1) течений. Необходимо подчеркнуть, что в каждом нз этих разделов исследуются процессы обтекания, которые характеризуются некоторыми специфическими особенностями, свойственными потокам с указанными числами Маха.
По этой причине исследования таких потоков могут базироваться на различной математической основе. Аэродинамические исследования основыва ются, как известно нз предыдущего, на разделении потока окало обтекаемых тел на два вида движения: свободное (внешнее) невязкое течение и пограничный слой. Каждому виду движения посвящается самостоятельный раздел аэродинамики, а именно свободному течению— аэродинамика невязкой (идеальной) жидкости, пограничному слою — а э р ад и н а м и к а п о г р а н и ч н о г о слоя. А з р од и н а ми к а идеальной с р е д ы исследует распределение невязких параметров при обтекании, которые рассматриваются как параметры на внешней границе пограничного слоя и являются, следовательно, граничными условнямц для решений дифференциальных уравнений этого слоя К невязкнм параметрам относится давление, зная распределение которого можно найти соответствующие суммарные силы и моменты. Аэродинамика идеальной среды базируется на фундаментальных уравнениях Эйлера.
А эр од н н а м и ка и о г р а н и ч ного слоя — один пз наиболее широких и развитых разделов науки а движении жидкости 1О ямал оЫ)-$алрь.гп — Свмолст своими руквмиЯ и газа. Решение задач о движении в пограничном слое дает возможность найти распределение касательных напряжений и, следовательно, суммарных аэродинамических сил и моментов от трения, а также позволяет рассчитать теплоперсдачу от разогретого омывающего газа к стенке При этом выводы теории пограничного слоя могут быть использованы также для корректировки решения о невязком обтекании, в частности для нахождения поправки к распределению давления, обусловленной влиянием пограничного слоя. Современная теория пограничного слоя базируется на фундаментальных исследованиях Л.
Навье. Д. Стокса, О. Рейнольдса, Л. Праидтля, Т. Кармана Существенный вклад в развитие теории .пограничного слоя внесли советские ученые. Акад, А. А. ДородниЦЫнЫМ СоЗДаНа СтРОйиаЯ ТЕОРИЯ ааГРанИЧНОГО СЛОЯ В СжиМаЕМОМ газе. Проф. Л. Г. Лойцянским разработан эффективный метод РасЧЕта ПОГРаННЧнаГО СЛОЯ На кРИВОЛИНЕйиай павЕРХНОСтн. В аэродинамических исследованиях при небольших скоростях полета необязательно учитывать тепловые процессы в пограничном слое из-за нх малой интенсивности Однако при больших ско. ростях становится уже необходимым учитывать теплопередачу и влияние на трение высоких температур пограничного слоя.
Естественно, чта решению подобных задач, особенно в последнее время, уделяется большое внимание. В Советоком Союзе профессора Л, Е. Калихман, И. А. Кибель, В. И. Иевлев и другие разрабатывают газадинамическую теорию теплопередачи, исследуя вязкое обижанпе различных тел при высоких температурах пограничного слоя. Подобные задачи решаются также рядом зарубежных учеяых. При гиперзвуковых скоростях обтекания возникают не только проблемы аэродинамического нагрева. Тот факт, что при таких скоростях вследствие высоких температур происходит ионизация и газ становится электропроводным, вызывает новые проблемы, связанные с управлением потоком плазмы при помощи магнитного поля. Соответствующий аэродинамический расчет должен учитывать в формирования процессов взаимодействия движущегося тела С ПЛаЗМай Наряду С ГаэадИНаМИЧССКПмн таКжЕ ЭЛЕКтраМаГНИтнь|е сильк Этп проблемы изучаются в магнита аэради нами ке.
Исследованием движения жидкостей и газов в соответствии с изложенной выше гипотезой сплошпости занимается специальный раздел аэродинамики — аэродинамика сплошных сред Однако необходимо отметить что эта гипотеза действительна лишь для условий полета на небольших высотах, т. е. в достаточно плотных слоях атмосферы, где средняя длина свободного пробега молекул воздуха мала. На больших высотах в условиях сильно раз. реженной атмосферы эта длина пробега молекул становится весьма значительной н воздух уже нельзя рассматривать мак сплош- НУЮ Срсду.
ПазтаМу будут НЕдЕйетантЕЛЬИЫ вЫВОЛЫ аЭрадниаМИКИ сплошных сред. ямал оЫ)-$алрь:гп — Сомолст своими рукомит1 Взаимодействие разреженной среды с движущимся в ней телом изучает особый раздел аэроднна мики — а э р о д н н а и и к а р а з р е ж е н н о й с р е д ы. Быстрое развитие этой нау кп за последние годы вызвано прогрессом космических исследований при помощи искусственных спутников Земли и ракетно-космических летательных аппаратов, а также ракетных систем различных типов (баллистические, межконтинентальные, глобальные ракеты и др ), совершающих околоземные полеты на очень больших высотах. Условия обтекания, а следовательно, и аэродинамические характеристики летательных аппаратов будут различными в зависимости от того, как нзменяются в фиксированных точках омываемой поверхности параметры газа Широкий класс задач обтекания.
ймеющих практическое значение, может решаться, как уже отмечалось. в рамках стацнонарнои аэродинамики, предполагающей, что в ~казанных точках параметры не зависят ат врсменн. Однако при исследовании устойчивости полета становится необходимым учитывать нестационарный характер обтекания, обусловленный неравномерностью скорости полета, колебанием илн вращением летате чьного аппарата, так как в этих условиях характерным свойством омывающего потока будет локальное изменение его параметров са временем. Исследование такого характера обтекания относится к песта пиона р ной а э родин а и яке. Мы рассмотрели классификацию современной аэродинамики по видам газовых течений.
Прн этом, очевидно, в границах каждого указанного раздела аэродинамики исследование обтекания ведут применительно к различным формам летательных аппаратов или их составных частей. Наряду с такай класснфикапней аредставляет интерес рассмотреть разделы современной аэродинамики, для которых определяющей была бы форма летательного аппарата илн ега отдельных конструктивных элементов. Па своей аэродинамической схеме современный летательнь|й аппарат в обобщенном виде представляет собой комбинацию из корпуса (фюзеляжа), крыльев, оперения н рулей, Прн проведении аэродинамических расчетов таких комбинаций должны быть учтены эффекты аэродинамической н нтерф ер е н ци и— аэродинамического взаимодействия между всеми указанными элементами летательного аппарата.
В соответствии с этим, в частности, суммарные аэродинамические характеристики, такие, как подъемная сила, лобовое сопротивление илн момент, могут быть вычислены в виде суммы аналогичных характеристик изолированных корпуса, крыльев, оперения и рулей с внесением в нее поправок, обусловленных выказанным взаимодействием. Таким образом, данная схема аэродинамического расчета пред. полагает знание аэродинамических характеристик отдельных составных частей летательного аппарата. Аэродинамический расчет несущих поверхностей крыльев составляет предмет спеииального раздела аэродинамической науки — аэродинамики крыльев. Основоположниками аэродинамической теории крь|ла по праву считаются великие русские 12 ммм л оКЬ-1алрь.гп — Самолет своими рукнмит! ученые-механики Н Е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
