книжечка (Аржаников Н.С., Садекова Г.С., 1983 - Аэродинамика летательных аппаратов), страница 2

Аэродинамика больших скоростей (газодиномика) — раздел аэродинамики, в котором изучаются законы движения газа (воздуха) при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях, законы взаимодействия между воздушной средой и телом, движущимся в ней с большой дозвуковой и сверхзвуковой скоростями. Применительно к летательным аппаратам газодинамика стала интенсивно развиваться в начале 40-х годов в связи с созданием и совершенствованием сверхзвуковых летательных аппаратов. В дальнейшем успехи, достигнутые в создании мощных ракетных двигателей, позволили увеличить скорости полета летательных аппаратов до космических — первой космической скорости, приблизительно равной 8 км/с, и второй косми.еской скорости — 11,2 км/с.

В связи с потребностями ракетной и космической техники, наряду с газодинамикой умеренных сверхзвуковых скоростей, бурное развитие получила аэродинамика больших сверхзвуковых (гилерзвуковых) с коростей. При полетах космических аппаратов на очень больших высотах, т. е. в условиях разреженной атмосферы, воздух нельзя рассматривать как сплошную среду. При этом нужно учитывать молекулярно- кинетическую структуру газа, что составляет основу аэродинамики разреженнык газов. Таким образом, по диапазону скоростей (чисел М) и высот полета можно выделить следующие разделы аэродинамики: аэродинамика несжимаемой среды, аэродинамика больших скоростей (газодинамика), аэродинамика гиперзвуковых скоростей и аэродинамика разреженных газов.

При аэродинамических исследованиях широко используется принцип обращения движения, в соответствии с которым вместо движущегося с постоянной скоростью в неподвижной среде тела рассматривают обтекание неподвижного тела потоком со скоростью, равной скорости движения тела. Прием обращения движения следует из общего принципа относительности, применяемого к системе среда — тело, согласно которому обращение движения не влияет на действующие на тело аэродинамические силы и моменты.

При изучении обтекания тел потоком обычно рассматривают упрощенные модели жидкости и газа. Например, во многих случаях можно пренебречь влиянием вязкости среды. Тогда рассматривают модели идеальной жидкости: при малых скоростях — модель идеальной несжимаемой жидкости, а при больших скоростях — модель идеальной сжимаемой жидкости. В тех случаях, когда влиянием вязкости нельзя пренебречь, например при определении сопротивления трения, вводят модель вязкой жидкости. При обтекании тел в большинстве случаев влияние вязкости проявляется только в тонком пристеночном слое, называемом иограничным слоем. Поток вне пограничного слоя можно считать невязким.

Исследования пограничного слоя проводятся с целью определения как сопротивления трения, так и аэродинамического нагрева поверхности летательного аппарата при больших скоростях полета. Современная теория пограничного слоя базируется на фундаментальных исследованиях Л. Н а в ь е, Д. Сто ко а, О. Р е йнольдса, Л. Прандтля, Т. Кармана идр.

Большую роль в решении задач аэродинамики играют экспериментальные исследования, проводимые в аэродинамических трубах и газодинамических установках. Первые в России аэродинамические лаборатории (в Московском государственном университете, Московском высшем техническом училище ии. Н.

Э. Баумана и в Кучино под Москвой) были созданы под руководством проф. Н. Е. Ж у к о в с к о г о (1847 — !921). В !918 г. по его инициативе был организован Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), который стал одним из крупнейших мировых научно-исследовательских центров в области аэродинамики. Н. Е. Жуковский является признанным основателем и подлинным руководителем русской школы авиационной науки и техники, создателем основ теоретической и экспериментальной аэродинамики, организатором высшего авиационного образования. В.

И. Ленин назвал его «отцом русской авиации». Е.це в 1999/1О учебном году !о Н. Е. Жуковский впервые в мире в МВТУ начал читать лекции, в которых в систематическом изложении были разобраны теоретические вопросы, связанные с авиацией, разработанные как русскими учеными, в том числе и самим Н. Е. Жуковским, так и зарубежными; показана необходимость сочетания теоретических и экспериментальных исследований. Курс лекций, названный им «Теоретические основы воздухоплавания» был издан в России в 1912, 1925, !938, 1950 гг.

н во Франции в 1916 и 1931 гг. Осуществление первых полетов на аппаратах тяжелее воздуха в начале ХХ в. настоятельно поставило перед учеными задачу о создании теории, объясняющей причину образования подъемной силы крыла и способов ее определения. Эту задачу также решил Н. Е. Жуковский. Исключительная важность его открытия заключается в том, что, используя модель идеальной несжимаемой жидкости, он впервые в мире предложил искать источник силового воздействия на тело в образовании циркуляции, создаваемой присоединенными вихрями.

Так, 15 ноября 1906 г. Н. Е. Жуковский сообщает Московскому математическому обществу о своем открытии и формулирует знаменитую теорему о подъемной силе, носящей в международной литературе его имя. Однако перед ученым возникла трудность в практическом применении этой теоремы к крыловым профилям из-за произвола в выборе циркуляции для наперед заданной величины скорости обтекания.

Это блестяще решил С. А. Ч а п л ы г и н, предложивший ввести постулат, заключавшийся в требовании плавного схода струй с задней кромки профиля, что дало возможность однозначно определить величину циркуляции, а следовательно, и величину подъемной силы. Через 10 лет теорему Н. Е. Жуковского обобщает в Германии проф. Л.

Прандтль для крыла конечного размаха произвольной формы в плане. Начиная с 1912 г. внимание Н. Е. Жуковского сосредоточивается на второй основополагающей проблеме — создании вихревой теории гребного винта самолета. И это он успешно выполнил и опубликовал работу под названием «Вихревая теория гребного винта». Открытия, явившиеся основой создания теоретической и экспериментальной аэродинамики, упрочили за Н.

Е. Жуковским мировую известность, как одного из главных создателей классической аэродинамики. Другой крупнейший ученый, имя которого неразрывно связано с созданием классической аэродинамики, — это соратник и продолжатель работ Н. Е.

Жуковского — академик С. А. Ч а п л ы г и н (1869 — 1942), являющийся одним из основоположников газодинамики. Его докторская диссертация «О газовых струях», опубликованная в 1902 г., опередила мировую науку на несколько десятилетий. Отличную характеристику значимости этой работы дал ученик С. А. Чаплыгина — выдающийся академик М. В. Келдыш. <Работу С. А. Чаплыгина «О газовых струях» постигла интересная судьба.

В 1903 г. он защитил ее как докторскую диссертацию, однако в то время она осталась почти незамеченной. Ни сам Сергей Алексеевич и никто другой не продолжили развитых в ней идей, и никто не при- 11 дал работе исключительного значения... Только через ЗО лет, после появления работы «О газовых струях», когда авиация стала подходить к скоростям полета, близким к звуковым, и вопросы изучения газовых потоков с большими скоростями стали актуальнейшимн вопросами, было раскрыто все значение этой работы.... Работа С.

А. Чаплыгина стала в центре многочисленных исследований аэродинамиков, она явилась основой ддя решения задач о дозвуковых течениях, и развитие созданных в ней методов привело к решению вопросов, связанных с работой крыла при больших дозвуковых скоростях и других вопросов современной аэродинамики»". Эта работа стала классическим трудом по аэродинамике больших дозвуковых скоростей, после появились работы как советских, так и виднейших зарубежных аэродинамиков (Л. Пр андтл ь, Т. Карман, А. Б узем а н, Х. Ш.

Т з я н и др.). Обращаясь к последующему развитию аэродинамики, следует отметить грандиозный количественный и качественный скачок в скоростях полета, который произошел за сравнительно небольшой исторический отрезок времени. Скорости полетов аппаратов от сверхзвуковых и гиперзвуковых значений достигли космических. Этому росту содействовало бурное развитие ракетной техники. И здесь высшим авторитетом становится выдающийся ученый современности М. В.

К е л д ы ш (1911 — 1978) — главный теоретик космонавтики. Работы М. В. Келдыша в области космической науки явились продолжением комплекса его исследований в области специальных проблем математики и аэродинамики. Он оставил в науке огромный след в виде фундаментальных работ, создания новых направлений и новых теорий. Из числа его великолепных исследований по аэродинамике следует указать на обобщение М. В.

Келдышем теоремы Н. Е. )Куковского на случай обтекания профиля сжимаемым газом. Из всех крупнейших открытий М. В. Келдыша в период его работы в ЦАГИ следует особенно отметить блестящеерешение такой сложнейшей проблемы, как проблема флаттера. Работами М. В. Келдыша были не только заложены фундаментальные основы теории этого сложнейшего явления, но и разработан практический метод решения этой задачи.