книги из ГПНТБ / Микерин, И. К. Аэродинамика летательных аппаратов
.pdf— касательная |
ожиЬаль |
нов 16 топке |
Л ja^vj |
сенцщар^ ожиЬамнал
{іточкдД j»*e)
Рис. 3.7. Форма и геометрические параметры оживальной и секущей головных частей.
Рис. 3.8. Іаявтедьшй аппарат нормальной схемы,
154
1
Рис. 3.9. Летательный аппарат схемы "бесхвоста .
Рис. ЗЛО. Летательный аппарат схемы "уткаГ
стаЬѵлиsoтор
поворотное
крыло
Рис. З . І І . Летательный аппарат с поворотным крылом.
і:5 .
156
Рис. 3 . I G . Положительные направления аэродинамических моментов.
Г л а в а ІУ
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АЭРОДИНАМИКИ
§ 4.1. Общие понятия об аэродинамических экспериментальных исследованиях
. Выше было сказано, что основной задачей аэродинамики является определение аэродинамических коэффициентов сил и моментов, действующих на тело со стороны воздуха.
В большинстве практически -ажяых случаев эту задачу приходится решать экспериментальным путем, так как теорети ческие методы расчета в аэродинамике зачастую очень сложны и не всегда дают точные и удобные для практики ответы на многочисленные вопросы проектирования летательных аппаратов.
Теоретические методы исследований устанавливают лишь общие закономерности движения и сопротивления воздуха, и в некоторых случаях определяют значения аэродинамических коэф фициентов для наиболее простых тел.
Поэтому в практической аэродинамике основное значение имеет эксперимент.
Однако, чтобы экспериментальные данные были достоверны ми, постановка эксперимента и обработка полученных результа тов должны базироваться на знании общих закономерностей дви158
жения воздуха, которые выясняет теоретическая аэродинамика.
Зависимость аэродинамического эксперимента от теории
объясняется ещё и |
тем, что эксперимент проводится чаще всего |
||||
не с натуральным |
объектом и не в |
натуральных условиях, |
а н а |
||
модели этого объекта, в условиях, |
отличных от натурных. . |
|
|||
Модель представляет собой тело, геометрически подобное |
|||||
изучаемому объекту, несколько схематизированное и уменьшен |
|||||
ное по |
сравнению |
с натурой в несколько раз. Современные |
л е т а |
||
тельные |
аппараты |
слишком сложны, |
велики по размерам и |
д о р о г о |
|
стоящи |
для того, |
чтобы их можно было всякий раз испытывать в |
|||
натуральных условиях. Натурный эксперимент проводиться лишь |
|||||
н а заключительной |
стадии проектирования летательного |
а п п а р а т а , |
после выполнения расчетао-вычислиѵельных работ и многочислен
ных экспериментов на |
моделях, |
|
|
|
|
В настоящее время наиболее распространенными являются |
|||||
следующие виды аэродинамического |
эксперимента. |
|
|||
1. |
Испытания в |
аэродинамических |
трубах. |
|
|
2. |
Определение |
аэродинамических |
характеристик |
небольших |
|
|
летательных |
аппаратов с |
помощью специальны^ |
тележек. |
3. Испытания ьл аэробаллистических трассах.
4. ЛВтные испытания.
Основным и наиболее доступным видом аэродинамического
эксперимента является испытание моделей летательных а п п а р а т о в
в |
аэродинамических |
трубах. В этом с л у а е |
м о д е л ь |
з а к р е п л я е т с я |
|
в |
аэродинамической |
трубе неподвижно, а на |
н е е |
н а п р а в л я е т с я |
|
поток воздуха. |
|
|
|
|
|
|
С помощью специальных аэродинамических в е с о в замеряют |
||||
аэродинамические силы и моменты, действующие |
на |
модель. |
159
Более |
подробно на этом виде эксперимента |
остановимся |
в следующих |
параграфах. |
|
При испытании летателынх аппаратов с помощью специаль |
||
ных тележек |
прокладывают рельсовый путь длиной |
несколько |
километров по прямой или по кругу (рис. 4 . 1) .
По нему с большой скоростью скользит тележка, приводи
мая в движение пороховым или жидкостным реактивным двигате лем.
Летательный аппарат прикрепляется на тележке к аэроди
намическим |
весам, |
измеряющим |
аэродинамические силы и моменты, |
действующие |
на него во время |
движения. Скорость таких теле |
|
жек д о с т и г а в 9 0 0 |
и/сек. |
|
По сравнению с аэродинамическими трубами испытания на специальных тележках происходят в более реальных условиях, однако продолжительность эксперимента на тележках очень малавсего несколько секунд.
Определение аэродинамических характеристик возможно также путем выстреливания модели летательного аппарата из специальной пушки вдоль аэробаллистичесгой трассы ( р и с . 4 . 2 ) . Вдоль траектории полета модели устанавливают шиты из тонкого картона или плотной бумаги, которые пробиваются при полете модели. Исследуя эти пробоины определяют скорость, траекто рию полета и угловое положение модели. Для увеличения относи тельной скорости движения на аэробалллстической трассе может быть создан встречный поток воздуха. В последние годы вместо картвнных щитов устанавливается фотоаппаратура. Путем скоро стной съемки в вертикальной и горизонтальной плоскостях так же определяются скорость, траектория и угловое положение
модели в различное время. По этим данным и определяются аэро160
динамические силы и моменты, действующие на модель во время полета.
Безусловно, наиболее достоверные результаты можно полу
чить во время летных испытаний,которые проводятся в реальных условиях и чаще всего на натурных образцах. Но такие испыта ния очень дороги и довольно сложны, поэтому их стремятся'
заменить более |
простыми |
и дешевыми. |
|
|
|
Однако |
в |
настоящее |
время скорости |
полета, |
соответствую |
щие числам |
|
M =-15 +20 могут быть |
получены |
только во , |
|
вреия летных испытаний. |
|
|
|
||
Кроме |
того, только |
во время летных |
испытаний можно |
отработать такие вопросы: установить влияние аэродинамичес
кого |
нагрева, |
определить давление полного торможения, выяс |
нить |
причины; вибраций летательного аппарата и др. |
|
|
§ 4.2. |
Дародинамические тоѵбы |
Аэродинамическая труба представляет собой канал, в
котором создается искусственный регулируемый поток воздуха
или газа. В зависимости от назначения аэродинамические тру бы подразделяются m трубы малых скоростей, больших дозвуко вых скоростей, сверхзвуковые трубы, трубы переменной плотнос
ти, гигантские натурные трубы, трубы специального назначения
(штопорные, свободного полета, плазменные, |
дымовые и д р . ) . |
В России первая аэродинамическая труба |
была построена |
в гор. КАЛУГЕ основоположником современной ракетной техники
К.Э.ВДОЛКОВСКИМ в 1897г. и названа |
им "воздуходувной". |
Первая аэродинамическая труба |
со всаснганием воздуха |
( т . е . с расположением вентилятора за |
моделью, считая по п о т о - ' |
I I . - З а л . 177?. |
ІбІ |
ку) построена "отцом русской авиации" |
Н.Е.ЖУКОВСКИМ в . |
||||
1902 |
году |
в Московском университет®, |
В 1904 году |
по указа |
|
нию Іуковского в КУЧИНЕ (под Москвой) |
в Аэродинамическом |
||||
институте |
создана |
большая аэродинамическая труба |
диаметром |
||
в 1,2 |
м. |
С тех пор |
экспериментальные |
исследования |
в аэроди |
намических трубах получили весьма широкое распространение. Различные по размерам и назначению аэродинамические трубы имеются во всех научно-исследовательских институтах, рабо тающих в области аэродинамики, авиационных вузах и многих " авиационных заводах.
Современные аэродинамические трубы можно подразделить на 2 класса:
1)трубы с незамкнутым поѵоком;
2)трубы с замкнутым потоком.
Простейшая |
схема аэродинамической трубы малых |
скоростей |
|||||||||
, с незагжнутым потоком показана на |
рис. 4.3. |
|
|
|
|
||||||
Вентилятор |
I , приводимый во вращение |
электромотором |
|||||||||
постоянного |
тока |
2, через коллектор 3 засасывает в |
|
трубу |
в о з |
||||||
дух. Поток |
воздуха, |
пройдя |
через |
спрямляющие |
решетки 4, |
|
|||||
выпрямляется и попадает в рабо"ую |
часть трубы |
5, |
в |
которой |
|||||||
устанавливается |
модель 6. |
Модель |
закрепляется |
на |
аэродинами |
||||||
ческих весах 7, |
при |
помощи.которых производятся замеры |
сил |
||||||||
и моментов, действующих на модель в потоке. |
|
|
|
|
|||||||
Из |
рабочей |
части поток попадает в диффузор 8, |
где |
его |
|||||||
скорость |
понижается. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Форма сечения рабочей части современных дозвуковых |
|
||||||||||
аэродинамических труб бывает круглая, восьмигранная или |
|
||||||||||
эллиптическая. В аэродинамических |
трубах |
больших |
дозвуковых |
и сверхзвуковых скоростей сечение рабочей части трубы пршо - 162
угольное или квадратное.
Схема аэродинамической трубы с замкнутым потоком пока
зана на рис. 4.4. В ьгом случае воздух, засасываемый венти лятором не выбрасывается из трубы, а поступает в обратный
канал, в результате чего происходит непрерывная циркуляция потока.
При одинаковых мощностях мотора и размерах трубы ско
рость в рабочей |
части трубы с замкнутым потоком |
будет боль |
|
ше, чем у трубы с незамкнутым потоком. |
|
||
По устройству рабочей части различают трубы с закрытой |
|||
рабочей частью |
(рис. 4.3; |
4.4) и с откштой рабочей частью |
|
(рис. 4.5).- |
|
|
|
Аэродинамические трубы с закрытой рабочей частью имеет |
|||
тот недостаток, |
что у них |
в направлении движения |
воздуха |
давление в рабочей части падает вследствие потерь на трвйае»
Поэтому модель, помещенная в эту рабочую часть, будет паходиться в условиях переменного по длине давления, что rte •oööt-
ветствует реальным условиям полета летательного аппарата* Этот
недостаток устраняется р трубе с |
открытой рабочей |
чае?ыз» в |
||
которую воздух |
подсасывается, а |
давление |
воздуха выравнявает- |
|
с я . |
|
|
|
|
Дозвуковые |
аэродинамические |
трубы |
чаще всего |
оснащают |
ся шестикомпонентными весами, которые позволяют замерять все
силы и моменты, |
действующие |
на |
модель., |
|
|
||||
В связи с появлением сверхзвуковой авиации и ракет |
раз |
||||||||
личного назначения |
в |
последние |
годы |
большое развитие |
полу |
||||
чили околозвуковые |
( |
M = 0,6 |
* |
1,4 |
) |
и сверхзвуковые |
|
|
|
аэродинамические трубы. В большинстве |
случае^ она бывают |
||||||||
постоянного (с |
замкнутым потоком) |
и кратковременного |
( |
с |
|||||
I I * |
|
|
|
|
|
|
|
|
163 |