Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Микерин, И. К. Аэродинамика летательных аппаратов

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

11.06 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 12 / 392 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Как известно, скорость звука есть скорость распространения малых возмущений плотности или давления в данной среде. Пере дача' этих возмущений происходит через столкновение частиц

средь' друг с другом. В несжимаемой жидкости частицы располо

жены плотно и любые возмущения плотности илл давления переда ются частицами мгновенно, скорость их распространения, то есть скорость звука, очень большая. В сильно сжимаемой среде рас стояния между частицами в сотни раз превышают размеры самих

частиц, и как результат - все возмущения передаются медленно,

величина скорости звука небольшая.	_,	(
Из физики газов известно, что	CL -

то есть скорость звука газов полностью определяется абсолют ной температурой и при её увеличении растет.

Действительно, температура газа определяет внутреннюю кине тическую энергию его молекул. Пгч увеличении Т, растет ско рость хаотического движения молекул и скорость передачи в о з мущений. Газ становится более "упругим", его труднее сжать.

Воздух, состоящий из jm"ch газов, при нормальных условиях является хорошо снимаемой средой. Однако, для исследования

законов движения воздуха важно знать, когда будет проявляться сжимаемость воздуха при движении в нем твердых тел.

Как показывает опыт, при движении удобообтекаемого тела в воздухе со скоростью V ^ (Ъ,3 - г 0,4 J Û плотность воз

духа в любой точке вокруг тела практически остается постоянной, следовательно, воздух (и другие газы) в этом случае, как и

капельные жидкости,	можно считать несжимаемой средой.
С ростом скорости в	некоторых точках вокруг тела плотность
10

начинает изменяться, то есть проявляется сжимаемость воздуха.

Таким

образом,

при

движении

тела в

воздухе

(газе)

учи

тывать сжимаемость воздуха

целесообразно

только

при

V г.

0,4й-

При рассмотрении движения тел в воздухе скорость

звука

неудобно .принимать за характеристику сжимаемости,

так как

она зависит от температуря, а последняя

.'непостоянна

по

высо

те. Одним из основных-параметров, характеризующих движение

сжимаемой

жидкости, является

безразмерная

величина

М,

равная

где

- скорость

движения

тела. Число

И является как

бы мерой сжимаемости

воздуха

( г а

з а ) , так

как

сжимаемость

воздуха

проявляется

только

при

0,4.

Следовательно,

по

свойству

сжимаемости

жидкости можно

разделить

на:

а)

несжимаемые,

то

есть газы прр

M <£ (0,3

0,4),

и капельные

жидаости;

б)

сжимаемые -

газы пра

М ~

0,4.

Вязкость Вязкостью живости называется её способность сопротив

ляться относительному перемещению рядом лежащих слоев. Это свойство аналогично сопротивлению сдвига у твердых тел, кото

рые можно назвать наиболее "вязкими".

У капельных жидкостей, и газов вязкость мала л силы сцепления частиц так незначительны, что почти нет противодействия уси лиям сдвига. Это обстоятельство позволяет иногда рассматривать некоторые капельные жидкости и газы как идеальные, то есть вовсе не обладающие свойством вязкости. Однако это допущение

пе оправдывается вблизи поверхностей обтекаемых тел.

I I

Лля поясненіія вязкости рассмотрим течение жидкости вдоль

твердой стенки.	Вследствие трения частицы, непосредственно
соприкасающиеся	со стенкой, полностью затормаживаются, как
бы "прялипая" к	ней. По мере удаления частиц от стенки их

скорость увеличивается: сначала очень быстро, а затем медлен нее, пока не установится скорость, равная скорости частиц

вдали от стенки. Слой жидкости,	непосредственно примыкающий
к поверхности обтекаемого тела,	в котором наблюдается изме

нение скорости по нормали к поверхности, называется погранич ным слоем.


Выделим в пограничном слое два сечения							(рис.	1.2), находя
щиеся друг о. друга			на	расстоянии		dn	.	Пусть	средние
скорости будут		и г	и	ІЦ	, а разность скоростей				между
слоями	d u = U a - L i <		. Как известно, частицы					жидкости кроме
поступательного		движения вдоль оси				ОС	совершают хаотичес
кое движение, переходя из одного слоя							в другой. Частицы жид
кости, находящиеся в верхнем сечении,							обладают большим запа
сом кинетической энергии и,попадая в нижнее								сечение, увлекают
за собой частицы жидкости, находящиеся							~ нем	(рис. 1.3).
Частицы	жидкости нижнего				сеченая,	наоборот,		переходя в верх

нее, притормаживают движение в этом сечении. Между этими сече ниями возникают силы, ускоряющие движение нижнего сечения и затормаживающие движение верхнего. Эти силы называются силами

внутреннего трения, а свойство реальных	жидкостей	создавать
их называется вязкостью.
Таким образом, диффузия молекул-, сопровождающаяся пере
носом количества движения из одного слоя	в другой,	является
причиной возникновения силы трения, касательной к слоям.
Силы трения (вязкость) проявляются	лишь тогда, когда йме-

ется разность скоростей в сечениях движущейся жидкости, то dt и

есть градиент скорости О • При движении жидкости

около твердой поверхности вязкость проявляется только внутри


пограничного	слоя	высотой		S
При Я э». S	£jpj s	О	и в-зкость		не проявляется.
По гипотезе	Ньютона		напряжение		трения, то есть силу трения,

приходящуюся на единицу площади поверхности трущихся слоев, выра:'сают формулой

			d n	Jn
где	JÜ [	] -	динамический	коэффициент вязкости;
	/ИМ )	-	градиент скорости по нормали к поверх-

^^ ности в данном сечении пограничного

		слоя.
Двойной знак	указывает,		что	силы трения между	сечениями
численно равны, но противоположны по знаку.
Коэффициент	ßi	зависит		от рода жидкости	и температуры.
В аэродинамике		вместо	}Х	чаще пользуются	кинематическим
коэффициентом	вязкости

При учете сил еязкости используют безразмерный параметр - критерий Рейнольдса

	п	^		рмі
	Й € =	У	-	"'6>
где	t - длина	тела	в	направлении движения;

V- скорость потока вне пограничного слоя (скорость движешь, тела).

I 5

Число R e характеризует роль сил вязкости в аэродинами

ческих явлениях и косвенно представляет отношение инерционных

сил к силам вязкости. Чем больше

R e

, тем

боллше

^оль

инерционных сил и меньше сил вязкости в данном явлении. При

уменьшении

R e

, наоборот,

роль

сил

елзкости

возрастает.

§ 1.2.

Атмосфера

Земли

I .

Строение

атмосферы

Аэродинамические летательные аппараты совершают свой

полет в атмосфере. Атмосферой называется слой

воздуха,

окру

жающий земную

поверхность. Воздух, образующий

атмосферу

Земли представляет собой смесь газов: азота,

кислорода,

арго

на, углекислого газа и др. С подъемом

на высоту состав возду

ха

и его параметры изменяются,

давление и

^ютность

падают,

температура

изменяется

по сложному

закону.

По решению Международного геодезического и географи

ческого союза,

принятому

в 1951

году,

атмосфера

разделяется

на

5 основных

слоев: тропосферу,

стратосферу,

мезосферу,

термосферу и

экзосферу (рис. 1.4).

Самый нижний с 1

ой,

прилегающий

к поверхности

Земли,

называется тропосферой. Он простирается в средних широтах

до ІО-ІІ км,

полюсов до

3-10

км и у

экватора до 17-18

км.

Характерной

особенностью

тропосферы

является

то, что с

увеличением высоты температура воздуха понижается. Зто			объяс
няется тем, что в тропосфере		воздух нагревается в основном
от	земной поверхности путем	поглощения водяными парами	возду
ха	длинноволнового излучения	Земли и перемешивания ідвсс воздуха.
14

Слои воздуха, находящиеся вблизи Земли, больше получают
от неё тепла, поэтому здесь	выше температура воздуха.
К верхней границе атмосф°ры температура воздуха пони
жается до 2ІЗ-2І8°К в ср.дних	и до І93-203°К в экваториальной
областях.За среднюю высоту тропосферы принята высота I I км.
В тропосфере содержится до 75	-8С$ всей массы воздуха атмо
сферы, в том числе почти весь	водяной пар. Благодаря сильному
перемешиванию воздуха в тропосфер происходят процессы обла-
кообразования и выпадания осадков, а у верхней границы

наблюдаются воздушные потоки, имеющие скорость до 500-600км/час. Вышележащий слой - стратосфера - простирается до высоты

примерно 40 км. Стратосфера отличяется от тропосферы законом изменения температуры и составом воздуха. Здесь меньше содер жится кислорода, но больше азота и озона.

Озон сильно поглощает солнечное излучение, поэтому в нижних слоях стратосферы,до высоты примерно 25 км, температура воздуха остается постоянной, а затем начинает повышаться. В стратосфере нет облачности, осадков и отсутствует опасность

обледенения. На доло стратосферы приходится до 20$ всей массы воздуха атмосферы.

	Мезосфера - слой высотой	от 40 до 80 км. Здесь темпера
тура	до высоты 50 км ещё повышается,		а затем быстро			снижает
с я .	Повышение температуры в нижних слоях мезосферы					объясняется
так	же,как и в стратосфере,	поглощением		озоном	солнечного
излучения. В слое сосредоточено около			0,3$	всей	массы возду
ха атмосферы.
	Термосфера - слой воздуха от 80		до 800 км. Для неё харак
терны весьма высокие температуры, так			как излучение			Солнца

2000 м до

вызывает здеиь диссоциацию и ионизацию молекул. Экзосфера - слой земной атмосферы на высоте более

800 км. Этот слой называется сферой рассеи-ания, так как он постепенно переходит в межпланетное пространство. Термосфе ру и экзосферу объединяют иногда в один слой, называемый

ионосферой. В ионосфере под действием солнечного и космичес

кого излучений воздух находится	в ионизированном состоянии,
а молекулы газов диссоциируются	на атомы.

2.Стандартная атмосфера

При определении іэродинамических сил, действующих на летательный аппарат, необходимо знать основные параметры воздуха: J*,T, P . O . . Однако состояние атмосферы :яепостоян-

но. Оно зависит от времени года, суток, географической широты,

метеорологических условий, солнечной активности и т . д . Поэтому результаты летных испытаний летательных аппаратов необходимо приводить к атмосферным условиям, не зависящим от этих факторов, а являющиеся только функциями высоты.

В настоящее время в СССР принята таблица стандартной атмо сферы (CA) ГОСТ Н0'І - 64(таол . І . і),которая содержит средние значе ния физических характеристик атмосферы и устанавливает числен ные значения основных термодинамических параметров и других физически характеристик атмосферы дгч высот от

200000 м.

Таблица I . I .

ТАБЛИЦА CA ГОС: 4401-64

H	T	P	f			a	0
KM	гр H	К Г / М 2		A		M/ce«	M 2 / с е к
I		ъ	4	Ь	b	V		и
0	288,15	10332,3	1,2250	1,000	1,0000	340,28	1,4607 ' ю - 5
I	281,65	9164,8	1,1117	Ю.8870І	0,90751	336,43	1,5812 . ю - 5
2	275,14	8106,5	1,0066	0,78458	0,82171	332,52	1,71*. J	•	IQ"5
3	268,64	7150,8	0,90941	0,69208	0,74237	328,56	1,8624 «		І 0 ~ 5
4	262,13	6287,2	0,81942	0,60850	0,66891	324,56	2,0271 • ю - 5
5	255,63	5511,1	0,73654	0,53338	0,60125	320,51	2.2IC3	•	IQ"5
6	249,13	4814,4	0,66022	0.4C595	0,53095	316,41	2,4153 • ю - 5
7	242,63	4190,8	0,59010	0,40560	0,48171	312,25	2,6452	•	ю - 5
8	236,14	3635,1	0,52591	0,35182	0,42931	308,05	2,9030 • ю - 5
9	229,64	3139,8	0,46712	0,30388	0,38132	303,78	3,1942	•	ю - 5
10	223,15	2701,3	0.1-1:5?	0,26144	0,33761	299,45	3,5232	•	ю - 5
I I	216,66	2313,7	0,36485	0,22393	0,29784	295,07	3,8966	«	ю - 5
12	216,66	1977,3	0,31180	0,19137	0,25453	295,07	4,5595	•	IQ"5
14	216,66	1444,3	0,22776	0,13979	0,18593	295,07	6,2420	•	ю - 5

							Продолжение	табл. 1.1
	I	2	3	4	5	6	7	8
16		216,66	1055,3	0,16640	0,10213	0,13584	295,07	8,^437	• I0~ 5 ,
Ігі		216,66	771,10	0,12159	0,074630	0,099257	295,07	1,1692	• I 0 ~ 4
20	'	216,66	563,59	0,088870	Û,054546	J,072547	295,07	1,5997	.	i o ~ 4
22		216,66	412,00	0,064966	0,039875	0,053033	295,07	2,1883	• I 0 " V
24		216,66	301,23	' 0,047501	0,029155	0,038776	295,07	2,9929	. и г *
25		216,66	257,60	0,040621	0,024932	0,033160	295,07	3,4998	•	к г *
26		219,40	220,50	0,034336	0,021341	0,028030	296,93	4,1842	• i c r *
28		224,87	162,58	0,024701	0,015736	0,020164	300,61	5,9370	• IO" 4
30		230,35	120,69	0,017901	0,011681	0,014613	304,25	8,3565	• I O " 4

При составлении таблицы основные параметры воздуха

взаимосвязаны уравнениями состояния идеального газа и гидро

статики. При расчете табличных значений за определяющие параметры взяты температура и молекулярный вес воздуха. На высотах до 200000 м г э характеру изменения температуры атмосфера делится на I I слоев. Общее свойство всех слоев-

линейность изменения молекулярной температуры. На высотах:

ІІ000 - 25000м	; 46000 - 54000 м и 80000 -	95000 м согласно
CA температура	не изменяется. Графические	зависимости темпе

ратуры и плотности в функции высоты приведены на р и с . 1 . 5 .

§ 1.3. Основные допущения, принимаемые при изучении движения жидкости

Реальное течение жидкости отличается от движения твердого тела своим многообразием. Отсутствие жестких связей между частицами жидкости приводит к сложному харак теру её движения, что представляет большие трудности для исследования. Поэтому при теоретических и экспериментальная исследованиях аэродинамических явлений возникает необходи мость эти явления упрощать, схематизировать, не учитывать второстепенные факторы. Прежде чем приступать к рассмотре нию основных законов движения, ознакомимся с некоторыми допущениями и упрощающими предположениями, которыми будем пользоваться.

<<< < Предыдущая 12 / 392 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ