Геометрические характеристики профиля
ПРАКТИЧЕСКАЯ АЭРОДИНАМИКА
Введение
Настоящий курс практической аэродинамики представляет собой начальный курс практической аэродинамики для начинающих летное обучение курсантов на планерах или самолетах. Он является обязательным.
Структура курса тщательно продумана и не содержит излишних отступлений и уточнений.
Не нужно пугаться формул и графиков, они нужны лишь для наглядного восприятия, а не для точных математических расчетов. Очень важно последовательно и точно понять и запомнить Весь материал. Это необходимо для того, чтобы сев за рычаги управления летающей машины Вы ясно понимали чем и как Вам нужно управлять. А также поможет избежать нелепых ошибок, которые могут очень дорого стоить.
Содержание
1. Главные параметры воздуха.
2. Изменение параметров воздуха с высотой.
3. Международная стандартная атмосфера (МСА).
4.Физические свойства воздуха.
5. Уравнение Бернулли.
6. Геометрические характеристики профиля.
7. Геометрические характеристики крыла.
8. Связанная и скоростная система координат. Угол атаки. Установочный угол.
9. Картина обтекания крыла и распределение давления на крыле.
10. Критический угол атаки и срыв потока с крыла.
11. Полная аэродинамическая сила R, её составляющие. Центр давления.
12. Подъемная сила и лобовое сопротивление.
13. Поляра самолета (планера). Аэродинамическое качество.
14. Механизация крыла. Влияние механизации на аэродинамические характеристики крыла. Работа рулей. Триммер.
15. Силы, действующие на крыло на различных режимах полета.
16. Кривые Жуковского. Понятие о 1-ом и 2-ом режимах полета.
17. Сущность равновесия, устойчивости и управляемости.
18. Понятие о САХ крыла. Центровка ЛА.
19. Аэродинамический фокус. Продольная устойчивость по перегрузке.
20. Устойчивость по скорости.
21. Продольная управляемость.
22. Поперечная и путевая устойчивость.
23. Поперечная и путевая управляемость.
24. Вираж (спираль).
25. Скольжение.
26. Критические режимы полета.
27. Рекомендации по безопасности полетов.
Аэродинамикой называется наука, изучающая законы взаимодействия воздуха и движущегося в нём тела.
ГЛАВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ВОЗДУХА
Воздух-это смесь главным образом двух газов азота и кислорода. В составе воздуха содержится около 21% кислорода и 79% азота.
Давлениемназывается сила, действующая на единицу площади и перпендикулярна ей. Обозначается обычно буквой (P), измеряется в килограммах на единицу площади (кг/м2, кг/см2, атм.). Воздух производит давление у земли равное весу столба воздуха от верхней границы атмосферы до земли (на уровне моря t=+15оС) равное 1,0332 кг/см2.
Температура — мера нагретости тела и определяет скорость хаотического движения молекул. Измеряется в градусах Цельсия, Кельвина или Фаренгейта. В шкале Кельвина за 0о взята температура прекращения движения молекул (—273о), в шкале Цельсия температура замерзания чистой воды при давлении 760 мм. рт. столба, в шкале Фаренгейта температура замерзания насыщенного раствора соли в воде. Размерность шкалы Цельсия и Кельвина совпадают, шкала Фаренгейта имеет свою размерность. Ноль градусов по Цельсию соответстует +32о Фаренгейта, температура человеческого тела (36,6 оC) соответствует +97,88 о Фаренгейта, точка кипения воды (100оС) +212о Фаренгейта. Перевод из Фаренгейта в шкалу Цельсия (toF-32)*0,55=toC).
Перевод из Цельсия в Фаренгейта toC*1,8+32=toF.
Плотность. В аэродинамике под понятием плотности обычно понимают массовую плотность. Она характеризует кинетическую энергию молекул воздуха. Обозначается буквой r (читается ро). Массовая плотность — это масса воздуха, содержащаяся в объеме 1 куб. м.(м3).
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА С ВЫСОТОЙ.
С увеличением высоты давление монотонно убывает, плотность также уменьшается, но медленнее давления, что вызвано изменением температуры.
Температура воздуха примерно до 11 км уменьшается в среднем на каждый километр на 6,5 оС.
МЕЖДУНАРОДНАЯ СТАНДАРТНАЯ АТМОСФЕРА
Атмосфера никогда не бывает спокойной, в ней постоянно происходит изменение параметров воздуха (давления, температуры и плотности). Чтобы иметь возможность сравнивать характеристики различных летательных аппаратов (ЛА), введена так называемая Международная стандартная атмосфера (МСА).
МСА – это система параметров атмосферы, в основу которой положены следующие значения нулевого параметра воздуха:
барометрическое давление Р =760 мм рт. ст. (Ро= 10330 кгс/м2);
температура t=+15°C (То=288 К);
массовая плотность rо=0,125 кгс см4;
Согласно МСА температура воздуха на высоте до 11 км падает на 6,5°С на каждые 1000 м., то есть Dtо= — 0,65о на 100 м высоты (D — “дельта” – значок обозначает приращение параметра).
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА
Характер взаимодействия воздуха и движущегося в нем тела зависит от физических его свойств: инертности, вязкости, сжимаемости.
Инертность
Инертностью называется свойство воздуха сопротивляться изменению скорости. Мерой инертности является его масса
Чем больше плотность воздуха, тем большую инертность будет иметь единица объёма.
Инертность принято характеризовать массовой плотностью rо.
Вязкость
Вязкостью воздуха называют его способность сопротивляться сдвигу одних слоёв относительно других. Воздух весьма липкая среда и при обтекании твердого тела скорость воздуха изменяется в определенном слое от 0 на поверхности тела до скорости потока.
На торможение “прилипшего” воздуха и преодоление вязкости воздуха затрачивается энергия, что является причиной возникновения силы трения о воздух.
Слой, в котором поток тормозится от своей скорости до нуля у поверхности тела называется пограничным слоем. Он невелик и имеет толщину от 1,5 до 3 % от длины обтекаемого тела.
Сжимаемость
Воздух — это газ, и он подвержен сжимаемости. Заметное влияние на обтекание тел сжимаемость оказывает на М=0,4 и более. До М=0,4 влияние сжимаемости обычно не учитывается.
Число М (Маха) показывает отношение скорости полёта к скорости распространения звуковых волн.
У земли скорость звука около 1230 км/ч. С увеличением высоты плотность воздуха падает, он становится менее упругим и скорость звука падает.
Следовательно, при равной скорости относительно воздуха с поднятием на высоту число М растет.
УРАВНЕНИЕ БЕРНУЛЛИ
В аэродинамике частным случаем закона сохранения энергии является уравнение Бернулли. Полная энергия складывается из потенциальной энергии (Р — статическое давление) и кинетической (rV2/2 — скоростной напор).
Выражение rV2/2 называется скоростным напором и характеризует кинетическую энергию потока, где
r — массовая плотность воздуха;
V — скорость потока.
Рис. 2
Запомните это выражение. Оно будет использоваться очень часто.
р+rV2/2=const (величина постоянная)
Сумма статического давления и динамического давления (скоростного напора) в различных сечениях неразрывного потока есть величина постоянная, то есть с уменьшением сечения увеличивается скорость потока и падает статическое давление и наоборот.
ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОФИЛЯ
рис 3. Геометрические характеристики профиля.
Хорда профиля (b) — отрезок прямой, соединяющий две наиболее удалённые точки профиля.
Толщина профиля (Сmax) — величина максимального утолщения профиля.
Относительная толщина профиля (С) — отношение максимальной толщины Смакс к хорде, выраженное в процентах:
С до 13% считается тонким или средним профилем, свыше 13% — толстым профилем.
Кривизна профиля (f) — наибольшее расстояние от средней линии до хорды, выраженное в процентах.