Основы аэродинамики летательных аппаратов

Содержание

Введение........................................................................................................... 4

1. Основы аэродинамики летательных аппаратов......................................... 5

1.1. Строение атмосферы 5

1.2. Принцип обращения движения и гипотеза сплошности среды 7

1.3. Основные параметры и свойства воздуха 8

1.4. Стандартная атмосфера 10

1.5. Основы кинематики и динамики воздуха 11

1.6. Основы аэродинамики самолета 16

1.6.1. Геометрические характеристики основных частей самолета... 16

1.6.2. Системы координат.................................................................... 23

1.6.3. Аэродинамические силы и моменты, действующие на самолет 27

1.6.4. Подъемная сила.......................................................................... 30

1.6.5. Сила лобового сопротивления.................................................. 34

1.6.6. Аэродинамическое качество. Поляра........................................ 37

1.6.7. Аэродинамическая интерференция........................................... 38

1.6.8. Аэродинамические рули и механизация крыла самолета........ 38

2. Основы динамики полета летательных аппаратов................................... 43

2.1. Траекторное движение самолета 43

2.1.1. Уравнения движения центра масс самолета.............................. 43

2.1.2. Перегрузка.................................................................................. 46

2.1.3. Метод тяг Н.Е. Жуковского....................................................... 48

2.1.4. Дальность и продолжительность полета................................... 51

2.2. Движение самолета вокруг центра масс 54

2.2.1. Управляемость самолета............................................................ 54

2.2.2. Устойчивость самолета.............................................................. 58

Литература................................................................................................... 63

Введение

Учебное пособие «Основы аэродинамики и динамики полета летательных аппаратов» посвящено одному из разделов дисциплины «Основы авиации», предусмотренной учебным планом подготовки студентов 1 курса специальности 061100.

В настоящем учебном пособии основные сведения из аэродинамики и динамики полета излагаются в максимально упрощенной форме. Это связано с тем, что студенты 1 семестра 1 курса не знакомы с математическим аппаратом, необходимым для фундаментального изучения этих наук. Однако для того, чтобы грамотно решать задачи повышения экономической эффективности летательных аппаратов (ЛА), которые будут стоять в будущем перед выпускниками данной специальности, достаточно владеть материалом в том объеме, который предлагается ниже.

Пособие состоит из двух частей. В первой части излагаются основы аэродинамики: дается представление о строении земной атмосферы и свойствах воздуха, вводится понятие стандартной атмосферы, рассмотрены свойства воздуха и основные законы аэродинамики, физика взаимодействия воздуха с обтекаемыми телами.

Вторая часть пособия посвящена динамике полета. В ней рассматривается движение центра масс ЛА, а также движение ЛА вокруг его центра масс, т.е. вопросы устойчивости и управляемости.

В конце пособия дан список литературы, которая при желании или необходимости может быть использована для более глубокого изучения материала.

Основы аэродинамики летательных аппаратов

Аэродинамика – это наука об общих законах движения газа (преимущественно воздуха), а также о взаимодействии газа с движущимися в нем телами. Это взаимодействие может быть механическим и тепловым, в результате чего на ЛА в процессе его полета в атмосфере действуют аэродинамические силы, происходит нагрев его поверхности. Именно благодаря аэродинамическим силам возможен полет самолета или вертолета, т.е. аппаратов тяжелее воздуха. Однако аэродинамические силы не только поднимают ЛА в воздух, но и создают вредное сопротивление его движению, а нагрев поверхности ЛА приводит к изменению прочностных характеристик его конструкции. Величины аэродинамических и тепловых нагрузок зависят от формы ЛА и режимов его полета (скорости, высоты). В связи с этим основной задачей аэродинамики является выбор рациональной внешней формы ЛА с целью получения заданных летно-технических характеристик (ЛТХ), а также определение аэродинамических нагрузок и тепловых потоков, действующих на поверхность ЛА, для прочностных расчетов.