М. М. Расковой г. Тамбова На правах рукописи Васюков А. В. Аэродинамика и динамика полета учебное пособие

На правах рукописи

АЭРОДИНАМИКА И ДИНАМИКА ПОЛЕТА

(Учебное пособие для воспитанников общеобразовательной

школы-интерната с первоначальной летной подготовкой)

Содержание

стр.

Урок1 …………………………………………………………….. 5

Тема 9. Устойчивость и управляемость самолета

Введение
Аэродинамика – это наука о законах движения воздуха и силовом взаимодействии между воздушным потоком и находящимся в нем телами. Аэродинамика самолета во многом определяет его маневренность и летно-технические характеристики.

Динамика полета – это наука о законах движения летательных аппаратов под действием приложенных к ним сил.

В пособии рассматривается, главным образом, практическая аэродинамика самолета Як-52, то есть вопросы аэродинамики, динамики полета и пилотирования этого самолета.

1. 
   Основные свойства воздуха.
   

Рассматривая воздух как термодинамическую систему, состояние его можно характеризовать следующими параметрами: давлением, плотностью и температурой. Для единицы массы газа эти параметры связаны между собой уравнением

Применение гипотезы сплошности позволяет ввести понятие воздушной частицы, под которой подразумевается не молекула, а предельно малая воздушная масса dm, занимающая объем dv=dm/.

Воздушная частица, как и любое материальное тело, подчиняется законам Ньютона.

Под инертностью воздуха понимается стремление воздушных частиц, обладающих определенной массой, при отсутствии внешних сил сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения (первый закон Ньютона). Для изменения скорости движения воздушной частицы к ней необходимо приложить силу (второй закон Ньютона):

.

Вязкостью называется способность воздуха сопротивляться сдвигу одних слоев относительно других. Вязкость обуславливается тем, что в процессе хаотического теплового движения молекулы переходят из слоя в слой и переносят с собой определенной количество движения. В результате на медленно движущийся слой воздуха действует ускоряющая сила трения, а на движущийся более быстро – замедляющая.

Сжимаемостью называется свойс

При увеличении давления (сжатии воздуха) уменьшаются межмолекулярные промежутки, что ведет к возрастанию плотности воздуха. Количественной характеристикой сжимаемости является производная

.

Кроме сжимаемости, воздух обладает обратным свойством – упругостью, т.е. способностью сопротивляться деформациям сжатия. Количественной характеристикой упругости воздуха является величина, обратная сжимаемости dp/d [м²/с² ].

2. 
   Скорость звука и скачки уплотнения.
   

Благодаря упругости воздуха в нем могут распространяться звуковые волны. Скорость их распространения в среде называется скоростью звука. Скорость звука прямо пропорциональна упругости среды:

В аэродинамике в качестве критерия сжимаемости движущегося воздуха используется отношение скорости движения воздуха (полета) и скорости распространения звука – число М=V/a. Считается, что при малых числах М (М0,3-0,4) воздух считается практически несжимаемым и его плотность остается постоянной при изменении давления.

При больших скоростях полета торможение воздуха самолетом приводит к большим изменениям параметров воздуха: его давление, плотность и температура могут значительно повышаться. В зоне торможения воздуха возникает «большое возмущение», сравнимое по изменению параметров среды со взрывом боеприпаса.

Ф
ронт ударной волны, распространение которого остановлено набегающим воздушным потоком, называется скачком уплотнения. Физически скачек уплотнения представляет собой тонкий уплотненный слой воздуха, на котором скачком изменяются параметры потока.

= 0,047*760/(273+15) = 0.124 кг с²/м⁴.

2. 
   Определить скорость звука при температуре воздуха 15 ⁰С
   

A= 20.1  (273+15) = 341 м/с

Урок 2.

1. 
   Основные законы движения газов.
   

Воздушным потоком называется направленное движение массы воздуха (газа). Характеристиками воздушного потока в каждой точке являются параметры состояния воздуха (p,,T) и скорость движения его частиц (V).

Воздушный поток, в каждой точке которого с течением времени параметры остаются постоянными, называется установившимся (стационарным).

Линией тока называется линия, в каждой точке которой касательная к ней совпадает с направлением вектора скорости движения частиц в данный момент времени. В стационарных потоках линии тока и траектории движения частиц совпадают.

Поверхность, образованная линиями тока, проходящими через точки замкнутого контура, называется трубкой тока, а заключенный в ней объем – струйкой тока.


Так как поверхность трубки тока образована линиями тока, то она является непроницаемой для воздуха (нет нормальных составляющих скорости движения частиц).

Сама струйка тока по определению является неразрывной. Это ее свойство часто трактуют как закон неразрывности струи.

m_сек = m/t= = const,

где: t – время прохождения массы воздуха m через сечение струйки с площадью f.

Если воздух считать несжимаемым, то его плотность будет постоянной в любом сечении струйки и тогда Vf = const.

При установившихся течениях несжимаемого воздуха его объемный секундный расход через любое сечение струйки постоянен.

При этом V₁ f₁ = V₂ f₂ и V₁ /V₂ = f₂ /f₁.

Из уравнения Бернулли следует, что при установившихся адиабатических течениях несжимаемого воздуха в тех сечениях струйки тока, где скорость течения возрастает, статическое давление уменьшается.

2. 
   Аэродинамические трубы. Типы труб и принципы их работы.
   

А
эродинамические трубы являются устройствами для создания равномерного воздушного потока в ограниченном пространстве. В дозвуковых трубах для создания направленного движения воздуха обычно используется воздушные винты и устройства спрямляюшие поток. Трубы бывают замкнутого и разомкнутого типа, с открытой и закрытой рабочей частью.

Для создания сверхзвуковых потоков обычно используются устройства предварительного накопления запаса воздуха, который разгоняется до сверхзвуковых скоростей с использованием сопла Ловаля.

Задачи на закрепление материала.