Общая характеристика лобового сопротивления. Составные части сопротивления

КОЭФФИЦИЕНТ ЛОБОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА ПРИ

Сопротивление летательного аппарата определяется силами давления, действующими по нормали к элементу поверхности (сопротивление давления), и касательными силами трения, обусловленными вязкостью среды (сопротивление трения). С другой стороны, лобовое сопротивление, а также коэффициент лобового сопротивления ЛА удобно представить в виде суммы двух слагаемых:

,(2.1)

где – коэффициент сопротивления ЛА при неотклонённых рулевых поверхностях и угле атаки, равном нулю; – коэффициент индуктивного сопротивления, который учитывает приращение сопротивления за счет угла атаки и отклонения рулевых поверхностей.

Согласно экспериментальным данным сопротивление трения при безотрывном обтекании поверхности ЛА (при малых углах атаки) практически не зависит от углов атаки, поэтому индуктивное сопротивление в основном создается силами давления. Иногда в коэффициент индуктивного сопротивления также включают небольшие изменения сопротивления трения по углам атаки.

В настоящей главе рассматривается определение коэффициента лобового сопротивления ЛА при неотклонённых рулевых поверхностях и угле атаки, равном нулю. Методика расчета индуктивного сопротивления приведена в гл. 4.

Коэффициент лобового сопротивления ЛА при и будем рассматривать в вида суммы коэффициента сопротивления трения и коэффициента сопротивления давления, который, в свою очередь, удобно разделить также на две составляющие: – коэффициент сопротивления давления боковой поверхности и – коэффициент сопротивления от сил давления, приложенных к донному срезу корпуса и к плоским торцам задних кромок несущих поверхностей:

. (2.2)

При дозвуковых скоростях полёта () значения коэффициента для удобообтекаемых тел близка к нулю, а на некоторых носовых частях возникает подсасывающая сила (), что приводит к уменьшению суммарного сопротивления. Поэтому при дозвуковых скоростях полёта для многих форм ЛА этой величиной можно пренебречь. Однако для корпусов с сильно затупленными носовыми частями величина коэффициента может оказаться существенной и соизмеримой с другими составляющими сопротивления.

При скоростях полёта, соответствующих , возникает волновое сопротивление, которое определяется силами давления, действующими на боковую поверхность. Поэтому

, (2.3)

где – коэффициент волнового сопротивления ЛА.

Приведенное выше разделение лобового сопротивления на составные части значительно упрощает его анализ и расчёт. Однако оно допустимо только при дозвуковых и умеренных сверхзвуковых скоростях полёта. При гиперзвуковых скоростях это обычно не используется из-за существенного взаимодействия ударной волны с пограничный слоем.

Для определения составляющих сил лобового сопротивления используются различные методы. Расчёт сопротивления трения обычно ведётся с использованием теории пограничного слоя, волновое и индуктивное сопротивления определяются в рамках модели идеальной среды, а для расчёта донного сопротивления применяются результаты теории как пограничного слоя, так и идеальной среды.

В общем случае сопротивление ЛА складывается из сопротивлений изолированного корпуса (фюзеляжа), несущих и управляющих поверхностей, а также некоторой дополнительной величины (положительной или отрицательной), обусловленной взаимным влиянием этих частей. При неудачной аэродинамической компоновке интерференция повышает лобовое сопротивление ЛА, а при удачной компоновке можно получить в необходимом диапазоне чисел полёта сопротивление всего ЛА, меньше суммы сопротивлений отдельных его частей. Такое уменьшение лобового сопротивления можно получить, используя «правило площадей». Однако для одноразовых ЛА обычно используются простейшие геометрические формы корпусов, т. е. «правило площадей» не применяется. В этом случае и при разумной компоновке при расчете коэффициента лобового сопротивления ЛА при и взаимное влияние его частей незначительно и сводится в основном к учёту торможения потока в области несущих поверхностей. Следовательно, в этом случае коэффициент лобового сопротивления ЛА можно определить по формуле

(2.4)

где , и – коэффициенты лобового сопротивления изолированных частей ЛА; и – коэффициенты торможения потока в районе несущих поверхностей; и – количество консолей несущих поверхностей. Множитель введён для учёта дополнительного сопротивления, вызванного наличием мелких надстроек, сварных и заклепочных швов и т. п.

Рассмотрим методику определения составляющих сопротивления.

Дата добавления: 2014-12-26