Коэффициент донного сопротивления летательного аппарата

2.3.1. Общие сведения о донном сопротивлении

Корпус многих типов ЛА имеет кормовую часть, оканчивающуюся донным срезом, где обычно располагается выходное сопло реактивного двигателя. Если двигатель не работает, то в полёте на донном срезе возникает разрежение, увеличивающее лобовое сопротивление ЛА. Аналогичное разрежение возникает также на плоских торцах задних кромок несущих поверхностей, имеющих профиль со срезом на задней кромке.

Разрежение за телами () в основном определяется эжектирующим (отсасывающим) действием внешнего потока. Пограничный слой значительно ослабляет это эжектирующее действие. При сверхзвуковых скоростях полёта добавляется также дополнительное разрежение из-за поворота и расширения сверхзвукового потока.

Обычно удобнее работать не с давлением в донной части тела, а с коэффициентом донного давления , определяемого по формуле

. (2.26)

Минимальному значению донного давления соответствует вакуум (), что позволяет найти предельное значение коэффициента донного давления:

. (2.27)

Экспериментальные исследования показывают, что донное давление почти равномерно распределяется по сечению донного среза корпуса или плоского торца профиля. Поэтому коэффициенты донного сопротивления корпуса и несущих поверхностей определяются по формулам

, (2.28)

, (2.29)

, (2.30)

где и – относительные толщины задних кромок профилей несущих поверхностей, вычисленные по средним сечениям соответствующих консолей (, ).

Суммируя коэффициенты донного сопротивления этих частей, получаем коэффициент донного сопротивления ЛА:

(2.31)

Рассмотрим определение составляющих донного сопротивления.

2.3.2. Коэффициент донного сопротивления
корпуса

Величина разрежения, устанавливающегося на донном срезе корпуса, зависит от многих факторов, из которых следует отметить числа и , форму кормовой части, температуру поверхности, наличие или отсутствие реактивной струи, близость расположения к донному срезу несущих поверхностей и т. п. Поэтому создание теоретического метода определения донного сопротивления представляет весьма трудную задачу и при практических расчётах в основном приходится опираться на результаты экспериментов.

Влияние числа Рейнольдса на донное давление сильно сказывается при дозвуковых скоростях полёта, где разрежение на донном срезе корпуса определяется эжектирующим действием внешнего потока. Пограничный слой в окрестности донного среза подобен цилиндрической изолирующей оболочке, отделяющей внешний поток от внутренней полости, расположенной за дном. Эффект отсоса будет возрастать с уменьшением толщины пограничного слоя в кормовой части, а следовательно, и с увеличением числа . Однако, как показывают экспериментальные исследования, более универсальным и более удобным параметром, чем число , является сопротивление трения корпуса. Так как с ростом числа коэффициент сопротивления трения корпуса уменьшается, то между величинами и должна существовать обратная зависимость. Обработка экспериментальных данных при дозвуковых скоростях полета даёт следующую связь между этими коэффициентами:

, (2.32)

а для коэффициента донного сопротивления корпуса имеем

. (2.33)

Значения коэффициента сопротивления трения корпуса в этих формулах вычисляются согласно подразд. 2.2.2.

При сверхзвуковых скоростях влияние числа на донное сопротивление уменьшается и основными параметрами становятся число и форма кормовой части корпуса. Анализ экспериментальных данных показывает, что донное разрежение заметно уменьшается при уменьшении относительной площади донного среза и при увеличении крутизны обводов кормовой части. Последнее свойство можно учесть введением параметра . В случае конической кормовой части есть не что иное, как угол наклона образующей этой части. Введём параметр , учитывающий крутизну обводов и сужение кормовой части:

.

При увеличении этого параметра донное сопротивление корпуса при сверхзвуковых скоростях будет уменьшаться.

Поэтому эмпирическую зависимость для донного давления при можно представить в следующем виде:

. (2.34)

При этом коэффициент донного сопротивления корпуса будет вычисляться по формуле

. (2.35)

Здесь параметр определяется по приближенной формуле:

, (2.36)

где вычисляется по формуле (2.32). При проведении «прикидочных» расчётов при для можно воспользоваться формулой , а при можно считать, что .

Коэффициент учитывает влияние сужения и крутизны обводов кормовой части на донное сопротивление. Как видно из приведенного на рис. 2.6 графика , с увеличением числа влияние параметра уменьшается. Наибольшее влияние этого параметра сказывается при не очень больших сверхзвуковых числах полёта.

Следует также учесть, что донное сопротивление корпуса при не очень больших сверхзвуковых скоростях может увеличиться из-за близко расположенной несущей поверхности, особенно, если она имеет толстый профиль.

Если из сопла, расположенного на донном срезе, вытекает реактивная струя, то коэффициент донного давления можно рассчитывать по приведенным выше формулам (при работе сопла на расчётном режиме). Но при этом величина определяется по площади кольца, заключенного между окружностями донного среза и сопла. Однако в большинстве случаев донное сопротивление при работающем двигателе будет незначительным и им можно пренебречь. Но более точная количественная оценка влияния струи на донное сопротивление может быть дана только в результате экспериментальных исследований.

2.3.3. Коэффициент донного сопротивления
несущих поверхностей, имеющих профиль
с плоским торцом на задней кромке

Применение на несущих поверхностях профилей с плоским торцом на задней кромке позволяет улучшить их аэродинамические характеристики при больших числах . Однако за такой тупой кромкой происходит отрыв потока, что приводит к появлению донного сопротивления. Здесь, как и у корпуса, основными параметрами, влияющими на донное давление и сопротивление, являются числа и , а также форма хвостовой части профиля.

В дозвуковом потоке коэффициент донного давления на плоском торце профиля -й несущей поверхности можно вычислить по формуле [9]

, (2.37)

где – коэффициент сопротивления трения -й несущей поверхности ( определяется по (2.15), а – по (2.23)).

В сверхзвуковом потоке коэффициент донного давления за тупой кромкой, как и в случае корпуса, отличается от предельного значения, что и учитывается введением коэффициента . Поэтому

, (2.38)

где значения коэффициента определяются по формуле (2.36) для значений , вычисленных согласно (2.37).

Коэффициент донного сопротивления -й несущей поверхности по известному коэффициенту донного давления вычисляется по следующей формуле:

. (2.39)

Здесь, как и в предыдущих формулах, необходимо подставлять для несущих поверхностей соответствующие значения относительной толщины торца , угла стреловидности по задней кромке , а числа находить с учётом коэффициентов торможения потока.

Небольшие углы атаки и отклонения несущих поверхностей практически не влияют на величину донного сопротивления.

Систематические исследования донного давления и сопротивления плоских и осесимметричных тел с анализом влияния различных факторов можно найти в монографии [9].

Дата добавления: 2014-12-26