Тема 1. 1. Основные понятия и законы аэродинамики. Аэродинамика, её содержание и место в ряду специальных дисциплин

Аэродинамика, её содержание и место в ряду специальных дисциплин

Аэродинамикой называют науку, изучающую законы движения воздуха (газа) и механическое взаимодействием между воздухом (газом) и движущимся в нем телом. Раздел аэродинамики, рассматривающий воздух как несжимаемую жидкость, носит название гидроаэродинамики.

Рассматривать воздух в виде жидкости можно при малой скорости его движения. При скорости, близкой к скорости распространения звука, проявляется сжимаемость воздуха, т.е. он ведет себя как газ. Изучением движения газа с большой скоростью занимается аэродинамика больших скоростей или газовая динамика. Обтекание тел при очень больших, так называемых гиперзвуковых скоростях, которые в 5 и более раз превышают скорость звука, изучается в разделе аэродинамики, называемой гипераэродинамикой.

Обтекание тел сильно разреженным газом, встречающееся на больших высотах, рассматривается аэродинамикой разреженных газов (супераэродинамикой).

При движении с большими гиперзвуковыми скоростями возникают явления ионизации молекул воздуха, изменяющие его физические свойства. Аэродинамика ионизированного газа называется магнитоаэродинамикой.

Аэродинамика является теоретической основой авиации. На ней базируются науки:

- теория крыла,

- теория воздушного винта,

- динамика полета,

- аэродинамический расчет,

- устойчивость и управляемость самолета.

Попытки летать предпринимались человеком еще в глубокой древности, о чем повествуют дошедшие до нашего времени летописи и легенды. Исследованиями проблем полета занимался Леонардо да Винчи (1452 – 1519 гг.). Сохранились эскизы его проектов «крыльчатой» машины, машины вертикального взлета.

Возможность летания на аппаратах тяжелее воздуха проверялась в исследованиях И. Ньютона (1642 – 1727) гг.

Ньютон установил зависимость величины аэродинамической силы от плотности среды, площади несущей поверхности и квадрата скорости перемещения. Почва для зарождения аэродинамики как науки была подготовлена трудами М.В. Ломоносова (1711 – 1765 гг.) и его современников Л. Эйлера (1707 – 1783 гг.), Д. Бернулли (1700 – 1782 гг.)

М.В. Ломоносов занимался исследованиями атмосферы, заложившими основы научной метеорологии. Л. Эйлер создал теорию несжимаемой (так называемой идеальной) жидкости, на базе которой решены некоторые задачи современной аэродинамики.

Д. Бернулли вывел одно из важнейших уравнений аэродинамики, дающее простое физическое объяснение образования подъемной силы.

В конце XIX века в период с 1882 по 1884 гг. русским изобретателем А.Ф. Можайским был построен первый самолет. Самолет Можайского имел крыло площадью примерно 370м², фюзеляж в виде лодки, горизонтальное и вертикальное оперение, четырехколесное шасси, три воздушных винта. Винты приводились во вращение двумя паровыми машинами общей мощностью примерно 30 л.с. Общий вес аппарата был около 900 кг.

В 1903 г. поднялись в воздух изобретатели братья Райт. Самолет братьев Райт имел два крыла, расположенные одно под другим, и вынесенное вперед оперение. Воздушный винт толкающего типа приводился во вращение двигателем внутреннего сгорания. Вместо колесного шасси стояли полозья.

За период, прошедший со времени постройки самолета А.Ф. Можайского, аэродинамика получила значительное развитие благодаря трудам Н.Е. Жуковского (1847 – 1921 гг.), которого В.И. Ленин назвал “отцом русской авиации”.

В 1918 г. В.И. Ленин подписал декрет об организации ЦАГИ (Центрального аэрогидродинамического института), первым руководителем которого был Н.Е. Жуковский. Н.Е. Жуковским и его учениками С.А. Чаплыгиным, В.П. Ветчинкиным, Б.Н. Юрьевым и другими были заложены основы современной аэродинамики.

Неоценимое значение для развития реактивной авиации и ракетной техники имели работы К.Э. Циолковского (1857 – 1935 гг.), который разработал теорию реактивного движения, обосновал возможность полетов в межпланетном пространстве.

Последующее поколение отечественных ученых – аэродинамиков М.В. Келдыша, Н.Е. Кочина, С.А. Христиановича, В.В. Струминского, Я.М. Серебрийского, А..А.. Дородницина и других успешно продолжили и развили работы Н.Е. Жуковского.

Классификация летательных аппаратов

Основным признаком классификации летательных аппаратов является способ летания. Существуют два основных способа летания аппаратов тяжелее воздуха – аэродинамический и баллистический.

Аэродинамический способ заключается в том, что летательный аппарат удерживается в воздухе при помощи аэродинамической, так называемой подъемной силы, возникающий от взаимодействия тела с потоком воздуха. Условием образования аэродинамической силы является относительное перемещение воздуха и тела.

К летательным аппаратам, использующим аэродинамический принцип полета, относятся самолеты, крылатые ракеты и вертолеты.

Средством, создающим необходимую для полета аэродинамическую силу у крылатых летательных аппаратов, является крыло, а у вертолетов – несущий винт. Так как крыло присоединено к корпусу летательного аппарата неподвижно, то для создания аэродинамической силы всему летательному аппарату придается поступательное движение при помощи двигателя.

У вертолета роль крыла играет несущий винт, приводимый во вращение двигателем. При этом аэродинамическая сила создается без поступательного движения всего вертолета.

Баллиститический способ летания есть полет свободно брошенного тела, происходящий в основном под действием силы земного притяжения. Такой полет может совершатся только за счет предварительно накопленной кинетической энергии.

Существует промежуточный класс летательных аппаратов – ракетопланы, для которых применяются оба принципа полета – аэродинамический и баллистический.

Аэродинамический принцип полета может осуществляться только в пределах атмосферы, от свойств и состояния которой зависит характер движения летательного аппарата. Поэтому знакомство с аэродинамикой самолета необходимо начинать с изучения свойств атмосферы.

Дата добавления: 2015-05-08