Волновой кризис. Явление образования в общем дозвуковом потоке местных сверхзвуковых зон и местных скачков уплотнения называется волновым кризисом

Струйки потока при обтекании самолета деформируются. Поэтому местные скорости движения воздуха над крылом превышают скорость полета (Рис.5.7)

Рис.5.7 Волновой кризис

При достаточно большой скорости полета скорости воздуха в наименьшем (критическом) сечении струйки достигают местной скорости звука (рис. 5.7,а). Если

соединить критические сечения струек, в которых скорость достигает местной скорости звука, получим “звуковую линию” 1.

На крыле обра­зуется местная сверхзвуковая зона, которая начинается от звуковой линии и замыкается местным скачком уплотнения 2(рис. 5.7,б). Так как местный скачок уплотнения — прямой, то скорость потока за ним становится дозву­ковой. Иногда образуется дополни­тельный косой скачок уплотнения.

Последствия волнового кризиса. Волновой кризис качествен­но изменяет обтекание крыла и вызывает перераспределение давления по его профилю

(рис. 5.8,а).

Рис.5.8 Перераспределение давлений и волновой срыв потока

В результате этого изменяется величина аэродинамических сил, перемещается центр давления, нарушаются равновесие, устойчивость и управляемость самолета, возникают вибрации.

В результате взаимодействия местного скачка уплотнения с пограничным слоем возникает волновой срыв потока (рис. 5.8,б).

Причина срыва в том, что дозвуковая часть погранично­го слоя отделяет скачок 3 от поверхности крыла. Из-за разности давлений за и перед скачком в дозвуковой части пограничного слоя возникают обратные течения 4. Это вызывает отрыв пограничного слоя от поверхности крыла.

Преодоление волнового кризиса. Наиболее резкое изменение аэродинамических коэффициентов связано с явлением волнового кризиса.

Поэтому для увеличения максимальной скорости полета дозвуковых самолетов и безопасного разгона сверхзвуковых самолетов основной задачей является увеличение критического числа М, «смягчение» волнового кризиса. Достигается это применением скоростных профилей крыла; уменьшением углов атаки, увеличением стреловидности крыла; уменьшением его удлинения.

-Скоростные профили значительно меньше деформируют поток, чем обычные. Чем меньше деформируется поток, тем мень­ше местные скорости обтекания профиля при заданной скорости полета и тем больше (рис 5.9,а).

Рис.5.9,а Влияние формы профиля

-Увеличение стреловидности крыла усиливает так называемый эффект скольжения, за счет которого скорость потока V раскладывается на две составляющие: нормальную и ка­сательную (рис. 5.9,б).

Рис. 5.9,б Влияние стреловидности

С увеличением угла стреловидности нормальная составляющая скорости V_n, воздействующая на профиль крыла, будет меньше скорости полета V. Это способствует увеличению критического числа Маха. Следовательно,у стреловидного крыла, по сравнению с прямым, изменение аэродинамических коэффициентов, связанное с волновым кризисом, происходит менее резко. Поэтому стреловидность крыла значительно улучшает устойчивость и управляемость самолета на около- и сверхзвуковых скоростях полета.

-Уменьшение удлинения крыла усиливает торцевой эффект. Он распространяется на большую часть поверхности крыла, и разрежение над крылом уменьшается (рис.5.9,в). Это приводит к более позднему появлению местных скачков уплотнения, т.е. к увеличению .

Рис.5.9,в Влияние удлинения крыла

-На аэродинамические характеристики крыла малого удлинения большое влияние оказывает форма в плане. Например, тре­угольное крыло соединило в себе преимущества большой стрело­видности и малого удлинения для увеличения и уменьшения волнового сопротивления.

5.5 Аэродинамические формы скоростного самолета

Выбор форм скоростного самолета направлен на увеличение критического числа Маха всех его частей (крыла, фюзеляжа, опе­рения, гондол двигателя и т. д.) а также на улучшение характеристик устойчивости и управляемости.

-Крыло. Наиболее рациональными являются профили крыла с малым радиусом закругле­ния носка, относительными толщиной , кривизной , симметричные или близкие к ним. Наибольшая толщина узких профилей расположена на 45 – 50% хорды от ребра атаки.

Для получения необхо­димого значения применяются крылья малого удлинения, стреловидные в плане, с углами стреловидности 40 – 60°.

Для улучшения характеристик устойчивости применяют аэроди­намическую крутку крыла; в корневых сечениях применяют профили малой кривизны и даже “перевернутые” с отрицательной кривиз­ной, а на конце крыла более “несущие” профили.

Устойчивость и управляемость увеличиваются также за счет геометрической крутки крыла, постановки аэродинамических гребней. Для обеспе­чения хороших взлетно-посадочных характеристик крыло снаб­жается мощной механизацией.

-Фюзеляж выполняют тонким, с большим удлинением, сигарообразной формы. Носовая и хвостовая части фюзеляжа обычно заостряются.

Поперечные сечения фюзеляжа определяются в соответствии с “правилом площадей”, смысл ко­торого сводится к тому, что площадь поперечного сечения фюзе­ляжа в месте присоединения крыла должна быть уменьшена на величину площади сечения крыла поперечной плоскостью (рис. 5.10).

Фонарь кабины стараются вписать в контуры фюзеляжа.

Рис.5.10 Правило площадей

-Оперение. Увеличение элементов оперения достигается применением скорост­ных профилей, увеличением стреловидности и уменьшением уд­линения. Улучшение характеристик продольной и путевой устой­чивости и управляемости обеспечивается увеличением площадей горизонтального и вертикального оперения и применением цельно поворотных стабилизаторов и килей.

-Аэродинамическая компоновка. Скоростные реактивные самолеты строятся чаще всего по схеме среднепланов. Уменьшение вредного взаимного влияния частей самолета дости­гается размещением их таким образом, чтобы максимальная толщина профиля крыла не находилась в одной плоскости с наибольшим сечением фюзеляжа. Поэтому крыло и стабилизатор скоростных самолетов от­носительно фюзеляжа и киля сдвинуты назад. Горизонтальное оперение относительно крыла смещают вверх или вниз.

Вывод: Формы летательного аппарата выбираются в зависимости от законов движения газового потока. Для полета на скоростях, где сказывается сжимаемость воздушной среды, аэродинамическая компоновка самолета и формы его частей значительно отличаются от скоростей, где сжимаемость не проявляется и воздух ведет себя как капельная жидкость.

Контрольные вопросы:

1. Что такое звук как физическое явление?

2. От каких параметров среды зависит скорость звука?

3. Что называется скачком уплотнения?

4. Какое сопротивление называют волновым? Какова его природа?

5. Какое число М полета называют критическим?

6. Чем опасно явление волнового кризиса?

7. Как возникает и к каким последствиям приводит явление волнового кризиса?

8. Какие профили и почему используют для скоростных самолетов?

9. Почему при стреловидном крыле увеличивается критическое число Маха?

10. Какие недостатки стреловидного крыла?

11. С какой целью применяют крыло малого удлинения?

12. Какие особенности имеют формы скоростного самолета?

Раздел II Динамика полета

Динамика полета – это наука, определяющая законы движения летательного аппарата под действием приложенных к нему сил. В динамике полета рассматриваются различные случаи установившегося и неустановившегося движений самолета и даются методы расчета его летных характеристик.

Установившимся считается такое движение самолета, при котором скорость V, высота H, угол атаки α, угол скольжения β и угол крена γ с течением времени не изменяются.

Практически осуществить такой полет невозможно, так как вследствие изменения веса самолета по мере выгорания топлива, а также вследствие неравномерности работы двигателей и изменения состояния атмосферы параметры движения самолета будут изменяться. Поэтому движение самолета, строго говоря, является неустановившимся. Однако рассмотрение полета как установившегося движения позволяет оценить предельные возможности самолета.

Движение самолета в течение короткого отрезка времени можно оценить с помощью алгебраических уравнений статики как для установившегося движения. В динамике полета к таким случаям относятся горизонтальный полет, набор высоты, снижение и правильный вираж. Описание других случаев движения – разгона, торможения, взлета и посадки возможно лишь при помощи дифференциальных уравнений.

При рассмотрении движения самолета принимаются следующие допущения:

-Сила тяги считается направленной по касательной к траектории движения;

-Внешние силы приводятся к центру тяжести самолета с добавлением соответствующих моментов. Эти моменты считаются уравновешенными при помощи рулей;

-Движение самолета заменяется рассмотрением перемещения его центра тяжести;

-Уравнения движения составляются в скоростной системе координатных осей ox_а, o y_а, o z_а..

Определим режимы и характеристики горизонтального полета, подъема и планирования, их зависимость от высоты полета, полетного веса и режима работы двигателя.

Дата добавления: 2015-05-08