Файл: Цейтлин Г.М. Аэродинамика и динамика полета самолета с ТРД учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 17
Г. М. ЦЕЙТЛИН, м. и. сольц, в. м. ПОПОВ
контрольиы;; экземпляр
АЭРОДИНАМИКА
ИДИНАМИКА ПОЛЕТА САМОЛЕТА С ТРД
Утвержден Главноко манду |
ющим Военно-Воздушными |
Силами |
||
в качестве учебника |
для |
курсантов высших |
военных |
|
авиационных |
училищ |
летчиков |
|
Ордена Трудового Красного Знамени ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ СССР.
М О С К В А — 1 9 7 3
УДК 533.6.013(075)
Гос. г,.-
научно-. ач
^ H I A f i f a h O i О З А Д А
Г. М. Цейтлин, М. И. Сольц, В. М. Попов.
Аэродинамика и динамика полета самолета с ТРД. М., Воениздат, 1973.
|
479 |
с |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
В |
учебнике |
изложены |
|
основные |
вопросы |
а э р о д и н а м и к и |
и |
ди |
||||||||||
намики |
полета |
самолета с Т Р Д в о б ъ е м е |
программы |
высших |
воен |
||||||||||||||
ных авиационных |
училищ |
летчиков. |
При изучении |
курса |
н а р я д у |
||||||||||||||
с |
учебником о б я з а т е л ь н о |
д о л ж н ы |
использоваться |
технические |
опи |
||||||||||||||
сания, |
инструкции |
летчику, |
методические |
пособия |
по технике |
пило |
|||||||||||||
тирования |
и боевому применению конкретных типов самолетов . |
|
|||||||||||||||||
|
Вступление, |
главы |
|
1—5, |
7—10 |
и |
16 |
написаны |
д о ц е н т о м |
||||||||||
Г. |
М. Ц е й т л и н ы м , |
главы |
6, |
11—15—Г. |
М. Ц е й т л и н ы м |
и |
|||||||||||||
М. |
И. С о л ь ц е м |
совместно . |
Н а у ч н о е |
редактирование |
учебника |
||||||||||||||
выполнено |
к а н д и д а т о м |
технических |
наук, |
д о ц е н т о м |
В. М. П о п о- |
||||||||||||||
в ы м, |
им |
ж е |
написан |
§ |
13.5. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Авторы |
в ы р а ж а ю т |
благодарность |
п р е п о д а в а т е л я м |
Харьковского |
В В А У Л П. С. Ж е р д е в у , Ю. 3. П а р ф е н р в у и Е. Д . К о в а л е в у за помощь, о к а з а н н у ю при подготовке рукописи к печати.
© 'Министерство обороны СССР, 1973
КУРС АЭРОДИНАМИКИ И ДИНАМИКИ ПОЛЕТА, ЕГО МЕСТО И РОЛЬ В ФОРМИРОВАНИИ ВОЕННОГО ЛЕТЧИКА-ИНЖЕНЕРА
Отечественная авиационная промышленность поставляет на во оружение ВВС первоклассные самолеты. Чтобы эффективно ис пользовать их маневренные и боевые свойства, летчик должен иметь достаточно обширные и глубокие знания в области аэроди намики и динамики полета.
Курс аэродинамики и динамики полета ВВАУЛ включает осно вы двух самостоятельных наук (аэродинамика, динамика полета) и прикладные разделы, посвященные практической аэродинамике учебного и боевого самолетов. Базируясь на знаниях математики, физики, теоретической механики, термодинамики и теории реактив ных двигателей, этот курс, в свою очередь, обеспечивает освоение летной практики и изучение авиационной техники, тактики ВВС, боевого применения средств поражения и самолетовождения.
А э р о д и н а м и к а |
— наука о движении воздуха (и других га |
зов) и о механическом |
взаимодействии между воздушным потоком |
и обтекаемыми им телами.
Основная задача, решаемая аэродинамикой в интересах летной практики, состоит в определении сил и моментов, действующих на самолет и его части в тех или иных условиях полета.
Первые попытки объяснения таких явлений, как образование аэродинамических сил, относятся к сравнительно далеким временам. Так, известный итальянский ученый и художник Леонардо да Вин чи, анализируя полет птицы, в начале XVI столетия пришел к вы воду, что сила, удерживающая ее в воздухе, создается в резуль тате быстрых ударов крыльями; предложенная Ньютоном в конце XVII века ударная теория аэродинамического сопротивления гос подствовала в науке вплоть до начала нашего столетия и послужи
ла основой современной аэродинамики разреженных газов.
Начало становления аэродинамики как науки связано с труда ми академиков Российской Академии наук Леонарда Эйлера (1707—1783) и Даниила Бернулли (1700—1783). Эйлер сформули ровал общие уравнения движения жидкости и газа, применил к этому движению открытый М. В. Ломоносовым закон сохранения вещества, исследовал различные случаи сопротивления тел в жид кой среде, вывел ряд практических рекомендаций применительно к кораблестроению и конструированию гидравлических машин. Бернулли установил количественные соотношения между измене ниями кинетической энергии и давления жидкости, исследовал ряд задач, связанных с определением сил давления.
Бурное развитие аэродинамики началось с первых лет нынеш него, XX столетия, в связи с появлением новой отрасли техники — авиации. Практические запросы быстро развивающейся авиации ставили перед наукой все новые проблемы, требующие немедлен ного решения.
Основоположником авиационной аэродинамики явился Н . Е . Ж у
ковский (1847—1921). Будучи одним из крупнейших |
математиков |
и механиков своего времени, талантливым инженером |
и педагогом, |
обладая огромной работоспособностью и всегда полный стремле ния служить науке и своему народу, Жуковский лично разработал целый ряд важнейших проблем авиационной аэродинамики и вос питал большую группу учеников, многие из которых стали достой ными продолжателями его дела. По инициативе Н. Е. Жуковско го и под его руководством были созданы первые в России аэроди намические лаборатории, а в конце 1918 г. был организован Цен тральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ). Исследова ния Жуковского и его учеников выдвинули русскую авиационную науку на первое место в мире. За огромные заслуги в развитии отечественной авиации В. И. Ленин назвал Н. Е. Жуковского «от цом русской авиации». Жуковский существенно видоизменил и приспособил к решению практических задач струйную теорию Кирхгофа, первым в мире научно разрешил проблему подъемной
силы |
крыла, разработал |
и применил к решению |
практических |
задач |
вихревую теорию |
крыла и воздушного винта, |
разработал |
метод аэродинамического расчета самолета и многие вопросы ме тодики аэродинамического эксперимента.
Работы Н. Е. Жуковского успешно продолжил его ученик и со ратник академик С. А. Чаплыгин (1869—1942). Им была вскрыта зависимость между сопротивлением крыла и его удлинением, де-
4
тально разработана теория крыла конечного размаха, исследованы моментные характеристики крыла и введено понятие «аэродинами ческий фокус». Огромной заслугой С. А. Чаплыгина является раз работка теории движения газа с большими скоростями, ставшей
основой современной |
газовой |
динамики. |
|
Д и н а м и к а п о л е т а — это наука |
о движении летательных |
||
аппаратов. Основная |
задача |
динамики |
полета — выявление закона |
движения самолета под действием заданной системы сил и момен тов (или определение системы сил и моментов, необходимой для реализации заданного закона движения). С точки зрения повыше ния эффективности полетов весьма важными являются задачи ди намики полета, связанные с выявлением и исследованием режимов движения, обеспечивающих экстремальное значение какого-либо параметра: максимальной дальности полета, минимального време
ни вывода самолета в |
заданную |
точку воздушного пространства |
||||
и т. п. |
|
|
|
|
|
|
Основоположником |
динамики |
полета |
в |
нашей |
стране |
также |
явился Н. Е. Жуковский. Одна из |
первых |
в |
мире |
научных |
работ, |
посвященных исследованию закономерностей установившегося и
неустановившегося |
полета («О парении птиц»), была написана им |
|
в 1891 —1892 гг. В |
1913 г. Н. Е. Жуковский издает первый |
система |
тический курс динамики полета («Динамика аэроплана в |
элемен |
|
тарном изложении»). |
|
Дальнейшее развитие динамики полета связано с трудами уче
ников |
Н. Е. Жуковского — В. П. |
Ветчинкина, |
Б. |
Н. |
Юрьева, |
В. С. Пышнова, И. В. Остославского и многих других |
выдающихся |
||||
советских ученых. |
|
|
|
|
|
Говоря даже столь кратко о становлении и развитии |
аэродина |
||||
мики |
и динамики полета, нельзя не |
остановиться |
на |
роли летчи |
ков-испытателей в этом процессе. Каждый полет летчика-испыта теля — это разведка, из которой он приносит важные сведения о «противнике», т. е. о еще не покоренных областях скоростей и вы сот, неизвестных до конца режимах и т. п.
Аэродинамика и динамика полета, раскрывая физическую сущ ность аэродинамических явлений, развивающихся при обтекании частей самолета, и закономерности его движения, позволяют лет чику:
— анализировать поведение самолета, оценивать его возмож ности и на этой основе грамотно строить полет, безопасно и рацио нально управлять самолетом в различных условиях, своевременно замечать и исправлять случайные отклонения;
— в зависимости от общей цели полета и конкретной обстанов ки на различных его этапах выбирать наиболее целесообразные ре жимы полета и маневры;
— при анализе выполненного полета и подготовке к очередному полету производить необходимые расчеты, пользуясь материалами, содержащимися в технической документации данного типа само лета;
— самостоятельно изучать новейшие самолеты, анализировать их маневренные и пилотажные свойства, активно участвовать в разработке новых тактических приемов и способов боевого приме нения средств поражения.
Ч А С Т Ь I
АЭРОДИНАМИКА
Г л а в а 1
ВОЗДУХ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ЕГО ДВИЖЕНИЯ § 1.1. Общее представление о воздухе
Воздух — это смесь газов. В пределах высот, доступных для со временных самолетов, основную его массу составляют два двух
атомных газа: азот |
(примерно |
79% |
по |
объему) |
и |
кислород |
(око |
|||
ло |
21%). |
Содержание остальных |
веществ в |
воздухе невелико |
||||||
и |
практически не |
влияет |
на |
его |
механические |
свойства. |
По |
|||
скольку в |
аэродинамических |
явлениях |
молекулы |
различных |
ве |
ществ никак не проявляют своих специфических особенностей, в аэродинамике воздух рассматривается как однородный двухатом ный газ.
В обычных условиях средние расстояния между молекулами воздуха во много раз превышают размеры самих молекул. Поэто му межмолекулярные силы невелики, собственный суммарный объем молекул пренебрежимо мал в сравнении с объемом, зани маемым данной воздушной массой, и воздух достаточно хорошо
подчиняется уравнению газового |
состояния |
||
f |
= |
RT, |
(1.1) |
н |
|
|
|
где р — давление, —3-; |
|
|
|
кг |
|
|
|
Р — плотность, |
|
|
|
Т — температура, град абс; |
|
|
|
R — газовая постоянная |
воздуха, |
Дж/кг - град . |
Заметим, что в аэродинамике мы будем пользоваться междуна
родной системой единиц СИ.
Осредненную массу JAb киломоля воздуха легко определить, зная его состав. Далее по формулам, известным из курса физики, можно
вычислить |
термодинамические |
постоянные |
воздуха — удельную |
(для 1 кг) |
газовую постоянную |
R, изохорную |
cv и изобарную ср |
7
удельные теплоемкости, показатель идеальной адиабаты (изо-
энтропы) |
k: |
|
|
|
|
|
|
|
, _ 7 9 ^ + 2 1 ^ |
^ ° > й 4 |
кг |
83Ю |
д ж |
|
г р а д |
|
|
^в — |
шо |
ь » / < = — — = 28 » |
к г |
|
|
|||
|
100 |
— — . « - ккмолл ь . |
.у — — — |
|
. |
|
, |
1,4,
где jj-N a =28 кг/кмоль и [А0 2 -= 32КГ/КМОЛЬ— массы киломолей азота и
кислорода; 8310 Дж/кмоль • град —• универсальная газовая по
стоянная;
i = 5 — число степеней свободы молекулы двухатомного газа.
В связи с тем что в аэродинамических явлениях даже на сравнительно небольших участках поверхности во взаимодействии воздушных масс между собой или с твердым телом одновременно участвует огромное количество молекул, это взаимодействие прак тически можно считать непрерывным. На этом основании в аэро динамике вводится так называемая гипотеза сплошности, согласно которой воздух рассматривается как сплошная, непрерывная сре да, а под элементарной воздушной частицей подразумевается не молекула, а предельно малая воздушная масса dm, занимающая
объем dv — ~ - . Гипотеза сплошности позволяет, например, рас сматривать взаимодействие воздушного потока с твердым телом не как процесс бомбардировки поверхности этого тела множеством молекул, каждая из которых имеет свою (по величине и направле нию) скорость, а как обтекание тела непрерывной средой, имеющей определенные механические свойства — инертность, вязкость и сжимаемость. Эти свойства зависят от молекулярно-кинетического состояния воздуха, характеризуемого в рамках гипотезы сплошно сти параметрами р, р, Т.
§ 1.2. Понятие о строении атмосферы. Международная стандартная атмосфера
Параметры состояния воздуха в атмосфере непостоянны. Они изменяются как при переходе из одной точки в другую, так и в данной точке атмосферы с течением времени.
Давление в какой-либо точке абсолютно спокойной атмосферы определяется весом расположенного над ней воздушного столба с единичной площадью горизонтального сечения. С удалением от по-
8