Файл: Конструкция летательных аппаратов учебник..pdf

водности и удельные теплоемкость и вес материала.

Особенности конкретного процесса теплопроводности опреде­ ляются геометрическими формами конструкции и физическими величинами, влияющими на процесс, а также краевыми условия­ ми — временными (начальными) и граничными.

10. Вначале определим условия нагрева обшивки, которая не посредственно взаимодействует с окружающей средой. Для этого проинтегрируем (1.4) по координате у, направленной нормально к контуру срединной линии обшивки (фиг. 1.12 (координата х идет вдоль контура, a z — вдоль обшивки по размаху)

20

где <7k= °v(7'). — То5) — удельный тепловой поток от погранич­ ного слоя за счет конвективной теплоотдачи; %г — коэффициент теплоотдачи от воздушной среды к обшивке, зависящий от состояния пограничного слоя;

Т г = Т н (1 + 0,2гМ2) — абсолютная температура восстановления (°К) в пограничном слое около обшивки;

г — коэффициент восстановления температуры; Тн — температура окружающей среды;

qm = е о0 Т*6 — удельный тепловой поток излучения в окружаю­

щую среду; о0 и е — коэффициент излучения абсолютно черного тела и

степень черноты излучающей поверхности;

qc — рс Gc cos ф — удельный тепловой поток от солнечной радиа­ ции, зависящий от величины потока вдоль солнечных лучей Gc, коэффициента поглощения поверхности обшивки рс и угла ме­ жду направлением солнечных лучей и нормалью к поверхности

ду

У“ -

выполненная из материала с хорошей теплопроводностью, про­ гревается практически мгновенно, т. е. температура Т постоянна по толщине, имеем

аоб

2

_ _боб

т

Тогда (1.5) запишется так:

Величины ar и Tr, как правило, переменны. Толщина обшивки 80б также может меняться вдоль х и z. Это уравнение решается численным методом.

Уравнение (1.7) используется при выявлении температуры обшивки при неустановившемся режиме обтекания аппарата в полете, когда наблюдается нестационарный процесс теплообмена.

Если температура вдоль осей х или z меняется незначитель­ но, тепловыми потоками в соответствующих направлениях мож«

21

скоростью и на неизменной высоте наступает равновесное темпе­ ратурное состояние обшивки, когда в любой точке выполняется

ся в алгебраическое уравнение четвертой степени относительно 7*06. Это уравнение стационарного теплообмена решается гра­ фическим методом.

На фиг. 1.13 приведены найденные графическим методом ве­ личины равновесной температуры обшивки в функции числа М полета для высот Н = 0; 15; 30; 45 и 60 км при коэффициенте е =0,5 для турбулентного пограничного слоя. На этой же фигуре нанесены границы (горизонтальные прямые) предельно допусти­ мых из условий прочности температур для дюралюминия Д-16АТ, титанового сплава ВТ-5 и нержавеющей стали Я-1Т. Эти границы

~0. На высотах полета порядка 100 км и выше аэродинамиче­ ский нагрев практически отсутствует(^к==0)!тогДа из уравнения

(1.7) имеем

G c fie

Т'об—

е оо

22

12. Внутренние подкрепляющие элементы тонкостенной кон­ струкции не взаимодействуют непосредственно с окружающей аппарат средой, а получают или отдают тепло через обшивку. При неустановившемся режиме теплопроводности температура обшивки меняется во времени быстрее, чем температура под­ крепляющих элементов, и возникает неравномерное температур­ ное поле. При выявлении температурного поля путем решения уравнения (1.4) в качестве одного граничного условия для под­ крепляющих элементов может быть выбрано условие теплообме­

на на внешней поверхности обшивки (1.7). Второе граничное ус­ ловие устанавливается из физических представлений процесса теплообмена в конструкции. Например, в средней по высоте точ­ ке стенки лонжерона крыла (фиг. 1.14) при практически одинако­ вом нагреве верхней и нижней обшивки выполняется условие

дУ у - - н2

Уравнение (1.4) обычно решается методом численного инте­

та и характеристик конструкции. В частности, чем больше коэф­ фициент теплопроводности материала стенки X, тем быстрее и равномернее распределяется по ней тепло и тем меньше будет величина Д7'.

На фиг. 1.15 показан характер распределения температуры по поверхности вдоль профиля крыла при нестационарном нагреве.

23

Более сильный нагрев носка объясняется повышенной темпера­ турой воздуха вблизи области полного торможения потока и сравнительно небольшой теплоемкостью носка вследствие его малой толщины. Снижение температуры обшивки в местах ее подкрепления объясняется отводом части тепла в подкрепляю­ щие ее элементы (стрингеры, нервюры, лонжероны).

13. Неравномерность температуры приводит к появлению тем­ пературных напряжений. Так, в случае, показанном на фиг. 1.14, пояса лонжерона сжимаются, а стенка растягивается вдоль оси.

также отрицательно влияет на условия работы экипажа, обору­ дования, вооружения, топливной, гидравлической и других си­ стем. Все это требует применения специальных мероприятий по обеспечению нормальных условий работы и связано с увеличе­

для предотвращения или уменьшения температурных напряже­ ний н коробления применяют конструктивные связи между эле­ ментами, допускающие свободу температурных деформаций (см. п. 91). Кроме того, используют жаропрочные материалы с ма­ лым коэффициентом температурного расширения а, величина ко­ торого определяет уровень температурных напряжений, или со­ четание в конструкции материалов с рационально подобранными коэффициентами а (где температура выше, там надо ставить материал с меньшим коэффициентом а).

15. В тех случаях, когда указанных мероприятий оказывается недостаточно, можно ставить защитную теплоизоляцию, выпол­ ненную из материалов с малой теплопроводностью (см. п. 24). Она может быть наружной или внутренней (см. п. 89). С целью экономии веса теплоизоляционные слои стремятся включать в силовую схему конструкции.

Толщина слоя изоляции может быть подсчитана также по

24