Понятие аэродинамической интерференции

 

Тела, находящиеся рядом в потоке воздуха, оказывают взаимное влияние на картину обтекания. При этом меняются формы линий тока, вихревого следа и волн, вызываемых каждым телом в отдельности. Изменяется также распределение сил давления и трения на поверхности тел, а следовательно, и аэродинамические силы в целом.

В одних случаях это взаимовлияние (аэродинамическая интерференция) может быть положительным (благоприятным), в других – отрицательным (неблагоприятным), увеличивающим суммарное сопротивление тел и уменьшающим подъемную силу.

Примером благоприятной интерференции может служить взаимное влияние профилированного кольца и диска. Диск отклоняет струи воздуха так, что они набегают на кольцо под небольшим местным углом атаки (рис. 10.15). В результате появляются силы, направленные против потока (снижающие лобовое сопротивление). Реакция кольца на поток отклоняет струи за диском, уменьшая зону срывного течения и также снижая лобовое сопротивление. Суммарное сопротивление системы «диск–кольцо» на 30... 40 % меньше, чем сумма сопротивления отдельно взятых элементов. Это явление используется в кольцевых капотах самолетов со звездообразными двигателями внутреннего сгорания воздушного охлаждения.

Неблагоприятная интерференция возникает обычно при взаимном влиянии двух хорошо обтекаемых тел (крыло и тело вращения), помещенных близко друг от друга. Добавочное, интерференционное сопротивление крыла от фюзеляжа при дозвуковых скоростях возникает, в первую очередь, из-за влияния фюзеляжа на распределение подъемной силы по размаху крыла. Увеличение может достигать 15 % изолированного крыла, тогда как уменьшается на 2...4 %.

Вторая причина увеличения коэффициента сопротивления – утолщение и преждевременный отрыв пограничного слоя в месте стыка крыла и фюзеляжа (крыла и мотогондолы). Внутри угла «крыло–фюзеляж», (рис. 10.16) происходит большое нарастание толщины пограничного слоя из-за одновременного торможения одних и тех же частиц воздуха сразу двумя стенками.

Если две стыкующиеся поверхности образуют увеличивающийся по потоку двугранный угол, в котором струи могут расширяться (для крыла это характерно, так как его толщина понижается к кормовой части), то скорость течения внутри угла при числе будет уменьшаться, а давление увеличиваться. Пространство в таком углу образует «диффузорный мешок», в котором возникает срыв пограничного слоя и сильные завихрения даже при небольших углах атаки. На размеры этих мешков большое влияние оказывают форма и относительное расположение крыла и фюзеляжа.

Наименьшее увеличение сопротивления имеет схема расположения крыла посередине поперечного сечения фюзеляжа – среднеплан. Наибольшее увеличение имеет низкоплан (крыло под фюзеляжем), (рис. 10.16). Он требует устройства подходящих зализов в месте стыка крыла с фюзеляжем. Подъемная сила при любых схемах уменьшается очень мало.

Взаимное влияние элементов ЛА при дозвуковых скоростях может быть приближенно учтено путем введения коэффициента интерференции. Так коэффициент сопротивления крыла для комбинации «крыло, плюс фюзеляж, плюс мотогондолы» с учетом интерференции равен

 

,

 

где – коэффициент сопротивления изолированного крыла; – коэффициент интерференции; – площадь крыла, перекрытая фюзеляжем и мотогондолами; – полная площадь крыла в плане (с фюзеляжем и мотогондолами) (рис. 10.17). Значения коэффициента для некоторых самолетных схем приведены в табл. 10.1.

 

		Рис. 10.17. Перекрытие крыла фюзеляжем и мотогондолами

 

Таблица 10.1

Коэффициенты интерференции

 

Схема
Низкоплан с фюзеляжем:
круглого сечения	0,25
овального сечения	0,5
прямоугольного сечения	0,6
Среднеплан	0,85
Высокоплан	0,95

 

 

Хотя у среднеплана меньше, чем у высокоплана, выигрыш в сопротивлении получается больше за счет большего перекрытия площади.

Таким образом, мы познакомились с типичными формами корпусов бескрылых ЛА, а также методами и способами расчетов их аэродинамических характеристик, рассмотрели вопросы устойчивости ЛА и интерференции его элементов.

 

 

Контрольные вопросы и задания

 

1. Какие методы определения аэродинамических коэффициентов вы знаете?

2. При проведении некоторого эксперимента на модели необходимо соблюсти одинаковость модельного и натурного чисел Рейнольдса. Коэффициент масштабирования равен = 5. Можно ли при нормальных условиях (и каким образом) обеспечить моделирование по числу Рейнольдса, если скорость движения реального аппарата равна = 30 м / с; при скорости = 70 м / с?

3. Какие составляющие силы лобового сопротивления при сверхзвуковых скоростях полета преобладают у короткого и толстого тела (у тонкого и длинного)?

4. В чем причина и момент возникновения волнового сопротивления? Как скорость движения ЛА и его форма влияют на величину силы и коэффициента волнового сопротивления?

5. Назовите причины возникновения донного сопротивления. Как изменяется величина донного давления с ростом числа Маха? Насколько характерно донное сопротивление для баллистической ракеты, находящейся на активном участке траектории?

6. Объясните тот факт, что с ростом высоты полета коэффициент сопротивления трения возрастает, а сила сопротивления трения уменьшается (анализ проще провести, если считать скорость полета постоянной).

7. Каким образом можно найти положение места перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на поверхности ЛА?

8. Чему равен балансировочный угол атаки летательного аппарата, если известно, что при угле атаки момент тангажа ЛА равен , а при ? Является ли ЛА статически устойчивым?

9. Чем и как определяется запас статической устойчивости? Какие меры применяют для обеспечения необходимого запаса статической устойчивости? В чем суть гироскопической стабилизации (ответ следует найти самостоятельно по литературным источникам или информации в сети Интернет)?

10. Конструктивный элемент самолета, служащий для создания подъемной силы, называют крылом. Как называется подобный элемент, расположенный в хвостовой части того же самолета или корпуса ракеты, также создающий подъемную силу?

11. Что собой представляет аэродинамическая интерференция? Приведите примеры благоприятной и неблагоприятной интерференции.