Часть 2. Практическая аэродинамика самолета

В этой лекции мы узнаем, какие силы действуют на реальные самолеты в полете и как они рассчитываются. Узнаем о свойствах атмосферы и том, как они влияют на полет.

Аэродинамические силы

Как мы уже узнали из предыдущей лекции, за счет специально выбранной формы профиля крыла самолета при его движении возникает подъемная сила. Однако с точки зрения аэродинамики это не совсем точно. Возникает не подъемная, а полная аэродинамическая сила R. Она включает еще и силу сопротивления. Кроме того, на самолет в полете, действует еще и аэродинамический момент

НЕТ

Полная аэродинамическая сила R направлена под некоторым углом к набегающему потоку. Точка приложения полной аэродинамической силы называется центром давления.

Опытным путем было установлено следующее выражение для аэродинамической силы,

где  - коэффициент полной аэродинамической силы, зависящий от профиля крыла в плане, положения крыла относительно набегающего полета и т.д., S – площадь крыла в плане,  - скоростной напор.

Полную аэродинамическую силу разлагают на две составляющие.

По направлению потока действует сила лобового сопротивления X, препятствующая движению самолета. Перпендикулярно к ней вверх направлена подъемная сила Y. Эти силы рассчитываются по следующим формулам.

,

Здесь  - коэффициент подъемной силы,  - коэффициент лобового сопротивления.

Тогда коэффициент полной аэродинамической силы может быть вычислен по теореме Пифогора

Момент аэродинамических сил профиля относительно оси Z1 называется моментом тангажа или продольным моментом профиля. Он равен:

.

Момента тангажа определяется опытным путем (продувкой профиля в аэродинамической трубе). У симметричного профиля центр давления располагается примерно на расстоянии 1/4 хорды от передней кромки крыла и очень мало зависит от угла атаки профиля. Для несимметричного профиля эта координата меняется с изменением угла атаки.

Поэтому вводят понятие еще одной точки, характеризующей аэродинамику профиля – фокус профиля. Фокусом профиля называют точку на хорде, относительно которой момент тангажа остается постоянным при изменении угла атаки.

Аэродинамическое качество

Аэродинамическое совершенство крыла характеризуется аэродинамическим качеством - отношением подъемной силы к силе лобового сопротивления.

Аэродинамическое качество крыла зависит не только от его формы, но и положения крыла в потоке воздуха.

В более простом представлении аэродинамическое качество можно расценивать как расстояние, которое может пролететь летательный аппарат с некоторой высоты в штиль с выключенным двигателем. Например, на планере качество обычно около 30, а на дельтаплане - 10). То есть с высоты в 1 километр спортивный планер сможет пролететь в идеальных условиях приблизительно 30 км, а дельтаплан - 10.

Состояние поверхности крыла (шероховатость, волнистость, отступление от заданной формы) влияет на величину профильного сопротивления. Поэтому, улучшая состояние поверхности крыла (или поддерживая ее в хорошем состоянии), можно добиться повышения аэродинамического качества самолета.