Аэродинамические характеристики самолета

 

Составляющие главного вектора аэродинамических сил определяются следующим образом:

,                               (2.1)

где  - скоростной напор,  - плотность воздуха,  - скорость,  - коэффициент силы лобового сопротивления, - коэффициент аэродинамической подъемной силы, - коэффициент аэродинамической боковой силы,  - площадь крыла.

Наиболее важными являются сила лобового сопротивления  и аэродинамическая подъемная сила , т.к. для многих режимов полета угол скольжения  и аэродинамическая боковая сила  равны нулю.

Рассмотрим зависимость  (рис. 2.1). В летном диапазоне углов атаки до 15...20° зависимость  можно считать линейной:

,                                (2.2)

где - частная производная коэффициента  по углу атаки;  - угол нулевой подъемной силы.

При больших углах атаки зависимость  становится существенно нелинейной. Нарушение линейности  связано с возникновением на крыле местного срыва потока, развитие которого вызывает вибрации и тряску самолета. Наибольший угол атаки, при котором еще не появляется предупреждающая тряска самолета, называется допустимым углом атаки . Дальнейшее увеличение угла атаки приводит сначала к некоторому увеличению  до максимального значения , а затем, из-за развития срыва потока, к его резкому падению. Значения  и  являются важными характеристиками самолета, во многом определяющими его маневренность, диапазон высот и скоростей полета и т. п. (Для самолета Ту-154: , , , ).

Зависимость  коэффициента лобового сопротивления от коэффициента аэродинамической подъемной силы называется полярой самолета. В летном диапазоне углов атаки поляру с достаточной точностью можно представить в виде квадратичной зависимости

,                                 (2.3)

где  - коэффициент отвала поляры;  - эффективное удлинение крыла:  ;  - удлинение крыла;  - размах крыла;  - угол стреловидности крыла.

На рис. 2.2 и 2.3 приведено семейство поляр и зависимость  от числа Маха для дозвукового самолета. Отметим, что при скоростях больших критической  с ростом числа  сопротивление движению самолета резко возрастает (из-за возрастания волнового сопротивления).

Важной характеристикой самолета является его аэродинамическое качество

.                                      (2.4)

Максимальное аэродинамическое качество  соответствует так называемому наивыгоднейшему значению  коэффициента аэродинамической подъемной силы (рис. 2.2). Используя квадратичную зависимость поляры (2.3), можно показать, что

.

Значение  во многом характеризует предельные возможности, заложенные в аэродинамике самолета. С ростом числа  из-за возрастания сопротивления максимальное аэродинамическое качество убывает (рис.2.4). Например, у самолета Ту-154 при  - , а при  - .

На взлете и посадке желательно получить прирост коэффициента подъемной силы даже ценой значительного прироста сопротивления, который можно компенсировать увеличением тяги. Для этого используют механизацию крыла самолета - отклоняемые щитки, закрылки, предкрылки и т. п. Типичные полетная, взлетная и посадочная поляры дозвукового самолета показаны на (рис. 2.5). Например, для самолета Ту-154 при взлете закрылки отклоняются на 28° ( ), а при
посадке на 45° ( ).