книги из ГПНТБ / Цейтлин Г.М. Аэродинамика и динамика полета самолета с ТРД учебник

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.

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

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 ­

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

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

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

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

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

7

удельные теплоемкости, показатель идеальной адиабаты (изо-

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

верхности Земли давление монотонно убывает., В отличие от жид­ костей, в которых по мере подъема от дна к поверхности давление уменьшается по линейному закону, падение атмосферного давле­ ния с высотой постепенно замедляется. Это объясняется тем, что воздух сжимаем; чем ближе к земле, тем сильнее он сжат весом расположенного выше атмосферного слоя и больше его плотность.

той изменялась бы пропорционально давлению. В действительности

Практически атмосфера никогда не бывает абсолютно спокой­ ной. Перемещения воздушных масс вызывают значительные изме­ нения давления и плотности и искажения законов распределения этих параметров по высотам. Отклонения давления"- и плотности обусловливаются также колебаниями температуры, связанными со сменой времени суток, времен года и различными процессами, про­ текающими на Солнце, на Земле и в самой атмосфере.

Для того чтобы придать однозначность расчетам и получить возможность сравнивать характеристики различных летательных аппаратов, их силовых установок и оборудования, введена так на­ зываемая международная стандартная атмосфера (МСА) —систе­ ма осредненных значений параметров состояния воздуха по вы­ сотам.

За начало отсчета высоты (нулевая высота) в стандартной атмосфере принят уровень мирового океана со следующими зна­

9