|
и установлены законы трансзвукового подобия.
При анализе сверхзвуковых течений около тонких тел и профилей вновь широко
используется линеаризированная теория, которая позволяет получить ряд важных
для решения прикладных задач результатов: Аккерета формулы, площадей правило,
обратимости теорему и др. Они дали возможность рационально проводить компоновку
летательного аппарата и достаточно надёжно рассчитывать его аэродинамические
характеристики.
При больших сверхзвуковых (гиперзвуковых) скоростях движения летательного
аппарата возникает ряд новых проблем, с которым и не приходилось сталкиваться
при до-, транс- и умеренных сверхзвуковых скоростях полёта. Наиболее важной
среди них является проблема аэродинамического нагревания; она, как правило,
решается либо в рамках теории пограничного слоя, либо экспериментальным путём.
С повышением скорости полёта температуры воздуха у поверхности летательного
аппарата возрастают настолько, что начинают проявляться свойства реального газа
(см. Реального газа эффекты); поэтому при расчёте аэродинамических
характеристик летательного аппарат необходимо использовать сложные соотношения,
отражающие реальное поведение термодинамических функций и коэффициент переноса
воздуха (см. Переносные свойства среды) в зависимости от температуры и давления.
Кроме того, с увеличением числа Маха сокращается область возмущённого течения
в окрестности летательного аппарата (головная ударная волна располагается
вблизи обтекаемой поверхности), а толщина пограничного слоя увеличивается. Всё
это приводит к тому, что потоки идеального и вязкого газа начинают
взаимодействовать между собой. По энергетическим соображениям движение
летательного аппарата с большими сверх- и гиперзвуковыми скоростями происходит
на больших высотах при относительно малых числах Рейнольдса (из-за малой
плотности воздуха), что также содействует усилению эффекта взаимодействия
потоков. Всё это значительно усложняет теоретический анализ, и во многих
случаях для получения надёжных данных необходимо уже использовать уравнения
Навье — Стокса, численный анализ которых существенно более труден, чем анализ
уравнений Эйлера и Прандтля. Наконец, следует отметить, что при движении
летательного аппарата на больших высотах начинают проявляться молекулярные
эффекты, и расчёт аэродинамических характеристик должен уже проводиться не с
помощью уравнений механики сплошной среды, а па основе уравнений кинетической
теории газов (см. Разреженных газов динамика).
А. продолжает интенсивно развиваться; уделяется значительное внимание
исследованию ещё неразрешённых фундаментальных проблем, таких, например, как
турбулентность, отрывные течения (плоские и пространственные). Большое значение
приобрела вычислительная А., которая существенно расширяет возможности
теоретических исследований. Надо отметить, что вычислительная А., в свою
очередь, оказывает немалое влияние на развитие вычислит, техники из-за очень
сложной математической природы её дифференциальных уравнений. Современное
состояние А. позволяет ей успешно решать сложные прикладные задачи по
формированию облика летательного аппарата и определению его аэродинамических
характеристик, включая их оптимизацию, и тем самым активно содействовать
прогрессу авиационной и аэрокосмической техники.
В. А. Башкин, В. В. Сычёв.
2) А. летательных аппаратов — раздел прикладной механики, служащий научным
фундаментом для аэродинамического проектирования летательных аппаратов.
Включает методологию научных исследований, сочетающую теоретическое и
экспериментальное изучение физических явлений с целью использования полученных
знаний в практике конкретной научно-исследовательской и опытно-конструкторской
работы. В зависимости от вида летательных аппаратов различают А. самолётов, А.
вертолётов и т. д.
А. летательных аппаратов как синтез теоретических и экспериментальных
исследований возникла из потребностей практики и служит прежде всего её
интересам, поэтому развитие А. летательных аппаратов тесно связано с этапами
развития авиации.
Как научное направление А. сформировалась в первой четверти XX в., то есть
вскоре после появления первых летательных аппаратов тяжелее воздуха. В конце
XIX — начале XX вв. из-за отсутствия должной теоретической и экспериментальной
базы для определения аэродинамических характеристик летательных аппаратов и
выбора рациональных параметров их компоновки могли быть использованы лишь
простейшие теоретические и экспериментальные результаты и методы. Поиск
пригодных на практике решений часто осуществлялся методом проб и ошибок, что
приводило ко многим неудачам и даже катастрофам. Развитие авиации настоятельно
требовало создания специальных исследовательских центров и организаций,
основная деятельность которых была бы направлена на решение возникавших
практических задач и которые могли бы обеспечить конструкторов методами расчёта,
рекомендациями, справочным материалом и тем самым создать научную основу
аэродинамическим проектированиям летательных аппаратов.
В 1904 под руководством Жуковского был создан первый в мире Аэродинамический
институт. В последующие годы в ряде стран были организованы государственные
исследовательские институты (в Великобритании, США, Германии, Франции). В 1918
по инициативе Жуковского создаётся Центральный аэрогидродинамический институт.
Созданием исследовательских центров по авиации был завершён этап становления и
формирования А. летательных аппаратов как раздела прикладной механики.
Задача выбора рациональных параметров крыла, одна из основных в
аэродинамическом расчёте самолёта, встала в полной мере одновременно с
созданием первых самолётов. На начальном этапе развития авиации были поняты
значение профиля крыла (вогнутый профиль имел лучшие характеристики, чем
|
|