| |
применение К. к. на крыле с частично дозвуковыми передними кромками позволило
повысить значение максимального аэродинамического качества сверхзвукового
пассажирского самолёта Ту-144 при крейсерских Маха числах полёта М{{?}} = 2—2,
2 на 10%. При сверхзвуковых передних кромках крыла возможности уменьшения
сопротивления, обусловленного подъёмной силой, за счёт К. к. значительно
сужаются.
Л. Е. Васильев.
крыла теория — математическое описание в рамках определенной схемы течения
взаимодействия движущегося крыла летательного аппарата с окружающей средой при
заданных внешних условиях, геометрии крыла, законах его движения и деформациях
поверхности (упругих или вызванных отклонениями рулей). К. т. — одна из
основных проблем аэродинамики на всех этапах её развития — базируется на
уравнениях газовой динамики, выражающих собой сохранения законы; на поверхности
крыла выполняются граничные условия прилипания в вязкой и непротекания в
идеальной жидкости.
Математическая постановка задач К. т. всегда представляла собой компромисс
между потребностями практики и возможностями теории, Основное внимание в К. т.
уделяется изучению пространственных эффектов; анализ локальных явлений при
условиях, в которых работают отдельно взятые сечения крыла, обычно
рассматриваются профиля теорией. Особенности применяемых схем течения
определяются: 1) формой крыла в плане, наиболее важными характеристиками
которой являются удлинение крыла {{?}} = l2/S (l — размах, S — площадь крыла)
и угол стреловидности {{?}}; 2) Маха числом полёта M{{?}} = V/a{{?}} (V —
скорость движения крыла относительно среды, a{{?}} — скорость звука в
невозмущенном потоке); 3) относительными значениями возмущений газодинамических
переменных, которые вносятся телом в невозмущенный поток и определяются прежде
всего местными углами атаки и числом М{{?}}.
Наибольшее развитие и применение получила линейная К. т., в которой
удерживаются только первые степени возмущений газодинамических переменных. Она
неприменима для трансзвуковых течений и гиперзвуковых течений, а также при
больших углах атаки крыла; при транс- и гиперзвуковых скоростях потока
поведение возмущений описывается нелинейными уравнениями, линеаризация которых
практически невозможна. С начала XX в. и до 40х гг. К. т. развивалась для
несжимаемой жидкости применительно к крыльям малой стреловидности и большого
удлинения. Фундаментальные основы её были заложены Н. Е. Жуковским и С. А.
Чаплыгиным. Жуковский показал, что механизм образования подъёмной силы можно
описать в рамках модели идеальной жидкости (см. Жуковского теорема). Он ввёл
понятие о вихрях присоединённых, связанных с крылом, и предложил схему
обтекания (схему несущей нити), которая легла в основу всех вихревых методов
расчёта крыла и воздушного винта, а Чаплыгина — Жуковского условие о конечности
скорости на задней острой кромке профиля дало простой и универсальный подход к
выделению решения, имеющего физический смысл. Согласно этой схеме, крыло
заменяется одним прямолинейным присоединённым вихрем с переменной по размаху
циркуляцией скорости Г, и с него по направлению невозмущенной скорости сбегает
слой полубесконечных вихрей свободных, что обеспечивает выполнение теоремы о
постоянстве циркуляции скорости. Согласно правилу плоских сечений (см. Тонкого
тела теория), каждое сечение z0 = const крыла обтекается как профиль при
истинном угле атаки {{?}} = {{?}}г - {{??}}, где {{?}}г — геометрический угол
атаки, {{??}} — скос потока, значение которого зависит от скорости,
индуцируемой свободными вихрями на присоединённом. В результате для определения
Г(z0) получается интегро-дифференциальное уравнение Прандтля:
{{формула}}
где {{?}}(z0) и f(z0) — известные функции, определяемые геометрией крыла и
формой профиля.
Со второй половины 40х гг. в связи с применением стреловидных крыльев малого
удлинения интенсивно разрабатывается более точная схема несущей поверхности (см.
также Стреловидного крыла теория). В этом случае тонкое, слабо изогнутое крыло,
близкое к плоскости y = 0 (рис. 1), заменяется вихревым слоем интенсивности
{{?}}(x, z), расположенным на проекции крыла на плоскость y = 0. Свободные
вихри {{?}} сходят с задней кромки крыла и располагаются в плоскости y = 0
параллельно оси x, их интенсивности, согласно теореме о сохранении циркуляции
скорости, выражаются через {{?}}(x, z). Получающаяся замкнутая вихревая система
создаёт поле скоростей, потенциал скорости которого {{?}}(x, y, z)
удовлетворяет уравнению Лапласа {{??}} = 0 и граничному условию непротекания
на поверхности крыла: д{{?}}/дy0 = f(x0, z0) ( = - V{{?}}). С помощью Био —
Савара формулы задача по определению {{?}}(х, z) сводится к решению
сингулярного интегрального уравнения
{{формула}}
(интеграл поднимается в смысле конечной части по Адамару). По найденному полю
скоростей поле давления определяется с помощью Бернулли уравнения, а нагрузки
на крыло (разность {{?}}p давлений на нижней и верхней поверхностях)
вычисляются по теореме Жуковского «в малом»; {{?}}p = {{?}}Wov{{?}}, где
{{?}} — плотность среды, {{?}} — интенсивность присоединённого вихревого слоя,
Wov — нормальная к оси вихри составляющая относительной скорости в точке,
принадлежащей крылу. Эта формула обладает большой общностью: она применима для
любой тонкой несущей поверхности, в том числе и при нестационарном обтекании.
В сжимаемой жидкости потенциал скорости удовлетворяет линеаризированному
уравнению
{{формула}}
При дозвуковых скоростях (М{{?}} < 1) линейная задача с помощью
|
|