| |
промежуточной области значений Kn не монотонны. Так, при течении по трубе
объёмный расход имеет минимум при некотором значении Kn (парадокс Кнудсена). Не
монотонны и аэродинамические характеристики. Например, сопротивление тонких тел
(пластина, параллельная потоку, конус) имеет максимум. При обтекании таких тел
в результате межмолекулярных столкновений на тело попадают молекулы, которые,
не будь столкновений, пролетели бы мимо тела, что и приводит к увеличению
сопротивления по сравнению с сопротивлением в случае свободномолекулярного
течения.
Сложность решения уравнения Больцмана и отсутствие во многих случаях надёжных
данных о взаимодействии молекул между собой и поверхностями делают актуальным
эксперимент. Для исследования течений разреженного газа используются вакуумные
аэродинамические трубы, а взаимодействие молекул с поверхностями изучается с
помощью молекулярных пучков. При создании вакуумных труб возникают сложные
проблемы моделирования течений, так как законы взаимодействия молекул между
собой и поверхностями существенно зависят от температур газа и стенки, так что
для полного моделирования недостаточно выдержать натурные значения Маха числа M
и Рейнольдса числа Re, но необходимо выдержать и натурные значения температур
газа и тела. Для этого приходится нагревать газ в форкамере и охлаждать модель.
Как правило, удаётся достичь лишь частичного моделирования. Вакуумные трубы
позволяют исследовать многие детали континуальных течений. Разреженность газа
(увеличение {{?}}) позволяет «растянуть» течение. Так, например, ударную волну
или кнудсеновский слой, имеющие при нормальных условиях толщину порядка 10-7 м,
можно растянуть до размеров, приемлемых для исследования их структуры. Для
экспериментального изучения течений разреженного газа, наряду с очень
чувствительными весами, датчиками давления и потоков теплоты, используются
электронные, рентгеновские, лазерные (основанные на флуоресценции и рассеянии)
методы диагностики.
Важным объектом исследований являются струи, истекающие в вакуум или в область
с низким давлением. Такие струи широко применяются для управления космическими
и воздушно-космическими аппаратами, а также характерны при работе вакуумных
аэродинамических труб. В струях течение может проходить все режимы — от течений,
характерных для сплошной среды, до свободномолекулярного течения, в них
происходят релаксационные процессы, химические реакции, конденсация и
образование кластеров (твёрдых частиц или капель жидкости). Поэтому струи
являются удобным объектом для изучения этих процессов, определения констант
реакций, времён релаксации и т. д. Поскольку разные газы в струях ведут себя
по-разному, то в них можно получить разделение газов и изотопов, а также
выделение различных веществ в виде кластеров. Методы Р. г. д. используются при
исследовании течений в пористых телах и капиллярах, для исследования движения и
испарения дисперсных сред.
Лит.: Коган М. Н., Динамика разреженного газа. Кинетическая теория, М., 1967;
Кошмаров Ю. А., Рыжов Ю. А., Свирщевский С. Б., Экспериментальные методы в
механике разреженного газа, М., 1981; Берд Г., Молекулярная газовая динамика,
пер. с англ., М., 1981; Белоцерковский О. М., Численное моделирование в
механике сплошных сред, М., 1984. М. Н. Коган.
Течение Куэтта.
разрушающая нагрузка — предельная нагрузка, при которой происходит разрушение
конструкции; практически — нагрузка на конструкцию в момент, непосредственно
предшествующий её разрушению. Р. н. определяется испытаниями или расчётным
путём. Расчёт Р. н. заключается в вычислении значения нагрузки, при котором
напряжения, деформации или усилия в элементах конструкции достигают предельных
значений. Значение Р. н. зависит от свойств материалов и типа соединений
конструктивных элементов, характера и способа нагружения (динамическое,
статическое, повторно-статическое и др.), наличия концентрации напряжений,
усталостных трещин и т. п. Нормы прочности летательных аппаратов
предусматривают Р. н. не меньше расчётной нагрузки в каждом случае нагружения.
разрушение конструкции — заключительная стадия работы нагруженной конструкции,
характеризующаяся исчерпанием её прочности и работоспособности вследствие
необратимых изменений формы, нарушения целостности силовых элементов или
механических связей между ними. Р. к. происходит вследствие достижения в
элементах предельных напряжений или деформаций, общей потери устойчивости
конструкции, превышения критической длины усталостной трещины, достижения
третьей стадии ползучести материала. Процесс Р. к. зависит от характера
нагружения (динамическое, статическое, повторно-статическое и др.), рабочей
температуры элемента, его напряжённого состояния, типа конструкции, наличия и
расположения ослабленных мест, концентраторов напряжений и др. Характер Р. к.
может быть местным или общим. Местное Р. к. не выводит конструкцию из строя.
Усилия, действовавшие ранее в разрушенных элементах, воспринимаются соседними
элементами, и внешняя нагрузка вновь уравновешивается внутренними усилиями.
Общее Р. к. характеризуется катастрофическим, лавинообразным разрушением
элементов и их соединений. Конструкция, как правило, расчленяется, наблюдается
взаимное перемещение её элементов. Нормы прочности летательных аппаратов
предусматривают общее Р. к. при нагрузках, превышающих расчётные или равных им,
местные — при нагрузках выше эксплуатационных.
Для проверки фактической прочности авиационные конструкции подвергаются
статическим испытаниям до разрушения, ресурсным испытаниям, а также испытаниям
на остаточную прочность.
Лит.: Кан С. Н., Свердлов И. А., Расчет самолета на прочность, о изд., М..
1966; Статические испытания на прочность сверхзвуковых самолетов, М., 1974.
К. М. Иерусалимский
|
|