Аэродинамика самолета. Тема 1
 Скачать 3.35 Mb.
|
|
АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 1 Практическая аэродинамика Тема № 1. Основные свойства воздуха Вопросы: Атмосфера Земли. Физические характеристики атмосферы и их влияние на полет. Температура воздуха. Атмосферное давление. Плотность воздуха. Международная стандартная атмосфера. Инертность, вязкость и сжимаемость воздуха. Скорость звука и скачки уплотнения. Основные законы движения газов: закон неразрывности струи и уравнение постоянства расхода газа; Закон Бернулли для струи несжимаемого газа. Аэродинамические трубы. Типы труб и принцип их работы Тема № 2. Аэродинамические силы Вопросы: Обтекание тел воздушным потоком. Основной закон сопротивления воздуха. Крыло и его назначение. Основные геометрические характеристики крыла: размах, хорда, площадь, форма в плане, удлинение, основные профили и толщина крыла. Основные сведения об углах атаки и скольжения. Аэродинамический спектр крыла. Возникновение подъемной силы и лобового сопротивления крыла. Аэродинамическое качество крыла. Построение аэродинамических характеристик крыла и самолета: поляра самолета, качество по углу атаки; определение по этим графикам всех необходимых данных самолета. Причины падения коэффициента подъемной силы на закритических углах атаки. Способы увеличения коэффициента подъемной силы и особенности аэродинамики механизированного крыла. Понятие о распределении давления по хорде и размаху крыла. Перемещение центра давления крыла и самолета. Тема № 3. Силовая установка самолета Вопросы: Назначение и виды авиационных силовых установок. Классификация воздушных винтов. Геометрические характеристики винта: диаметр, форма лопасти, форма профиля, элемент лопасти, хорда сечения лопасти и угол наклона, геометрический шаг. Скорость движения и угол атаки элемента лопасти винта. Аэродинамические силы винта, влияющие на величину силы тяги винта. График располагаемой тяги самолета в зависимости от скорости полета. Мощность винта. Коэффициент полезного действия винта. График располагаемой мощности винта в зависимости от скорости полета. Понятие о влиянии высоты полета на располагаемую мощность. Особенности работы винта с изменяющимся шагом. Тема № 4. Горизонтальный полет самолета Вопросы: Горизонтальный полет (определение). Схема и соотношение сил в установившемся горизонтальном полете. Скорость, потребная для горизонтального полета. Потребная тяга и мощность для горизонтального полета. Кривые Жуковского потребных и располагаемых тяг. Диапазон скоростей горизонтального полета. Первый и второй режимы горизонтального полета и их особенности. Эволютивная скорость горизонтального полета (определение). АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 2 Запас скорости и его значение в летной работе. Влияние высоты на потребные скорости горизонтального полета. Влияние массы самолета на потребные скорости. Техника выполнения прямолинейного полета; требования к нему. Влияние различных факторов на скороподъемность самолета. Тема № 5. Подъем самолета Вопросы: Условия установившегося подъема самолета. Уравнение движения при подъеме. Связь между углами наклона траектории подъема, углом атаки и углом наклона продольной оси самолета. Потребная скорость для подъема. Указательница траектории подъема самолета и пользование ею. Первый и второй режимы подъема и их особенности. Барограмма подъема. Теоретический, практический и динамический потолки самолета. Тема № 6. Планирование самолета Вопросы: Силы, действующие на самолет при планировании. Уравнение движения. Потребная скорость планирования. Угол планирования. Вертикальная скорость планирования. Дальность планирования. Влияние различных факторов на дальность планирования. Указательница траекторий планирования. Первый и второй режимы планирования и их особенности. Понятие о скольжении. Влияние щитков на угол и дальность планирования. Тема № 7. Взлет самолета Вопросы: Определение взлета. Профиль и элементы взлета. Силы, действующие на самолет при взлете. Скорость отрыва самолета от земли. Изменение сил, действующих на самолет в процессе разбега. Влияние основных факторов на длину разбега. Причины разворота самолета на разбеге: действие реакции винта, прецессионного момента, закрутки струи винтом. Влияние ветра на технику выполнения взлета. Этапы взлета. Взлетная дистанция. Техника выполнения взлета. Тема № 8. Посадка самолета Вопросы: Элементы посадки. Силы, действующие на самолет на различных этапах посадки. Посадочная скорость и факторы, влияющие на эту скорость. Пробег самолета и факторы, влияющие на длину пробега. Посадочная дистанция. Факторы, влияющие на технику выполнения посадки: состояние посадочной полосы; режим работы двигателя; схема шасси; выпуск щитков; направление и скорость ветра. Техника выполнения посадки. Ошибки при выполнении посадки. Особенности техники выполнения вынужденной посадки. Тема № 9. Устойчивость и управляемость самолета Вопросы: АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 3 Равновесие сил и моментов. Оси вращения самолета. Виды равновесия. Центровка самолета. Виды центровки. Продольное равновесие самолета. Сущность продольной устойчивости самолета и условия ее обеспечения. Основные факторы, влияющие на продольную устойчивость самолета: центровка, площадь стабилизатора, длина фюзеляжа, работа винта. Продольная управляемость самолета (определение). Сущность продольной управляемости и основные факторы, влияющие на эту управляемость самолета. Работа руля высоты. Работа триммера. Боковое равновесие самолета (определение). Условия бокового равновесия самолета. Факторы, влияющие на боковое равновесие самолета: косая обдувка самолета от винта, влияние отклонения элеронов и руля направления, прецессионное действие винта. Боковая устойчивость самолета (определение). Факторы, обеспечивающие флюгерную и поперечную устойчивость. Проявление в полете боковой устойчивости самолета. Понятие о путевой устойчивости самолета. Боковая управляемость самолета (определение). Путевая управляемость самолета. Работа и назначение руля поворота. Поперечная управляемость самолета. Работа и назначение элеронов. Простые и дифференциальные элероны. Щелевые и элероны с аэродинамическим тормозом. Способы, облегчающие боковое управление самолетом. Вибрация самолета. Тема № 10. Штопор (прямой, обратный) Вопросы: Определение, траектория движения самолета на штопоре и виды штопора. Краткая история овладения штопором. Значение овладения штопором для техники пилотирования. Причины возникновения штопора. Основные признаки и характеристики крутого, плоского штопора Признаки стремления самолета к переходу из крутого штопора в плоский. Понятие о взаимодействии сил при штопоре. Влияние центровки, удельной нагрузки и разноса грузов на ввод в штопор, характер штопора и вывод из него. Центровка, при которой запрещается выполнение штопора. Причины ослабления действия рулей на штопоре: затенение вертикального и горизонтального оперения. Особенности действий элеронов на штопоре. Влияние дачи газа на вывод самолета из штопора в зависимости от децентрации винта и направления вращения винта и самолета. Потеря скорости и непроизвольный срыв самолета в штопор, скорость срыва. Характеристика штопора самолета. Признаки перевернутого штопора и особенности вывода самолета из такого штопора. Тема № 11. Фигуры простого пилотажа Вопросы: Назначение фигурного пилотажа. Понятие о перегрузках. Гироскопический момент и его проявление при выполнении пилотажа. Вираж. Схема сил и уравнение движения при выполнении правильного виража. Потребные скорость и мощность для выполнения виража. Перегрузка на вираже и влияние тренировки на сопротивляемость организма летчика действию перегрузок. Радиус и время виража. Предельные виражи. Влияние располагаемой мощности, полетной массы и высоты полета на характеристики виража. Возникновение скольжения на вираже. Ошибки на вираже и их устранение. Спираль. Требования к выполнению спирали. Схема сил при спирали и их взаимодействие. Скорость на спирали. Шаг спирали, наивыгоднейшая спираль. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 4 Ошибки при выполнении спирали и методы их исправления. Пикирование и горки с углами до 45°. Способы ввода и вывода самолета из фигуры. Схема сил и их изменения в процессе выполнения фигуры. Скорость на выводе из пикирования. Тема № 12. Фигуры сложного пилотажа Вопросы: Боевой разворот (определение). Требования к выполнению боевого разворота. Влияние величины угла крена и начальной скорости на время выполнения и величину набора высоты при боевом развороте. Ошибки при выполнении боевого разворота и методы их исправления. Бочка (определение). Управляемые и штопорные бочки. Начальная скорость, перегрузка, углы атаки при выполнении управляемых и штопорных бочек, время выполнения. Полубочка (определение). Ошибки при выполнении бочек и полубочек и методы их устранения. Переворот, переворот на горке (определение). Управляемые и штопорные перевороты. Скорость ввода и вывода, потеря высоты. Требования к выполнению. Ошибки и методы их устранения. Петля Нестерова (определение). Схема и взаимодействие сил в различных точках петли, начальная скорость, необходимая для выполнения петли. Перегрузки. Ошибки при выполнении петли и методы их устранения. Петля в наклонной плоскости. Полупетля (определение). Начальная скорость, перегрузка. Требования к выполнению. Пикирование и горки с углами более 45°. Поворот на горке (определение). Способы выполнения в зависимости от угла горки. Тема № 13. Фигуры высшего пилотажа Вопросы: Перевернутый полет. Отличие перевернутого полета от нормального полета. Особенности перевернутого полета. Аэродинамические характеристики крыла в перевернутом полете. Кривые Жуковского для перевернутого полета. Устойчивость и управляемость самолета в перевернутом полете. Схема сил в горизонтальном перевернутом полете. Схема сил при подъеме в перевернутом полете. Схема сил при планировании в перевернутом полете. Обратный пилотаж (определение). Схема сил на правильном обратном вираже. Сравнение параметров обратного виража с параметрами прямого виража. Техника выполнения обратного виража на самолете. Схема сил на обратной петле. Расчет радиуса петли, скорости полета по траектории на петле, изменения перегрузки. Расчет начальной скорости ввода в петлю. Техника выполнения обратной петли. Управляемые и штопорные бочки и полубочки в вертикальной плоскости и техника их выполнения. Меры безопасности при выполнении нисходящих, восходящих бочек и штопорной бочки на нисходящей вертикали. Характерные отклонения и ошибки. Колокол с прямого и обратного полета. Схема и взаимодействие сил в различных точках колокола. Начальная скорость, необходимая для выполнения колокола. Техника выполнения колокола. Поворот на вертикали. Схема сил на вводе в вертикаль и на повороте (в различных точках). Начальная скорость поворота на вертикали. Техника выполнения поворота на вертикали. Тема № 14. Дальность и продолжительность полета Вопросы: Основные понятия и определения: дальность и продолжительность полета самолета, техническая дальность полета, практическая дальность полета, часовой расход топлива, километровый расход топлива. Влияние на дальность и продолжительность полета скорости полета и аэродинамики самолета, удельного расхода топлива и коэффициента полезного действия винта, высоты полета, полетной массы, температуры наружного воздуха, выполнения полета строем, ветра. Практическое выполнение расчета дальности и продолжительности полета самолета для выполнения перелета и маршрутного полета. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 5 ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ Рис. 1 Строение атмосферы Атмосферой называется газовая оболочка, окружающая земной шар. Газ, составляющий эту оболочку, называется воздухом Высота газовой оболочки Земли велика и составляет более 2000 км. Точно определить границу атмосферы трудно, так как переход от земной атмосферы к межпланетному пространству совершается плавно и на больших высотах плотность воздуха очень мала. Можно только отметить, что в пределах околоземного пространства до высоты 20 км находится около 95% всей массы атмосферного воздуха Атмосфера разделяется на тропосферу, стратосферу и ионосферу. Такое разделение основано на физических свойствах этих слоев и характере их изменения с подъемом на высоту. Давление и плотность воздуха с увеличением высоты во всех трех слоях атмосферы уменьшается (Рис. 1) Рис. 2 Изменение температуры воздуха по высотам для стандартных условий средней широты Тропосферой называется нижний слой атмосферы. Толщина ее над полюсами 7 - 8 км, над экватором 16 - 18 км, высота верхней границы изменяется в зависимости от характера поверхности Земли, атмосферных процессов, теплового состояния воздуха, а также от суточных и годовых изменений. Температура воздуха в тропосфере с подъемом на высоту падает (6,5° на каждые 1000 м), так как нагрев воздуха обусловливается основном отраженными от земной поверхности солнечными лучами. Изменение температуры воздуха с высотой приводит к перемещению воздушных масс, холодные верхние слои опускаются, а теплые поднимаются. Вследствие этого образуются облака, выпадают осадки, дуют ветры. Из-за перемещения воздушных масс состав воздуха тропосферы практически постоянен. В нем содержится 78% азота, 21% кислорода и около 1% других газов (аргон, углекислый газ, водород, неон, гелий). Кроме указанных газов в тропосфере сосредоточен почти весь водяной пар, находящийся в непрерывном кругообороте (испарение - конденсация и кристаллизация с облакообразованием - осадки). В нижних слоях тропосферы множество различных примесей в виде мельчайших твердых частиц (пыль). Содержание в воздухе тропосферы водяного пара и пыли приводит к ухудшению видимости. АЭРОДИНАМИКА САМОЛЕТА 6 Стратосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушными слоями тропосферы. В ней наблюдается полное отсутствие облаков и наличие сильных ветров, дующих с большой скоростью и в одном направлении. Вертикальные перемещения воздушных масс отсутствуют. В стратосфере с высоты: на экваторе - 17 км, полюсе - 8 км, средней широте - 11 км и до высоты в среднем 25...30 км температура постоянна и составляет -56°С. С высоты 30 км и до 55 км температура воздуха повышается до +75°С вследствие повышенного содержания озона, который обладает способностью поглощать ультрафиолетовое излучение. С высоты 55 км и до 80 км температура воздуха понижается в среднем на 4°С на каждые 1000 м из-за уменьшения процентного содержания озона в воздухе. На высоте 82...83 км температура воздуха составляет -35°С (рис. 2). Ионосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушным слоем стратосферы. Высоты ионосферы от 85 до 500 км. Из-за наличия в ионосфере огромного количества ионов (заряженных молекул и атомов атмосферных газов, движущихся с большими скоростями) ее воздух сильно нагревается. Воздух ионосферы также характеризуется высокой проводимостью, преломлением, отражением, поглощением и поляризацией радиоволн. В ионосфере из-за вышеуказанных свойств наблюдаются свечения ночного неба, полярные сияния, магнитные бури. ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА Температура- величина, характеризующая степень теплового состояния тела (газа) или скорость хаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот). Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина. За нуль градусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° - температуру кипения воды при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст. Если известна температура воздуха у земли, то можно определить температуру воздуха в тропосфере на любой высоте по формуле: t H =t O -6,5Н, где t н - температура воздуха на определяемой высоте; t o - температура воздуха у земли; Н - заданная высота, км. Задача Температура воздуха у земли +10°С. Определить температуру воздуха над данным участком земли на высоте 7 км. Решение Тн= 10-6,5*7= - 35,5 0 Температура воздуха на высоте 7 км равна -35,5°С. АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА Температура, отсчитываемая от абсолютного нуля по шкале Кельвина, называется абсолютной температурой. За нуль Кельвинов (К) принята температура, при которой прекращается тепловое передвижение молекул, она составляет-273° по шкале Цельсия (°С). Если известна температура воздуха t по шкале Цельсия, то абсолютную температуру можно найти по формуле: T=t+T o , где То=-273К ; t - температура воздуха по шкале Цельсия. Зная температуру воздуха у земли по шкале Цельсия, можно найти температуру воздуха на различных высотах по формуле: T=273K+t-6,5H, где Т - температура на высоте Н, К; t - температура воздуха у земли, °С; Н - высота, км. Задача Температура воздуха по шкале Цельсия равна -7°. Определить температуру воздуха на высоте 4 км. Решение: Т=273+(-7)-6,5-4=240 К. Температура воздуха на высоте 4 км равна 240 К. |