Экспериментальное моделирование в аэродинамике: лабораторный практикум

1. АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТИ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ
ХАРАКТЕРИСТИК ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ОТ ПОЛЕТНОЙ КОНФИГУРАЦИИ
Особенности летательного аппарата (ЛА), например самолета, как
объекта управления, определяются его аэродинамикой, динамическими
свойствами, конструкцией основных агрегатов (крыла, фюзеляжа, оперения, шасси, силовой установки) и других элементов, формирующих
полетную конфигурацию [1, 2]. Все эти особенности находятся в тесной взаимосвязи.
В пособии рассматриваются аэродинамические характеристики (АДХ)
ЛА и его основной несущей поверхности – крыла.
АДХ необходимы для определения коэффициентов в дифференциальных уравнениях математической модели движения ЛА, как объекта
управления и, в конечном счете, для синтеза контуров автоматического
или автоматизированного управления полетом. В полете ЛА изменяет
свои аэродинамические, массовые и геометрические характеристики и,
следовательно, является нестационарным объектом управления. Для
достижения требуемых характеристик качества переходного процесса
необходимо адаптивно перенастраивать параметры системы управления.
Напряжения трения и давления, действующие со стороны газообразной среды на поверхность движущегося в ней ЛА, можно привести к
одной силе – к аэродинамической силе планера R_A (рис. 1) [3].
Она считается приложенной в центре давления (ЦД) и определяется как

точка пересечения линий действия
силы RА с характерной для данного ЛА
линией, например с хордой крыла.
Если центр масс (ЦМ) не расположен

М=RА^r

Хорда крыла
r
RА

Центр
давления

на линии действия RА, возникает
аэродинамический момент М, вращающий ЛА вокруг ЦМ (рис. 1).
Центр масс

Рис. 1

3

x
a

M_x

Y_a

y_a

y

Y
M_y

z_a
Характеристики векторов RА
и М зависят от ряда факторов, которые можно отнести к четырем
группам: ориентация ЛА в набегающем потоке; условия силового взаимодействия потока с ЛА;

a

x_a

V

0
Z_a
M_z

X
Z^z
X_a
состояние и конфигурация обтекаемой поверхности.
Ориентация в потоке определяется углами атаки a и скольжения a (рис. 2).
Условия силового взаимодей

Рис. 2
ствия характеризуются в общем
случае критериями Маха M = V/a,

Рейнольдса Re = iVL , Кнудсена Kn = i/L, Струхаля Sh^Vt
L
= , степенью

турбулентности внешнего потока a [4]. В этих критериях a — скорость
звука в газе; L – характерный размер ЛА; i – вязкость среды; l – длина
свободного пробеге молекул газа; t – характерное время нестационарного процесса обтекания. Критерии отражают, соответственно, свойства
сжимаемости, вязкости,