Практическая аэродинамика. Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

  ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСTВО ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА

ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ»

ПРАКТИЧЕСКАЯ АЭРОДИАМИКА

Методические указания  по  изучению дисциплины и  выполнению

контрольной работы

Для студентов специальности 162001 «Эксплуатация воздушных судов  и организация воздушного движения», специализации «Организация лётной работы»;

направления подготовки 161000 «Аэронавигация», профиля подготовки «Лётная эксплуатация гражданских воздушных судов».

Санкт-Петербург

2016

Одобрено и рекомендовано к изданию

Методическим советом

Практическая аэродинамика: Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольной работы / СПбГУ ГА. С.-Петербург, 2016.

Издаются в соответствии с программой курса "Практическая аэродинамика".

Даны рекомендации по самостоятельному изучению тем дисциплины, приведены контрольные задания и вопросы для самопроверки, исходные данные и рекомендации по выполнению контрольной работы.

Предназначены для студентов специальности 162001 «Эксплуатация воздушных судов  и организация воздушного движения», специализации «Организация лётной работы»;

направления подготовки 161000 «Аэронавигация», профиля подготовки «Лётная эксплуатация гражданских воздушных судов».

.

Табл.6, библ.6 назв.

Составитель  , ст. преп.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Дисциплина  «Практическая аэродинамика» изучает теоретические основы аэродинамики и динамики полета, их практическое применение в задачах ах эксплуатации воздушных судов (ВС), аэродинамические, летно-технические характеристики современных ВС, влияние эксплуатационных и конструктивных факторов на аэродинамические и летные свойства ВС, аэродинамические  особенности поведения ВС на предельных режимах полета, аэродинамику особых случаев полета и характерных летных  происшествий.

Цель изучения дисциплины - дальнейшее совершенствование профессиональной подготовки студентов в области практической аэродинамики эксплуатируемых типов самолетов. Изучение особенностей компоновки, аэродинамики, устойчивости, управляемости и пилотирования самолета в различных условиях эксплуатации, в том числе, в особых случаях и условиях полета.

Дисциплина является  профессионально ориентированной на подготовку пилотов.

       Статистика авиационных происшествий, а также практика летной эксплуатации свидетельствует о том, что большая часть авиационных происшествий связана с незнанием летным составом особенностей аэродинамики, устойчивости, управляемости, поведения самолета, его маневренных возможностей на предельных режимах полета и при отказах авиационной техники.

       В процессе изучения дисциплины студенты получают основные  сведения по указанным вопросам, знания которых необходимы летному составу для дальнейшего совершенствования своей профессиональной подготовки.

Дисциплина основывается  на зании студентом основ высшей математики, вычислительной техники, физики, теоретической механики, аэродинамики и динамики полёта.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

знать:

особенности устойчивости и управляемости воздушных судов на предельных (крайних) режимах полета, в особых условиях и особых случаях в полете;

эксплуатационные ограничения воздушных судов соответствующих видов и типов и их обоснование;

особенности полетов в особых условиях и особые случаи в полете;

уметь:

оценивать влияние эксплуатационных факторов на безопасность и эффективность полетов воздушных судов; 

обосновать оптимальные режимы полета в заданных условиях; 

оценивать возможности воздушных судов на различных этапах полета и в различных эксплуатационных условиях;

владеть: 

методикой выбора оптимальных режимов полета с учетом безопасности и эффективности летной эксплуатации воздушных судов;

правилами и процедурами эксплуатации воздушных судов соответствующих видов и типов.

Тема 1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ

Физико-математические свойства воздуха.        Уравнение неразрывности. Уравнение количества движения. Различные формы уравнения Бернулли.- Параметры торможения газового потока. Прибор для определения скорости. Сверхзвуковое сопло. Скачки уплотнения. Воздухозаборники. Аэродинамические: трубы.

Методические указания

При эксплуатации самолета необходимо учитывать возможные случаи взаимодействия воздушного судна с внешней средой (атмосферой}. Основные параметры воздуха: давление, плотность, температура - существенным образом зависят от целого ряда факторов, в том числе от географического места, времени года, времени. суток, высоты и др.        

Надо вспомнить, что характеризует/,^ основные параметры воздуха, их размерность, молекулярно-кинетическую природу. Законы идеальното газа, известные из физики, описывают свойства воздуха, поэтому можно связать параметра        воздуха  уравнением состояния газа.

Особое значение в аэродинамике имеет такое свойство воздуха, как его вязкость. Другим отличительным свойством воздушной среды является ее свойство, сжимаемости. Оно проявляется в полете на больших скоростях, при больших значениях числа Маха (М).;

Для обработки результатов летных испытаний и обеспечения возможности сравнения летно-технических характеристик различных воздушных, судов используют условные законы изменения основных параметров воздуха с высотой - стандартную атмосферу (СА).

Аэродинамика - наука о законах движения воздушной среды. и тел, в нее помещенных.  Основное практическое применение аэродинамики - определение сил и моментов, действующих на тело, помещенное в воздушную среду. Большая роль принадлежит аэродинамике в задачах проектирования и эксплуатации самолетов ГА.

В настоящее время теория' движения воздушной среды основывается на уравнениях неразрывности» изменения количества движения, энергии.

При теоретическом исследовании сложные физические процессы обтекания тел потоком воздуха приходится упрощать. Наибольшее распространение получила модель идеальной жидкости. Исходная система уравнений движения в идеальной жидкости позволяет определить скорость в любой точке потока, обтекавшего тела. Интегрирование этих уравнений для случая установившегося движения жидкости впервые было осуществлено Бернулли.  Результат интегрирования известен в аэродинамике как уравнение Бернулли. Уравнение Бернулли вместе с уравнением состояния и уравнением неразрывности представляет собой систему основных уравнений аэродинамики, позволяющих найти все параметры' потока воздуха, если считать его идеальной средой. Уравнения, полученные для точек, где значения скоростей равны нулю, позволяют получать параметры торможения газового потока.

При изучении данной темы следует обратить внимание на вопросы практического использования соотношений/ в особенности в конструкции прибора для определения скорости.

Необходимо освоить основные понятия и определения, которые широко используются в аэродинамике: "линия тока", "трубка тока", "циркуляция скорости".

При изучении особенностей течения, воздуха с большими '(сверхзвуковыми) скоростями надо вспомнить о способности потока разгоняться при расширении струи и тормозиться скачкообразно при сужении.

Необходимо также понимать, какие принципы легли в основу использования аэродинамических труб в экспериментальной аэродинамике и уметь измерять сипы и моменты.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1. Какие основные уравнения используются при решении задач аэродинамики?

2. Объясните физический смысл уравнения неразрывности. Как оно выглядит?        

3. Напишите уравнение Бернулли для сжимаемой и несжимаемой жидкости.

4. Как изменяется, скорость потока воздуха при изменении сечения струйки?

5. Как получены уравнения торможения для газового потока?

6. Какой принцип лежит в. основе конструкции прибора для измерения скорости воздушного потока?

7. Что представляет собой сопло Лаваля?

8. Какие принципы лежат в основе использования аэродинамических труб?        9. Каковы особенности трансзвукового обтекания профилей?

Тема 2. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КРЫЛА

Понятия об аэродинамических силах и их коэффициентах. Геометрические параметры крыла. Теорема Жуковского о подъемной силе. Индуктивное сопротивление крыла конечного  размаха. Подсасывающая сила.        

Влияние сжимаемости. Волновой кризис. Механизация крыла. Влияние экрана. Современные формы крыльев дозвуковых самолетов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Полная аэродинамическая сила, возникновение которой обусловлено обтеканием тела потоком воздуха, является результирующей сил давления и сил трения. Величина и направление силы зависят от целого ряда факторов: параметров тела и положения его относительно потока; физических свойств среды и состояния  потока. На основании теории размерностей были выделены главные Факторы, определяющие аэродинамическую силу. Их влияние учитывается через безразмерные аэродинамические коэффициенты. При  изучении аэродинамических сил, действующих на самолет, необходимо четко знать структурную формулу аэродинамических сил и моментов, определять проекции на соответствующие оси выбранной системы координат (связанной, скоростной).

Изучая основы вихревого движения жидкости, обратите особое внимание на теорему о подъемной силе, уясните физические причины возникновения подъемной силы.

Другой составляющей полной аэродинамической силы является сила лобового сопротивления. Она обычно представляется в  виде суммы силы сопротивления трения и сипы сопротивления давления. Составляющими силы сопротивления давления являются силы индуктивного и волнового сопротивления.

Очень важно четко знать и уметь объяснить характер зависимости аэродинамических коэффициентов  от различных  параметров.

угла атаки б  (при этом следует обратить явление срыва потока, которое имеет важное значение для обеспечения безопасности полетов); числа М; формы тела (применительно к летной эксплуатации существенно влияние крыла, его формы в плане, типа используемой механизации).

Большое внимание следует уделить поляре самолета, характерным точкам данной кривой, а  также моментным характеристикам крыла; знать, что такое фокус крыла и центр давления.