Теория полёта
летающих моделей

DjVu

      ВВЕДЕНИЕ
      Гигантскими шагами развивается авиация. Создаются оригинальные конструкции, испытания приносят новые полетные результаты, ставятся интересные проблемы. Десятки научно-исследовательских институтов испытывают модели в аэродинамических трубах, проверяют теоретические положения на экспериментальных установках. Тысячи конструкторов в опытно-конструкторских бюро склоняются над чертежами и расчетами в поисках оригинальных решений, пытаясь удовлетворить противоречивые требования аэродинамики, прочности, веса.
      Современный самолет представляет собой одно из самых сложных инженерных сооружений.
      Авиамоделисту, проектирующему свою модель, приходится сталкиваться в миниатюре со всем основным комплексом вопросов, которыми занята авиация. Многих моделистов интересуют не только спортивные модели, являющиеся обязательными для членов команды на соревнованиях, но и рекордные модели, предназначенные для полетов на дальность, продолжительность и высоту, модели-копии, скоростные и радиоуправляемые.
      К сожалению, расчет почти всех видов моделей в литературе освещен недостаточно. Поэтому в этой книге наряду со спортивными моделями уделяется внимание и расчету других типов моделей, которые интересуют строителей малой авиации.
      Основная задача книги не в том, чтобы дать какие-то конструкции или готовые рецепты, которыми изобилуют многие руководства, цель ее — помочь моделисту научно подходить к созданию модели самолета, разобраться в тех путях, над которыми следует работать, чтобы по-
      высить летные результаты, дать какие-то знания, которые смогли бы пригодиться моделисту в будущем.
      Готовые графики и результаты малоубедительны, они загромождают память и ничего не дают моделисту для развития. Основываясь на определенных, известных только их автору допущениях и упрощениях, графики становятся неверными, когда эти допущения не выполняются, и только вводят в заблуждение читателя.
      В этой же книге все формулы даются с доказательства или на базе приводимых экспериментальных данных, указывается на допущения и упрощения, принятые при выводе, и приводятся возможные причины отклонения действительности от расчетов.
      К сожалению, не удалось обойтись без некоторых относительно сложных выводов и громоздких формул, хотя и простых по своей сути и структуре. Поэтому для облегчения их практического применения многие расчеты номограммированы.
     
      АЭРОДИНАМИКА
      Глава 1
      ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ АЭРОДИНАМИКИ
      Свойства воздуха
      Полет модели происходит в воздухе. Для того чтобы правильно спроектировать модель и рассчитать ее лет-ные данные, надо хорошо знать свойства воздуха. Наиболее важный его параметр — массовая плотность. Это вес 1 м3 воздуха, разделенный на ускорение земного притяжения. (...)
      Массовая плотность воздуха, так же как и у , меняется в зависимости от давления и температуры. С поднятием на высоту массовая плотность воздуха понижается.
      В табл. 1 приведены величины массовой плотности на различных высотах по данным Международной стандартной атмосферы. Они необходимы для того, чтобы рассчитать полет модели на большой высоте. С поднятием на высоту летные характеристики модели меняются и, в частности, мощность мотора падает. В последней графе дается коэффициент, учитывающий это падение мощности.
      Таблица 1
      Изменение температуры, давления и плотности с высотой (...)
      Так, например, если подставить в формулу массу воздуха, которую крыло отклоняет вниз при своем движении, и ускорение, которое сообщается этой массе, то сила / будет равна подъемной силе крыла. Или если подставить массу газов, выбрасываемых ракетным двигателем, и ускорение, сообщаемое этой массе, то получим тягу, развиваемую двигателем. Аналогично можно подсчитать подъемную силу вертолета, тягу винта, сопротивление и т. п. Формула f=М а универсальна, она широко применяется во всех областях техники. Однако в аэродинамике считают по ней в исключительных случаях, так как ни масса, ни ускорение обычно неизвестны. Но закон, сформулированный Ныотоном, всегда соблюдается во всех аэродинамических явлениях. Бесполезно, например, изобретать крыло, которое создавало бы подъемную силу и не отклоняло бы поток вниз, или устройство, которое бы ничего не отбрасывало и давало тягу. (...)
      Действие закона Бернулли можно наиболее ясно наблюдать, демонстрируя движение воздуха или жидкости по трубам. При свободном течении жидкости его применяют к отдельной выделенной струйке, частицы которой, двигаясь между соседними струйками, находятся как бы в трубе.
      Иначе говоря, по отношению к отдельной струйке закон Бернулли можно сформулировать следующим образом: сумма статического давления и скоростного напора вдоль струйки остается постоянной.
      Во всех случаях полета эта постоянная равна атмосферному давлению. В самом деле, если У=0, получим Р=Р0. При подсчетах величины V берут в м/сек, а Р получают в кг/м2.
      Вторая причина изменения давления в движущемся потоке — искривление струек вследствие обтекания тела и развивающихся при этом центробежных сил.
      При изучении взаимодействия между воздухом и телом часто изучают движение тела в жидкости, так как многие закономерности движения тел в воздухе и жидкости одинаковые.
      Характер движения воздуха или жидкости около тела дает спектр обтекания. Спектр обтекания можно сделать хорошо видимым, если в воздух выпускать струйки дыма или на поверхность воды посыпать алюминиевых опилок.
      На рис. 1 показан спектр обтекания плоской пластинки, поставленной перпендикулярно потоку, и хорошо обтекаемого веретенообразного тела.
      Перед пластинкой поток тормозится, а обтекая ее края, срывается в виде вихрей, образующих широкий вихревой след. Вследствие уменьшения скорости перед пластинкой, согласно закону Бернулли, давление на стороне, обращенной к набегающему потоку, повышается, а на противоположной стороне вследствие отсоса воздуха — понижается. В итоге появляется сила, стремящаяся унести пластинку с потоком; у пластинки возникает сопротивление.
      На хорошо обтекаемом теле зона повышенного давления перед телом и пониженного за телом сведена до минимума. Сопротивление при этом падает во много раз. Главную роль в нем начинает играть не давление, а трение поверхности тела о воздух.
      По спектру обтекания до некоторой степени можно судить о сопротивлении тела.
      Силы, действующие на тело, удобнее замерять, не двигая тело в воздухе, а заставляя набегать воздух на неподвижное тело. Это совершенно безразлично, так как важно относительное движение воздуха и тела. Такой метод получил наибольшее распространение и применяется в аэродинамических трубах. Схема такой трубы изображена на рис. 2.
      Замеряя сопротивление тела при различных скоростях, можно составить таблицы или графики. Установлено, что сопротивление тела зависит от определенных его характеристик: формы тела, его размеров, плотности воздуха и квадрата скорости. Формула сопротивления (...)
      По закону Ньютона сопротивление тел получается тем больше, чем больше воздуха они увлекают за собой. Наиболее сильное торможение воздуха наблюдается у пластинки, поставленной перпендикулярно потоку. Но даже и хорошо обтекаемое тело увлекает за собой воздух. Происходит это вследствие вязкости воздуха. Частицы воздуха, находящиеся около поверхности тела, как бы прилипают к ней и увлекают за собой соседние частицы. В непосредственной близости от поверхности тела образуется слой заторможенного воздуха или пограничный слой. Влияние пограничного слоя на характер обтекания тела огромно.
      При одних и тех же спектрах обтекания коэффициент ты Сх для геометрически подобных тел одинаковые. Многочисленные опыты убеждают в том, что спектры обтекания подобны в том случае, если отношение силы инерции, действующей на частицу жидкости, к силам вязкости остается постоянным.