Аэродинамика малых скоростей
ОТ ПЕРЕВОДЧИКА
Аэродинамика малых скоростей в последнее время привлекает все большее внимание. В ее развитии прежде всего заинтересованы авиамоделисты-спортсмены. Авиамоделизм вступил в такую стадию, когда дальнейшее повышение летных результатов моделей, завоевание новых рекордов и успешное выступление на международных соревнованиях невозможно без глубоких знаний процессов обтекании и теории полета моделей.
К сожалению, теория полета моделей сложна и в отдельных вопросах значительно сложнее теории полета большого самолета. Это вызвано тем, что модели летают в так называемой критической области чисел Рейнольдса, в которой все аэродинамические характеристики претерпевают резкие, малоизученные скачки и зависят к тому же от направления изменения скорости и угла. Поляра перестает быть постоянной и большинство самолетных теорий становятся неприменимыми к модели или нуждаются в сильном изменении. В этом отношении полег модели можно сравнить с полетом самолета при скорости звука, причем модели приходится летать в критической области постоянно.
Для теории модели не всегда применим прием линеаризации характеристик, широко используемый в теории большой авиации, а разделение в динамической устойчивости колебаний на коротко и длиннопериодические не выражено так резко, как у самолетов, ввиду принципиальной разницы в инерционных и массовых величинах. Кроме того, очень мало поставлено экспериментов в аэродинамике авиамодельных скоростей. Приводимая работа немецкого ученого Шмитца, а также его книга являются почти единственными исследованиями, выполненными с высокой точностью и на должном научном уровне.
Явление кризиса при обтекании шара известно давно, но никто не предполагал, что для хорошо обтекаемых тел типа фюзеляж или крыло возможны резкие скачки аэродинамических коэффициентов. В 1937 г. советский аэродинамик А. П. Ковалей в аэродинамическое трубе Центральной авиамодельной лаборатории провел ряд продувок фюзеляжей модели и получил резкое увеличение сопротивления на малых скоростях. Однако правильно объяснить это явление в то время не удалось.
В дальнейшем, по-видимому, в 1939—1940 гг., этот вопрос с большой тщательностью был исследован Шмитцем. Он обратил внимание на то, что турбулентность потока в трубе оказывала значительное влияние на величину аэродинамических коэффициентов, и принял ряд мер к понижению этой турбулентности, к созданию так называемой ламинарной трубы.
Проводить эксперименты с такими скоростями в существующих аэродинамических трубах с их оборудованием трудно, а иногда и невозможно. Имеющиеся малоскоростные трубы рассчитаны па скорости 30— 50 м/сек, и при скоростях 4—12 м/сек, которые интересуют моделистов, имеют неустойчивый поток. Турбулентность таких труб высока, поэтому их необходимо специально модернизировать. Кроме того, силы, действующие на модель при продувке на таких скоростях, малы и нужна аппаратура высокой точности для замера этих сил и параметров потока в трубе.
Многие продувки, проведенные самими моделистами, противоречивы и полученные результаты вызывают сомнение.
Приведенные в этой брошюре результаты получены ученым, специалистом в данной области, выполнены в известном научно-исследовательском аэродинамическом центре в Геттингене (ФРГ) на специально оборудованной аэродинамической трубе и опубликованы в 1953 г. в научном журнале WGL.
В Советский Союз поступил, по-видимому, единственный экземпляр этого журнала и статья Шмитца не стала известна широкой авиамодельной общественности. Лишь некоторые сведения из нее были опубликованы в 1958 г. в книге И. К. Костенко и в 1962 г. в книге Л. Л. Болонкина. Результаты, полученные Шмитцем. настолько интересны, что должны быть известны всем авиамоделистам.
Хотя эти результаты были опубликованы в научном журнале, но изложены они очень просто. В них могут разобраться не только специалисты, но и авиамоделисты средней квалификации знакомые с основами аэродинамики. Много внимания автор уделяет физике кризисных явлений, технике постановки эксперимента. Полученные результаты подробно анализируются и даются практические рекомендации, например, как выбрать оптимальный профиль, рассказывается о направлении дальнейших исследований.
В отличие от своей книги Шмитц в данной работе привел исследования сильно изогнутой пластинки 417в, которая по своим размерам близко подходит к современным профилям, применяемым на моделях. Много внимания уделяет автор и турбулизаторам потока. Все это позволяет в первом приближении оценить величину аэродинамических коэффициентов и хотя бы понять причины, почему резко отличаются полетные результаты моделей, близких по своим размерам, или различны результаты полетов одной и той же модели в холодное и жаркое время дня.
Кроме авиамоделизма, с аэродинамикой малых чисел Рейнольдса приходится сталкиваться и в других областях техники Давно было подмочено, что тщательное моделирование большого самолета для продувки в трубе обычно ни к чему хорошему не приводило. Так, шасси модели, выполненное со всеми деталями шасси самолета, давало такое большое относительное сопротивление, которое на самолете не наблюдалось. Работа Шмитца эти явления объясняет просто и позволяет правильно проектировать продувочные модели самолетов, а в результаты продувок вносить необходимые поправки
С подъемом на высоту числа Рейнольдса самолета падают быстро, так что на тихоходных самолетах и планерах, а также на лопатках турбин двигателей может наблюдаться докризисное обтекание. Докризисное обтекание может наблюдаться и в обычном полете на отдельных мелких выступающих частях самолета, таких как расчалки, разного рода обтекатели, выступающие детали шасси и т. п.
С аэродинамикой малых чисел Рейнольдса (Rе = 40 000—200 000) приходится сталкиваться и конструкторам небольших вентиляторов. Специалистам, занимающимся изучением полета птиц и насекомых, будет также интересно ознакомиться с данной работой.
Наконец, нельзя не сказать и о прикладном значении моделизма: постройке уменьшенных моделей-копий новых самолетов для исследования вопросов устойчивости, управляемости, штопора и т. п. В последнее время за границей такие исследования получают все большее распространение, так как они экономичны и безопасны.
Во всех этих случаях необходимо хорошо знать аэродинамику малых скоростей.
Будем надеяться, что аэродинамика малых скоростей привлечет к себе внимание специалистов исследователей и мы получим новые интересные результаты в этой крайне мало изученной области.
Ждет своих исследователей и аэродинамика сверхмалых скоростей (Rе = 300 — 2000). Именно при таких числах Рейнольдса летают комнатные модели, обтекается корда у кордовой модели. В этом диапазоне скоростей, к сожалению, пока еще не проведено ни одного эксперимента.
А. Болонкин
СОДЕРЖАНИЕ
От переводчика
- Основания для исследований на приз Людвига Прантля.....................................................1
- Диапазоны чисел Rе.......................................................................................................... 8
- Обоснование специальных методов исследования ...........................................................10
- Эффект турбулентности для шара и крыла...................................................................... 11
- Петля гистерезиса........................................................................................................... 17
- Нить в качестве турбулизатора....................................................................................... 20
- Носик крыла и перемещение передней критической точки повышенного давления .... 24
- Результаты измерении на крыле с профилем № 60........................................................ 26
- Изогнутая пластинка 417а (f/b=0,058)........................................................................... 28
- Изогнутая пластинка 417в (f/b=0,087).............................................................................. 31
- Сравнение результатов измерений................................................................................. 40
- Выбор профиля в соответствии с числом Rе .................................................................... 46
- Сравнение большого самолета и летающей модели ........................................................ 46
- Применение исследований ..............................................................................................48
- Значение исследований.................................................................................................. 54
Заключение .............................................................................................................................. 56
Список литературы.................................................................................................................... 57
Список отечественной литературы, в которой освещены вопросы аэродинамики малых скоростей ...... 58
Скачайте книгу Аэродинамика малых скоростей пройдя по ссылке