аэродинамические коэффициенты

АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ КОЭФФИЦИЕНТЫ - безразмерные величины, характеризующие аэродинамические силу и момент, действующие на тело, движущееся в жидкой или газообразной среде. В аэродинамике цель моделирования - определение А. к. при испытании в аэродинамических трубах и др. эксперим. установках моделей, геометрически подобных натурным объектам. Если в модельных и натурных условиях критерии аэродинамич. подобия (Маха число M, Рейнольдса число Re, Струхаля число Sh и др.) одинаковы, а также соблюдается кинематич. подобие, то значения А. к. модели и натуры будут равны. А. к., как и их проекции на оси координат, не зависят от размерных физ. свойств среды и размеров тела, а зависят лишь от его формы, ориентации и безразмерных критериев аэродинамич. подобия, отношения уд. теплоёмкостей среды и др. Это позволяет определять нагрузки, действующие на натурный объект, по результатам модельных исследований. А. к. C_RA аэродинамич. силы R_A и m аэродинамич. момента M соответственно равны:

где -скоростной напор или динамич. давление,- плотность среды, в к-рой происходит движение; - скорость движения тела (или скорость невозмущённого набегающего потока в аэродинамич. трубе); S, l - характерные площадь и линейный размер обтекаемого тела. Проекции аэродинамич. силы и момента на оси скоростной и связанной систем координат соответственно (см. рис. 1, 2 к ст. Аэродинамические сила и момент), отнесённые к скоростному напору и геом. параметрам S и l, определяют значения А. к. лобового сопротивления , аэродинамич. подъёмной силы , аэродинамич. боковой силы , коэф. аэродинамич. моментов крена , рыскания и тангажа (всё в скоростной системе координат). В связанной системе аналогично определяются А. к. продольной нормальной , поперечной сил и соответствующих моментов . Величины и считаются положительными, когда направлены противоположно оси , остальные составляющие А. к. силы и момента положительны, когда их вектор направлен по соответствующей оси.

Выбор характерных геом. параметров (S, l), к к-рым принято относить силы и моменты, производится для разных летат. аппаратов разл. способами.

Рис. 1. Зависимость от угла атаки

Рис. 2. Зависимость от угла атаки

Рис. 3. Зависимость от угла атаки

Для самолёта S - площадь крыла в плане, включая подфюзе-ляжную часть. Для снарядов баллистич. ракет и слабооперенных летат. аппаратов - это площадь миделевого сечения, т. е. площадь наибольшего поперечного сечения корпуса (фюзеляжа). При определении и самолёта в качестве l принимается размах крыла, а для - его ср. аэродинамич. хорда. В ракетостроении в качестве l используется длина ракеты. А. к. тела заданной конфигурации при фиксированных значениях критериев аэродинамич. подобия и установившемся (стационарном) движении зависят от его ориентации к потоку (от углов атаки, скольжения и крена, рис. 1, 2).

При неустановившемся движении А. к. зависят также от величин, характеризующих ускорение тела и угловую скорость его вращения. Поскольку момент измеряется относительно принятого центра масс летат. аппарата, по виду зависимости (рис. 3), напр., можно судить о продольной статич. устойчивости аппарата. Зависимость 1 соответствует статически устойчивому аппарату, т. к. при отклонении от т. н. балансировочного угла атаки а, к-рому соответствует =0, возникает момент, возвращающий аппарат в прежнее положение, а кривая 2 - статически неустойчивому, поскольку действует момент, увеличивающий возникшее отклонение от балансировочного угла атаки. А. к. зависят также от чисел . Начало возрастания и максимум зависимости (M)(рис. 4) связаны с переходом скорости полёта через скорость звука (М=1) или с т. н. волновым кризисом. Немонотонность в ср. части зависимости от Re (рис. 5) связана с переходом от ламинарного режима обтекания к турбулентному.

Значения А. к. необходимы для определения основных лётных характеристик объекта - его сопротивления и подъёмной силы, а также для расчёта его устойчивости и управляемости.

Рис. 4. Зависимость от числа M.

Рис. 5. Зависимость от числа Re.

Осн. метод определения А. к. сложных по форме тел-эксперименты на моделях и натурных объектах, хотя расчётно-теоретич. методы с использованием ЭВМ получают всё большее развитие и позволяют решать всё более сложные задачи аэродинамики.

Лит.: Фабрикант H. Я., Аэродинамика, M., 1964; Аржаников H. С., Мальцев В. H., Аэродинамика, M., 1952; Аржаников H. С., Садекова Г. С., Аэродинамика больших скоростей, M., 1965. Ю. А. Рыжов.

   <<      Предметный указатель      >>