БСЭ БСЭ - Большая Советская Энциклопедия (АЭ)
Аэродинамические коэффициенты
Аэродинами'ческие коэффицие'нты, безразмерные величины, характеризующие аэродинамические силу и момент, действующие на тело, движущееся в жидкой или газообразной среде. А. к. силы Ck находят как отношение аэродинамич. силы R к скоростному напору
и характерной площади S, а А. к. момента Cm — как отношение аэродинамич. момента М к rv2/2, S и к характерной длине l , т. е.
где r — плотность среды, в которой движется тело, v — скорость тела относительно этой среды. Характерные размеры выбираются достаточно произвольно, например для самолёта S — площадь несущих крыльев (в плане), а l — длина хорды крыла; для ракеты S — площадь миделевого сечения, а l — длина ракеты. Если аэродинамическую силу и момент разложить на составляющие по осям, то соответственно будем иметь: А. к. сопротивления — Cx, подъёмной и боковой сил — Су и Cz, а также А. к. моментов крена, рыскания и тангажа.
Выражение аэродинамических сил и моментов в форме А. к. имеет большое значение для аэродинамических исследований и расчётов, существенно их упрощая. Так, например, аэродинамическая сила, действующая на самолёт, может достигать значений в сотни и тысячи кн (десятки и сотни mс), та же сила, действующая на модель этого самолёта, испытываемую в аэродинамической трубе, составляет десятки ньютонов (н), но А. к. для самолёта и для модели равны между собой. Или, например, аэродинамическая сила, действующая на шар, падающий с большой высоты на землю, зависит от высоты и скорости падения шара, а А. к. является постоянной величиной.
Для аппаратов больших размеров, летящих на малой высоте с дозвуковой скоростью, для которых М-число М < 0,2, А. к. зависит только от формы летательного аппарата и угла атаки (угла между характерной плоскостью и направлением скорости полёта). В общем случае А. к. зависят от вязкости и сжимаемости газа, характеризуемой безразмерными подобия критериями: М-числом и Рейнольдса числом (рис. 1 и 2).
М. Я. Юделович.
Рис. 1. Зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления конуса от числа М. Рис. 2. Зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления шара от числа Re.
Аэродинамические свойства семян
Аэродинами'ческие сво'йства семя'н, особенности поведения семян в воздушном потоке. А. с. с. зависят от размеров, формы, веса семян, шероховатости их поверхности и др. Эти свойства учитывают при конструировании машин для очистки и сортирования семян. Для изучения А. с. с. используют специальные приборы — пневмоклассификаторы, в которых по вертикальной трубе подаётся снизу воздушный поток на сетку с семенами. Скорость воздушного потока, при которой семена приходят во взвешенное состояние, называется критической. Для семян пшеницы, например, она равна 8—11 м/сек, кукурузы — 10—17 м/сек. Сопротивление семян воздушному потоку зависит от парусности семян (площади поперечного сечения, перпендикулярного потоку). Поведение семян в потоке зависит от их удельной парусности — отношения площади среднего поперечного сечения семян (в см2) к их массе (в г). Удельная парусность характеризуется скоростным давлением потока, при котором семя находится во взвешенном состоянии. Это давление измеряется микроманометром.
Аэродинамические сила и момент
Аэродинами'ческие си'ла и моме'нт, величины, характеризующие воздействие газообразной среды на движущееся в ней тело (например, на самолет). Силы давления и трения, действующие на поверхности тела, могут быть приведены к равнодействующей R этих сил, называются аэродинамической силой, и к паре сил с моментом М, называются аэродинамическим моментом. Аэродинамическую силу раскладывают на составляющие в прямоугольной системе координат (рис. 1), связанной либо с вектором скорости тела v (поточная, или скоростная, система координат), либо с самим телом (связанная система). В поточной системе сила, направленная по оси потока в сторону, противоположную направлению движения тела, называется аэродинамическим сопротивлением Х, перпендикулярная ей и лежащая в вертикальной плоскости — подъёмной силой У, а перпендикулярная к ним обеим — боковой силой Z. В связанной системе координат аналогом первых двух сил являются тангенциальная Т и нормальная N силы. Аэродинамический момент играет важную роль в аэродинамическом расчёте летательных аппаратов, определяя их устойчивость и управляемость, и представляется обычно в виде трёх составляющих — проекций на оси координат, связанных с телом (рис. 2): Mx (момент крена), My (момент рыскания) и Mz (момент тангажа). Знаки моментов положительны, когда они стремятся повернуть тело соответственно от оси у к оси z, от оси z к оси х, от оси д; к оси у. А. с. и м. зависят от формы и размеров тела, скорости его поступательного движения и ориентации к направлению скорости, свойств и состояния среды, в которой происходит движение, а в некоторых случаях и от угловых скоростей вращения и от ускорения движения тела. Определение А. с. для тел различной формы и дри всевозможных режимах полёта является одной из главных задач аэродинамики и аэродинамического эксперимента. См. также Аэродинамические коэффициенты.
Ю. А. Рыжов.
Рис. 2. Проекции аэродинамического момента на оси координат: Mx — момент крена; My — момент рыскания; Mz — мoмeнт тангажа.
Рис. 1. Разложение аэродинамической силы на составляющие в поточной системе координат X, Y, Z и в связанной системе Т, N, Z; ось Z на рис. не изображена, она перпендикулярна плоскости чертежа.
Аэродинамический момент
Аэродинами'ческий моме'нт, Аэродинамические сила и момент.
Аэродинамический нагрев
Аэродинами'ческий нагре'в, нагрев тел, движущихся с большой скоростью в воздухе или другом газе. А. н. — результат того, что налетающие на тело молекулы воздуха тормозятся вблизи тела.
Если полет совершается со сверхзвуковой скоростью культур, торможение происходит прежде всего в ударной волне, возникающей перед телом. Дальнейшее торможение молекул воздуха происходит непосредственно у самой поверхности тела, в пограничном слое. При торможении молекул воздуха их тепловая энергия возрастает, т. е. температура газа вблизи поверхности движущегося тела повышается максимальная температура, до которой может нагреться газ в окрестности движущегося тела, близка к т. н. температуре торможения:
T0= Тн+ v2/2cp,
где Тн — температура набегающего воздуха, v — скорость полёта тела, cp — удельная теплоёмкость газа при постоянном давлении. Так, например, при полёте сверхзвукового самолёта с утроенной скоростью звука (около 1 км/ сек) температура торможения составляет около 400°C, а при входе космического аппарата в атмосферу Земли с 1-й космической скоростью (8,1 км/сек) температура торможения достигает 8000 °С. Если в первом случае при достаточно длительном полёте температура обшивки самолёта достигнет значений, близких к температуре торможения, то во втором случае поверхность космического аппарата неминуемо начнёт разрушаться из-за неспособности материалов выдерживать столь высокие температуры.
Из областей газа с повышенной температурой тепло передаётся движущемуся телу, происходит А. н. Существуют две формы А. н. — конвективная и радиационная. Конвективный нагрев — следствие передачи тепла из внешней, «горячей» части пограничного слоя к поверхности тела. Количественно конвективный тепловой поток определяют из соотношения
qk = а(Те—Тw),
где Te — равновесная температура (предельная температура, до которой могла бы нагреться поверхность тела, если бы не было отвода энергии), Tw — реальная температура поверхности, a — коэффициент конвективного теплообмена, зависящий от скорости и высоты полёта, формы и размеров тела, а также от других факторов. Равновесная температура близка к температуре торможения. Вид зависимости коэффициента а от перечисленных параметров определяется режимом течения в пограничном слое (ламинарный или турбулентный). В случае турбулентного течения конвективный нагрев становится интенсивнее. Это связано с тем обстоятельством, что, помимо молекулярной теплопроводности, существенную роль в переносе энергии начинают играть турбулентные пульсации скорости в пограничном слое.
