Коэффициент лобового сопротивления корпуса бескрылого ЛА при сверхзвуковых скоростях и вариации одного из его геометрических параметров
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
ной и кормовой частей, каждый из которых рассчитываем по отдельной формуле.
Коэффициенты волнового сопротивления для рассматриваемых форм головной и кормовой частей рассчитываются по следующим полуэмпирическим формулам:
а) головная часть - параболическая заостренная:
где: - коэффициент волнового сопротивления конуса с углом полураствора равным 1 градусу;
- коэффициент давления в передней критической точке за прямым скачком уплотнения.
б) кормовая часть - параболическая расширяющаяся:
Qк - угол полураствора конуса (головного или кормового), а Q0 - полуугол при вершине параболы, которые рассчитываем по следующим формулам:
а) головная часть - параболическая заостренная:
б) кормовая часть - параболическая расширяющаяся:
;
- число Маха невозмущенного набегающего потока;
dм - диаметр миделя ЛА (диаметр цилиндрической части);
dк - диаметр кормового среза;
r - радиус притупления головной части;
Следует еще раз заметить, что волновое сопротивление для большинства конструкций вносит наибольший вклад в суммарную величину , особенно при малых и умеренных сверхзвуковых скоростях полета.
2. Донное сопротивление
Рис. 3. Течение в донной области при сверхзвуковых скоростях
Донное сопротивление обусловлено разрежением в донной области тела. Коэффициент донного сопротивления численно равен коэффициенту донного давления, взятому с противоположным знаком. Донное разрежение зависит от скорости полета, состояния поверхности тела, его длины, т.е. от состояния пограничного слоя в области донного среза, и сужения кормовой части. Чем толще пограничный слой у донного среза (длинное тело или большая шероховатость), тем больше донное давление и меньше донное сопротивление. При сверхзвуковых скоростях с ростом числа разрежение в донной области тела увеличивается и при достаточно больших числах за дном возникает абсолютный вакуум.
Донное сопротивление для некоторых тел вращения может достигать 30% полного сопротивления. У тел вращения большого удлинения увеличение угла атаки до a5 практически не влияет на величину донного давления.
Расчет коэффициента донного сопротивления производим по формуле:
,
где .
Поправочный коэффициент , учитывающий отличие донного давления от абсолютного вакуума, зависит от числа и геометрических характеристик тела вращения и равен
при k1 1
или при k1> 1,
В формуле для расчета
(здесь - удлинение ЛА).
При определенных сочетаниях параметров входящих в (изменение скорости полета или величины переменного геометрического размера) расчетная схема автоматически переходит от расчета величины по приведенной формуле, к постоянному значению . Этому случаю отвечает скачкообразное изменение величины донного сопротивления в зависимостях или .
3. Сопротивление трения
Проекцию главного вектора приложенных к ЛА касательных сил на направление невозмущенного потока называют сопротивлением трения. Наибольший вклад в сопротивление трения тел вращения дает его средняя (обычно цилиндрическая) часть. Коэффициент сопротивления трения зависит от состояния пограничного слоя; при сверхзвуковых скоростях полета с ростом числа М коэффициент сопротивления трения убывает в связи с уменьшением толщины пограничного слоя.
При сверхзвуковых скоростях полета длинного тела, ламинарный пограничный слой имеет место только в небольшой области, примыкающей к носовой оконечности тела, т.е. практически на всей поверхности ЛА реализуется турбулентный режим течения. Место перехода пограничного слоя из одного состояния в другое может быть приближенно определено через отношение критического числа Рейнольдса к числу Рейнольдса в данной точке траектории ЛА. В настоящей расчетной схеме за критическое число Рейнольдса принято значение .
Используя распространенный в аэродинамике прием, когда криволинейная внешняя поверхность реального ЛА заменяется плоской пластиной, эквивалентной по площади и той же протяженности по потоку, что и рассматриваемая поверхность тела вращения, расчетную формулу для определения сопротивления трения запишем в виде:
,
где - коэффициент сопротивления трения плоской пластины в пограничном слое несжимаемой жидкости;
- коэффициент, учитывающий отличие тела вращения от плоской пластины;
- коэффициент, учитывающий сжимаемость среды;
- относительная площадь боковой поверхности ЛА; - полная площадь боковой поверхности и площадь миделевого сечения ().
). При на поверхности ЛА существует смешанный пограничный слой. Поэтому среднее для ЛА значение местного коэффициента трения рассчитываем по следующей формуле:
,
в которой коэффициенты трения для ламинарного и турбулентного пограничных слоев рассчитываем по формулам:
,;
Значение коэффициента зависит от удлинения тела вращения. Приведенная в книге [2] графическая зависимость аппроксимирована несколькими простейшими аналитическими формулами и использована в программе расчета. При расчете коэффициента также учтен смешанный характер течения на поверхности ЛА:
,
где .
) При имеет место чисто ламинарное обтекание всей поверхности ЛА, поэтому , .
В формулах для расчета коэффициента трения - число Р?/p>