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>