ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА ОТ ЕГО ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ
Практическая аэродинамика
Тема № 1. Основные свойства воздуха
Вопросы:
Атмосфера Земли.
Физические характеристики атмосферы и их влияние на полет.
Температура воздуха.
Атмосферное давление.
Плотность воздуха.
Международная стандартная атмосфера.
Инертность, вязкость и сжимаемость воздуха.
Скорость звука и скачки уплотнения.
Основные законы движения газов: закон неразрывности струи и уравнение постоянства расхода газа.
Закон Бернулли для струи несжимаемого газа.
Аэродинамические трубы. Типы труб и принцип их работы
Тема № 2. Аэродинамические силы
Вопросы:
Обтекание тел воздушным потоком.
Основной закон сопротивления воздуха.
Крыло и его назначение.
Основные геометрические характеристики крыла: размах, хорда, площадь, форма в плане, удлинение, основные профили и толщина крыла.
Основные сведения об углах атаки и скольжения.
Аэродинамический спектр крыла.
Возникновение подъемной силы и лобового сопротивления крыла.
Аэродинамическое качество крыла.
Построение аэродинамических характеристик крыла и самолета: поляра самолета, качество по углу атаки; определение по этим графикам всех необходимых данных самолета.
Причины падения коэффициента подъемной силы на закритических углах атаки.
Способы увеличения коэффициента подъемной силы и особенности аэродинамики механизированного крыла.
Понятие о распределении давления по хорде и размаху крыла.
Перемещение центра давления крыла и самолета.
|
|
|
Тема № 3. Силовая установка самолета
Вопросы:
Назначение и виды авиационных силовых установок.
Классификация воздушных винтов.
Геометрические характеристики винта: диаметр, форма лопасти, форма профиля, элемент лопасти, хорда сечения лопасти и угол наклона, геометрический шаг.
Скорость движения и угол атаки элемента лопасти винта. Аэродинамические силы винта, влияющие на величину силы тяги винта.
График располагаемой тяги самолета в зависимости от скорости полета.
Мощность винта.
Коэффициент полезного действия винта.
График располагаемой мощности винта в зависимости от скорости полета.
Понятие о влиянии высоты полета на располагаемую мощность.
Особенности работы винта с изменяющимся шагом.
Тема № 4. Горизонтальный полет самолета
Вопросы:
Горизонтальный полет (определение).
Схема и соотношение сил в установившемся горизонтальном полете.
Скорость, потребная для горизонтального полета.
Потребная тяга и мощность для горизонтального полета.
Кривые Жуковского потребных и располагаемых тяг.
Диапазон скоростей горизонтального полета.
Первый и второй режимы горизонтального полета и их особенности.
Эволютивная скорость горизонтального полета (определение).
Запас скорости и его значение в летной работе.
Влияние высоты на потребные скорости горизонтального полета.
Влияние массы самолета на потребные скорости.
Техника выполнения прямолинейного полета; требования к нему.
Влияние различных факторов на скороподъемность самолета.
|
|
|
Тема № 5. Подъем самолета
Вопросы:
Условия установившегося подъема самолета.
Уравнение движения при подъеме.
Связь между углами наклона траектории подъема, углом атаки и углом наклона продольной оси самолета.
Потребная скорость для подъема.
Указательница траектории подъема самолета и пользование ею.
Первый и второй режимы подъема и их особенности.
Барограмма подъема.
Теоретический, практический и динамический потолки самолета.
Тема № 6. Планирование самолета
Вопросы:
Силы, действующие на самолет при планировании.
Уравнение движения.
Потребная скорость планирования.
Угол планирования.
Вертикальная скорость планирования.
Дальность планирования.
Влияние различных факторов на дальность планирования.
Указательница траекторий планирования.
Первый и второй режимы планирования и их особенности.
Понятие о скольжении.
Влияние щитков на угол и дальность планирования.
|
|
|
Тема № 7. Взлет самолета
Вопросы:
Определение взлета.
Профиль и элементы взлета.
Силы, действующие на самолет при взлете.
Скорость отрыва самолета от земли.
Изменение сил, действующих на самолет в процессе разбега.
Влияние основных факторов на длину разбега.
Причины разворота самолета на разбеге: действие реакции винта, прецессионного момента, закрутки струи винтом.
Влияние ветра на технику выполнения взлета.
Этапы взлета. Взлетная дистанция.
Техника выполнения взлета.
Тема № 8. Посадка самолета
Вопросы:
Элементы посадки.
Силы, действующие на самолет на различных этапах посадки.
Посадочная скорость и факторы, влияющие на эту скорость.
Пробег самолета и факторы, влияющие на длину пробега.
Посадочная дистанция.
Факторы, влияющие на технику выполнения посадки: состояние посадочной полосы; режим работы двигателя; схема шасси; выпуск щитков; направление и скорость ветра.
Техника выполнения посадки.
Ошибки при выполнении посадки.
Особенности техники выполнения вынужденной посадки.
Тема № 9. Устойчивость и управляемость самолета
Вопросы:
Равновесие сил и моментов.
Оси вращения самолета.
Виды равновесия.
Центровка самолета.
Виды центровки.
Продольное равновесие самолета.
Сущность продольной устойчивости самолета и условия ее обеспечения.
Основные факторы, влияющие на продольную устойчивость самолета: центровка, площадь стабилизатора, длина фюзеляжа, работа винта.
Продольная управляемость самолета (определение).
Сущность продольной управляемости и основные факторы, влияющие на эту управляемость самолета.
Работа руля высоты.
Работа триммера.
Боковое равновесие самолета (определение).
Условия бокового равновесия самолета.
Факторы, влияющие на боковое равновесие самолета: косая обдувка самолета от винта, влияние отклонения элеронов и руля направления, прецессионное действие винта.
Боковая устойчивость самолета (определение).
Факторы, обеспечивающие флюгерную и поперечную устойчивость.
Проявление в полете боковой устойчивости самолета.
Понятие о путевой устойчивости самолета.
Боковая управляемость самолета (определение). Путевая управляемость самолета.
Работа и назначение руля поворота.
Поперечная управляемость самолета.
Работа и назначение элеронов. Простые и дифференциальные элероны. Щелевые и элероны с аэродинамическим тормозом.
Способы, облегчающие боковое управление самолетом.
Вибрация самолета.
|
|
|
Тема № 10. Штопор (прямой, обратный)
Вопросы:
Определение, траектория движения самолета на штопоре и виды штопора.
Краткая история овладения штопором. Значение овладения штопором для техники пилотирования.
Причины возникновения штопора. Основные признаки и характеристики крутого, плоского штопора Признаки стремления самолета к переходу из крутого штопора в плоский.
Понятие о взаимодействии сил при штопоре. Влияние центровки, удельной нагрузки и разноса грузов на ввод в штопор, характер штопора и вывод из него.
Центровка, при которой запрещается выполнение штопора.
Причины ослабления действия рулей на штопоре: затенение вертикального и горизонтального оперения. Особенности действий элеронов на штопоре. Влияние дачи газа на вывод самолета из штопора в зависимости от децентрации винта и направления вращения винта и самолета. Потеря скорости и непроизвольный срыв самолета в штопор, скорость срыва.
Характеристика штопора самолета.
Признаки перевернутого штопора и особенности вывода самолета из такого штопора.
Тема № 11. Фигуры простого пилотажа
Вопросы:
Назначение фигурного пилотажа.
Понятие о перегрузках.
Гироскопический момент и его проявление при выполнении пилотажа.
Вираж. Схема сил и уравнение движения при выполнении правильного виража.
Потребные скорость и мощность для выполнения виража.
Перегрузка на вираже и влияние тренировки на сопротивляемость организма летчика действию перегрузок.
Радиус и время виража.
Предельные виражи.
Влияние располагаемой мощности, полетной массы и высоты полета на характеристики виража.
Возникновение скольжения на вираже.
Ошибки на вираже и их устранение.
Спираль. Требования к выполнению спирали.
Схема сил при спирали и их взаимодействие.
Скорость на спирали.
Шаг спирали, наивыгоднейшая спираль.
Ошибки при выполнении спирали и методы их исправления.
Пикирование и горки с углами до 45°. Способы ввода и вывода самолета из фигуры.
Схема сил и их изменения в процессе выполнения фигуры.
Скорость на выводе из пикирования.
Тема № 12. Фигуры сложного пилотажа
Вопросы:
Боевой разворот (определение).
Требования к выполнению боевого разворота.
Влияние величины угла крена и начальной скорости на время выполнения и величину набора высоты при боевом развороте.
Ошибки при выполнении боевого разворота и методы их исправления.
Бочка (определение). Управляемые и штопорные бочки. Начальная скорость, перегрузка, углы атаки при выполнении управляемых и штопорных бочек, время выполнения.
Полубочка (определение). Ошибки при выполнении бочек и полубочек и методы их устранения.
Переворот, переворот на горке (определение). Управляемые и штопорные перевороты. Скорость ввода и вывода, потеря высоты. Требования к выполнению. Ошибки и методы их устранения.
Петля Нестерова (определение).
Схема и взаимодействие сил в различных точках петли, начальная скорость, необходимая для выполнения петли. Перегрузки. Ошибки при выполнении петли и методы их устранения.
Петля в наклонной плоскости.
Полупетля (определение). Начальная скорость, перегрузка. Требования к выполнению.
Пикирование и горки с углами более 45°.
Поворот на горке (определение). Способы выполнения в зависимости от угла горки.
Тема № 13. Фигуры высшего пилотажа
Вопросы:
Перевернутый полет.
Отличие перевернутого полета от нормального полета. Особенности перевернутого полета.
Аэродинамические характеристики крыла в перевернутом полете.
Кривые Жуковского для перевернутого полета.
Устойчивость и управляемость самолета в перевернутом полете.
Схема сил в горизонтальном перевернутом полете.
Схема сил при подъеме в перевернутом полете.
Схема сил при планировании в перевернутом полете.
Обратный пилотаж (определение).
Схема сил на правильном обратном вираже.
Сравнение параметров обратного виража с параметрами прямого виража.
Техника выполнения обратного виража на самолете.
Схема сил на обратной петле.
Расчет радиуса петли, скорости полета по траектории на петле, изменения перегрузки.
Расчет начальной скорости ввода в петлю.
Техника выполнения обратной петли.
Управляемые и штопорные бочки и полубочки в вертикальной плоскости и техника их выполнения.
Меры безопасности при выполнении нисходящих, восходящих бочек и штопорной бочки на нисходящей вертикали. Характерные отклонения и ошибки.
Колокол с прямого и обратного полета. Схема и взаимодействие сил в различных точках колокола.
Начальная скорость, необходимая для выполнения колокола. Техника выполнения колокола.
Поворот на вертикали. Схема сил на вводе в вертикаль и на повороте (в различных точках). Начальная скорость поворота на вертикали.
Техника выполнения поворота на вертикали.
Тема № 14. Дальность и продолжительность полета
Вопросы:
Основные понятия и определения: дальность и продолжительность полета самолета, техническая дальность полета, практическая дальность полета, часовой расход топлива, километровый расход топлива.
Влияние на дальность и продолжительность полета скорости полета и аэродинамики самолета, удельного расхода топлива и коэффициента полезного действия винта, высоты полета, полетной массы, температуры наружного воздуха, выполнения полета строем, ветра.
Практическое выполнение расчета дальности и продолжительности полета самолета для выполнения перелета и маршрутного полета.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ВОЗДУХА
АТМОСФЕРА ЗЕМЛИ
Рис. 1 Строение атмосферы
Атмосферой называется газовая оболочка, окружающая земной шар. Газ, составляющий эту оболочку, называется воздухом
Высота газовой оболочки Земли велика и составляет более 2000 км. Точно определить границу атмосферы трудно, так как переход от земной атмосферы к межпланетному пространству совершается плавно и на больших высотах плотность воздуха очень мала. Можно только отметить, что в пределах околоземного пространства до высоты 20 км находится около 95% всей массы атмосферного воздуха
Атмосфера разделяется на тропосферу, стратосферу и ионосферу. Такое разделение основано на физических свойствах этих слоев и характере их изменения с подъемом на высоту. Давление и плотность воздуха с увеличением высоты во всех трех слоях атмосферы уменьшается (Рис. 1)
Рис. 2 Изменение температуры воздуха по высотам для стандартных условий средней широты
Тропосферой называется нижний слой атмосферы. Толщина ее над полюсами 7 - 8 км, над экватором 16 - 18 км, высота верхней границы изменяется в зависимости от характера поверхности Земли, атмосферных процессов, теплового состояния воздуха, а также от суточных и годовых изменений. Температура воздуха в тропосфере с подъемом на высоту падает (6,5° на каждые 1000 м), так как нагрев воздуха обусловливается основном отраженными от земной поверхности солнечными лучами. Изменение температуры воздуха с высотой приводит к перемещению воздушных масс, холодные верхние слои опускаются, а теплые поднимаются. Вследствие этого образуются облака, выпадают осадки, дуют ветры. Из-за перемещения воздушных масс состав воздуха тропосферы практически постоянен. В нем содержится 78% азота, 21% кислорода и около 1% других газов (аргон, углекислый газ, водород, неон, гелий). Кроме указанных газов в тропосфере сосредоточен почти весь водяной пар, находящийся в непрерывном кругообороте (испарение - конденсация и кристаллизация с облакообразованием - осадки). В нижних слоях тропосферы множество различных примесей в виде мельчайших твердых частиц (пыль). Содержание в воздухе тропосферы водяного пара и пыли приводит к ухудшению видимости.
Стратосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушными слоями тропосферы. В ней наблюдается полное отсутствие облаков и наличие сильных ветров, дующих с большой скоростью и в одном направлении. Вертикальные перемещения воздушных масс отсутствуют. В стратосфере с высоты: на экваторе - 17 км , полюсе - 8 км, средней широте - 11 км и до высоты в среднем 25...30 км температура постоянна и составляет -56°С. С высоты 30 км и до 55 км температура воздуха повышается до +75°С вследствие повышенного содержания озона, который обладает способностью поглощать ультрафиолетовое излучение. С высоты 55 км и до 80 км температура воздуха понижается в среднем на 4°С на каждые 1000 м из-за уменьшения процентного содержания озона в воздухе. На высоте 82...83 км температура воздуха составляет -35°С (рис. 2).
Ионосфера - слой воздуха, лежащий непосредственно над воздушным слоем стратосферы. Высоты ионосферы от 85 до 500 км. Из-за наличия в ионосфере огромного количества ионов (заряженных молекул и атомов атмосферных газов, движущихся с большими скоростями) ее воздух сильно нагревается. Воздух ионосферы также характеризуется высокой проводимостью, преломлением, отражением, поглощением и поляризацией радиоволн. В ионосфере из-за вышеуказанных свойств наблюдаются свечения ночного неба, полярные сияния, магнитные бури.
ТЕМПЕРАТУРА ВОЗДУХА
Температура - величина, характеризующая степень теплового состояния тела (газа) или скорость хаотического движения молекул (чем выше температура, тем больше скорость их движения, и наоборот). Температуру воздуха можно измерять по двум шкалам: Цельсия и абсолютной шкале Кельвина. За нуль градусов по шкале Цельсия принято считать температуру таяния льда, а за 100° - температуру кипения воды при атмосферном давлении, равном 760 мм рт. ст.
Если известна температура воздуха у земли, то можно определить температуру воздуха в тропосфере на любой высоте по формуле:
tH = tO -6,5Н,
где t н- температура воздуха на определяемой высоте;
to- температура воздуха у земли;
Н - заданная высота, км.
Задача Температура воздуха у земли +10°С. Определить температуру воздуха над данным участком земли на высоте 7 км. Решение Тн= 10-6,5*7= - 35,50 Температура воздуха на высоте 7 км равна -35,5°С.
АБСОЛЮТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА
Температура, отсчитываемая от абсолютного нуля по шкале Кельвина, называется абсолютной температурой.
За нуль Кельвинов (К) принята температура, при которой прекращается тепловое передвижение молекул, она составляет-273° по шкале Цельсия (°С). Если известна температура воздуха t по шкале Цельсия, то абсолютную температуру можно найти по формуле:
T = t + To ,
где То=-273К;
t - температура воздуха по шкале Цельсия.
Зная температуру воздуха у земли по шкале Цельсия, можно найти температуру воздуха на различных высотах по формуле:
T=273K+t-6,5H,
где Т - температура на высоте Н, К;
t - температура воздуха у земли, °С;
Н - высота, км.
Задача Температура воздуха по шкале Цельсия равна -7°. Определить температуру воздуха на высоте 4 км. Решение: Т=273+(-7)-6,5-4=240 К. Температура воздуха на высоте 4 км равна 240 К.
ДАВЛЕНИЕ ВОЗДУХА
Давление - это сила, действующая на единицу площади перпендикулярно к ней. Всякое тело, находящееся в неподвижном воздухе, испытывает со стороны последнего давление, одинаковое со всех сторон (закон Паскаля). Атмосферное давление объясняется тем, что воздух подобно всем другим веществам обладает весом и притягивается землей.
Атмосферным давлением называется давление, вызываемое весом вышележащих слоев воздуха и ударами его хаотически движущихся молекул. За единицу давления принята техническая атмосфера (атм.) - давление, равное одному килограмму силы на один квадратный сантиметр (кгс/см2). Давление обозначается буквой Р, на уровне моря - Р о.
По международной системе СИ давление измеряется в Паскалях, т. е. ньютонах на квадратный метр (Н/м2).
Барометрическое давление - это давление, измеренное в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Обозначается буквой В, на уровне моря - В о.
Стандартным барометрическим давлением называется давление на уровне моря в мм рт. ст. Оно в зависимости от температуры и влажности колеблется от 700 до 800 мм рт. ст. и в среднем равно 760 мм . рт. ст.
Давление по международной системе единиц СИ определяемся по формуле:
где Р - давление, кгс/см2;
р - сила, с которой давит 1 м3 воздуха;
S - площадь, см2.
Рис. 3 Манометр
Давление в 1 кгс/см2 равнозначно столбу ртути высотой 735,6 мм и называется технической атмосферой. Перевод давления из размерности мм рт. ст. в кгс/см2 производится по формуле:
где В - барометрическое давление.
В физике под барометрическим давлением 1 атм. подразумевается давление воздуха, равное 1,0332 кгс/см2 или стандартному барометрическому давлению 760 мм рт. ст.
При аэродинамических исследованиях часто приходится измерять разность давлений. Для этого используются ртутные приборы - манометры (Рис. 3). Для определения очень малых разностей давлений применяется чувствительный прибор - микроманометр, в котором используется жидкость более легкая, чем ртуть. Принцип работы следующий: один конец трубки (например, правый) подсоединяется к пространству с атмосферным давлением, второй - к поверхности измеряемого участка (там, где давление больше или меньше атмосферного) допустим, что меньше. Уровень ртути в левом колене повысится, так как на поверхность ртути давит меньшее давление. Разность уровней и покажет разность давления:
h = Po - P 1 .
ПЛОТНОСТЬ ВОЗДУХА
Плотность воздуха - это количество воздуха, содержащегося в 1 м3 объема. В физике существует понятие двух видов плотности - весовая (удельный вес) и массовая. В аэродинамике чаще всего пользуются массовой плотностью. Весовая плотность (удельный вес) воздуха - это вес воздуха в объеме 1 м3. Обозначается буквой g.
где g - удельный вес, кгс/м3;
G - вес воздуха, кгс;
v - объем воздуха, м3.
Вес воздуха G - величина непостоянная и изменяется в зависимости от географической широты и силы инерции, возникающей от вращения Земли вокруг своей оси. На полюсах вес воздуха на 5% больше, чем на экваторе.
Установлено, что 1 м3 воздуха при стандартных атмосферных условиях (барометрическое давление 760мм рт. ст., t=+15°С) весит 1,225 кгс, следовательно, весовая плотность (удельный вес) 1 м3 объема воздуха в этом случае равна g=1,225 кгс/м3.
Массовая плотность воздуха - это масса воздуха в объеме 1 м3 . Обозначается греческой буквой р. Масса тела - величина постоянная. За единицу массы принята масса гири из иридистой платины, хранящейся в Международной палате мер и весов в Париже.
Согласно второму закону Ньютона определим, что масса воздуха равна его весу, деленному на ускорение силы тяжести.
где m -масса тела, кг с2/м.
Массовая плотность воздуха (в кг с2/м4) равна
Массовая плотность и весовая плотность (удельный вес) воздуха связаны зависимостью
Зная это соотношение, легко определить, что массовая плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях равна:
Изменения массовой и весовой плотности воздуха до высоты 5 км показаны в табл. 1.
Таблица 1
ЗАВИСИМОСТЬ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА ОТ ЕГО ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ
При изменении давления и температуры изменяется плотность воздуха. Плотность воздуха (в кгс×с2м4) непосредственно не измеряется, а определяется по формуле:
где В- барометрическое давление, мм рт. ст.;
Т-температура воздуха по шкале Кельвина.
Согласно закону Бойля-Мариотта плотность воздуха будет тем больше, чем больше давление, а согласно закону Гей-Люссака плотность воздуха тем больше, чем меньше температура воздуха. Объединив эти два закона для определения зависимости между плотностью, давлением и температурой воздуха, получим уравнение состояния газа (закон Бойля-Мариотта - Гей-Люссака)
Pv =RT,
где Р - давление, кгс/м2;
v - удельный объем, м/кг;
R - газовая постоянная, кгс м/кг град или Дж/кгК (для воздуха равная 27,3).
Задача 1 Определить массовую плотность воздуха на уровне моря, если барометрическое давление В =800 мм рт. ст., а температура воздуха t = - 23°C.
Решение. 
Массовая плотность больше стандартной, так как барометрическое давление больше стандартного, а температура ниже стандартной.
Таким образом, можно сделать заключение, что чем выше давление и ниже температура, тем больше плотность воздуха. Поэтому наибольшая плотность воздуха зимой в морозную погоду, а наименьшая летом в теплую погоду. Также следует заметить, что плотность влажного воздуха меньше, чем сухого (при одних и тех же условиях). Поэтому иногда учитывают и влажность, вводя при этом в расчеты соответствующие изменения.
С высотой плотность воздуха падает, так как давление в большей степени падает, чем понижается температура воздуха. В стратосфере (примерно с высоты 11 км и до 32 км) температура почти постоянна, и поэтому плотность воздуха падает пропорционально уменьшению давления
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 659; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!