Схема нагружения элементов ЛА аэродинамическими силами.

Лекция 6. Физические условия полета ЛА. Траектории полета и виды нагрузок

Физические условия полета.

Земная атмосфера и ее свойства.

Летные качества ЛА существенно зависят от состояния атмосферы -воздушной оболочки Земли.

Тропосфера – нижний слой атмосферы, характеризующийся убыванием температуры с высотой (до 11 км).

Над тропосферой расположена стратосфера (до 80км), для нижних слоев которой характерно постоянство температуры по высоте. С высоты 30-35 км в атмосфере наблюдается повышение температуры до +75 градусов Цельсия ( на высоте около 60 градусов). Выше температура вновь падает, достигая минимума в минус 75 градусов Цельсия (на высоте 80-90 км). Верхней границей стратосферы считают высоту 80 км.

Выше, до высоты 400-500 км, простирается ионосфера. В ионосфере температура воздуха интенсивно повышается с высотой и на высоте 170-160 км температура доходит до +700 градусов.

Самым верхним слоем атмосферы является переходная зона к межпланетному пространству, не имеющая четких границ и расположенная в пределах 500-1000 км.

На уровне моря воздух состоит из смеси азота (78,08 % объема сухого воздуха), кислорода (20,95%) и незначительного количества других газов (аргона, углекислого газа, водорода, неона, гелия и др.). Обычно в воздухе находятся водяные пары. Состав сухого воздуха до высоты 20 км можно считать неизменным.

Введена стандартная атмосфера, дающая возможность сравнивать результаты испытаний ЛА в различных местах, в разное время. В стандартной атмосфере высота отсчитывается от уровня моря.

Нормальными условиями на уровне моря считаются:

Атмосферное давление =760 мм р.с. (9,80665 )

Температура

Плотность воздуха

Скорость звука меняется с высотой :

H, км -0,5 0,5 5 10 20 30 128,4* 180,25* 315, 6*

a, м/c 342, 1 338 320,5 299,4 295 295 345,2 559, 6 789, 9

--------------------

*) Данные из книги «Проблемы высоких температур в авиационных конструкциях. Стр. 27» . Изд-во Иностр.лит. , М.. 1961 -591 с.

Ускорение земного тяготения (притяжения) на высоте H определяется так:

- ускорение свободного падения на уровне моря на Земле; H – высота полета; = 6370км – радиус Земли.

Скорость звука в атмосфере 300 м/c

Скорость света 300 000 км/с

Время движения света от Солнца до Земли: 8 мин.

Орбитальная скорость Земли: 30 км/c

Орбитальная скорость Солнца: 217 км/c

Расстояние до некоторых планет от Земли:

Луна (405696- 363104), 384400 км

Марс min 55,76 млн км

Венера min 41, 4 млн км

Солнце 150 млн км

Юпитер 628, 4 млн км

Меркурий min 91, 6 млн км.

Давление в Марианской впадине 108 *10³ атм.

Траектории полета ЛА и виды нагрузок

Всю траекторию движения ЛА в зависимости от класса, к которому он относится, можно разделить на отдельные участки:

Класс беспилотных ЛА	Основные участки траектории
Земля-Земля (Вода-вода)	Старт, полёт, приземление (приводнение)
Земля- Воздух	Старт, полёт
Воздух - Земля	Транспортировка носителем, старт, полёт, приземление
Воздух-воздух	Транспортировка носителем, старт, полёт

В соответствии с этой разбивкой все виды нагрузок можно объединить в следующие группы:

а) нагрузки при старте;

б) нагрузки в полете;

в) нагрузки при транспортировке носителем;

г) нагрузки при посадке

д) наземные случаи нагрузки.

Нагрузки на ЛА в полёте.

Методы определения сил, действующих на ЛА в полете, изучаются в курсах аэродинамики и динамики полета. Эти методы позволяют находить действующие н а ЛА слы в каждый момент времени, для которого заданы скорость, углы атаеи, тангажа и другие характеристики. Задача изучения нагрузок в курсе прочности состоит в том, чтобы ,пользуясь известными методами их определения в каждый момент времени, найти способы отыскания наиболее тяжелых случаев нагружения , чтобы обеспечив прочность при этих нагрузках, быть уверенным , что ЛА прочен в любой момент полета.

Системы координат.

Применяют скоростную (ось х направлена по вектору скорости) и связанную

(ось х направлена по оси ЛА) системы координат.

При движении ЛА с некоторой скоростью V и углом атаки α на его поверхности возникают давления, разрежения и силы трения, приводящиеся к распределенным аэродинамическим нагрузкам по корпусу, крыльям и оперению. Кроме того, на него действуют силы веса , сила тяги двигателя Т и , в случае неустановившегося или криволинейного полёта, инерционные силы (индекс обозначает -й элемент ЛА – корпус, крыло, руль и т.д.).

Заменим распределенные аэродинамические нагрузки их равнодействующими, приложенными к корпусу ( ), крыльям ( ) и оперению ( ). Аэродинамические силы обычно представляют в виде составляющих по осям координат, за которые принимаются скоростная (поточная) и связанная системы координат (Рис. )

Θ- угол тангажа, или тангаж; θ – угол наклона траектории; α – угол атаки;

Т – вектор тяги; G – сила веса; У – подъёмная сила, перпендикулярна вектору скорости; Х – лобовое сопротивление; V – вектор скорости.

Схема нагружения элементов ЛА аэродинамическими силами.

Вектор подъёмной силы у всех несущих поверхностей перпендикулярен вектору скорости;

Вектор лобового сопротивления параллелен вектору скорости.

Подъемная сила и сила лобового сопротивления находятся по формулам курса аэродинамики :

где α – угол атаки; - коэффициент подъёмной силы; - площадь крыла; - миделевое сечение корпуса; ρ-плотность воздуха; V – скорость полёта.

Отметим, что миделевое сечение (мидель) для движущегося в воздухе или воде тела, это наибольшее по площади сечение плоскостью, перпендикулярной направлению движения. К площади миделя обычно относят действующую на ЛА силу сопротивления.

Под площадью миделевого сечения понимают площадь проекции тела на площадь, перпендикулярную вектору скорости его движения.

Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!