| Предисловие к третьему изданию |
| Из предисловия ко второму изданию |
| Введение |
| Глава 1. | Основные сведения из аэродинамики |
| | § 1.1. | Силовое воздействие на движущееся тело |
| | | Поверхностная сила |
| | | Свойство давлений в идеальной жидкости |
| | | Влияние вязкости на движение жидкости |
| | § 1.2. | Результирующее силовое воздействие |
| | | Составляющие аэродинамических сил и моментов |
| | | Пересчет аэродинамических сил и моментов с одной системы координат на другую |
| | § 1.3. | Определение аэродинамических сил и моментов по известному распределению давления и касательного напряжения |
| | | Понятие об аэродинамических коэффициентах |
| | | Аэродинамические силы и моменты и их коэффициенты |
| | § 1.4. | Статическое равновесие и статическая устойчивость |
| | | Понятие о равновесии и устойчивости |
| | | Продольная статическая устойчивость |
| | | Боковая статическая устойчивость |
| | § 1.5. | Особенности течения газа с большими скоростями |
| | | Сжимаемость газа |
| | | Разогрев газа |
| | | Состояние воздуха при высоких температурах |
| Глава 2. | Кинематика жидкой среды |
| | § 2.1. | Методы кинематического исследования жидкости |
| | | Метод Лагранжа |
| | | Метод Эйлера |
| | | Линии тока и траектории частиц |
| | § 2.2. | Анализ движения жидкой частицы |
| | § 2.3. | Безвихревое движение жидкости |
| | § 2.4. | Уравнение неразрывности |
| | | Общий вид уравнения неразрывности |
| | | Декартова система координат |
| | | Криволинейная система координат |
| | | Уравнение неразрывности движения газа вдоль криволинейной поверхности |
| | | Уравнение расхода |
| | § 2.5. | Функция тока |
| | § 2.6. | Вихревые линии |
| | § 2.7. | Циркуляция скорости |
| | | Понятие о циркуляции скорости |
| | | Теорема Стокса |
| | | Скорости, индуцируемые вихрями |
| | § 2.8. | Комплексный потенциал |
| | § 2.9. | Виды потоков жидкости |
| | | Плоскопараллельный поток |
| | | Плоский точечный источник и сток |
| | | Пространственный источник и сток |
| | | Диполь |
| | | Циркуляционный поток (вихрь) |
| Глава 3. | Основы динамики жидкости и газа |
| | § 3.1. | Уравнения движения вязкой жидкости |
| | | Декартовы координаты |
| | | Векторная форма уравнений движения |
| | | Криволинейные координаты |
| | | Цилиндрические координаты |
| | | Сферические координаты |
| | | Уравнения двухмерного движения газа около криволинейной поверхности |
| | § 3.2. | Уравнения энергии и диффузии газа |
| | | Уравнение диффузии |
| | | Уравнение энергии |
| | § 3.3. | Система уравнений газодинамики. Начальные и граничные условия |
| | § 3.4. | Интегралы уравнений движения идеальной жидкости |
| | § 3.5. | Аэродинамическое подобие |
| | | Понятие о подобии |
| | | Критерии подобия, учитывающие влияние вязкости и теплопроводности |
| | § 3.6. | Изэнтропические течения газа |
| | | Форма струи газа |
| | | Скорость течения |
| | | Давление, плотность и температура |
| | | Истечение газа из резервуара |
| Глава 4. | Теория скачков уплотнения |
| | § 4.1. | Физическая природа возникновения скачков уплотнения |
| | § 4.2. | Общие уравнения для скачка уплотнения |
| | | Косой скачок уплотнения |
| | | Прямой скачок уплотнения |
| | § 4.3. | Косой скачок уплотнения в потоке газа с постоянными теплоемкостями |
| | | Система уравнений |
| | | Формулы для расчета параметров газа за скачком уплотнения |
| | | Угол наклона косого скачка уплотнения |
| | § 4.4. | Годограф скорости |
| | § 4.5. | Прямой скачок уплотнения в потоке газа с постоянными теплоемкостями |
| | § 4.6. | Скачок уплотнения при очень больших сверхзвуковых скоростях и постоянных теплоемкостях газа |
| | § 4.7. | Решение задачи о скачке уплотнения в потоке газа с переменными теплоемкостями с учетом диссоциации и ионизации |
| | § 4.8. | Релаксационные явления |
| | | Понятие о неравновесных течениях |
| | | Равновесные процессы |
| | | Эффекты релаксации в ударных волнах |
| Глава 5. | Метод характеристик |
| | § 5.1. | Уравнения для потенциала скоростей и функции тока |
| | § 5.2. | Задача Коши |
| | § 5.3. | Характеристики |
| | | Условия совместности |
| | | Определение характеристик |
| | | Свойство ортогональности характеристик |
| | | Преобразование уравнений для характеристик в плоскости годографа скорости |
| | | Уравнения для характеристик в плоскости годографа для частных случаев движения газа |
| | § 5.4. | Схема решения газодинамических задач по методу характеристик |
| | § 5.5. | Применение метода характеристик к решению задачи о профилировании сопл сверхзвуковых аэродинамических труб |
| Глава 6. | Профиль и крыло конечного размаха в потоке несжимаемой жидкости |
| | § 6.1. | Тонкий профиль в несжимаемом потоке |
| | § 6.2. | Поперечное обтекание тонкой пластинки |
| | § 6.3. | Тонкая пластинка под углом атаки |
| | § 6.4. | Крыло конечного размаха в потоке несжимаемой жидкости |
| | § 6.5. | Крыло с наивыгоднейшей формой в плане |
| | | Пересчет коэффициентов cуа и cxi с одного удлинения крыла на другое |
| Глава 7. | Профиль в потоке сжимаемого газа |
| | § 7.1. | Дозвуковое обтекание тонкого профиля |
| | | Линеаризация уравнения для потенциала скоростей |
| | | Зависимость между параметрами обтекания тонкого профиля сжимаемым газом и потоком несжимаемой жидкости |
| | § 7.2. | Метод Христиановича |
| | | Содержание метода |
| | | Пересчет коэффициента давления несжимаемой жидкости на число Моо > 0 |
| | | Пересчет коэффициента давления с одного числа Moo 1 > 0 на другое Мoo 2 > 0 |
| | | Определение критического числа М |
| | | Аэродинамические коэффициенты |
| | § 7.3. | Обтекание профиля крыла потоком со сверхкритической скоростью (Моо > Моо кр) |
| | § 7.4. | Обтекание тонкой пластинки сверхзвуковым потоком газа с постоянными теплоемкостями |
| | § 7.5. | Параметры сверхзвукового потока, обтекающего профиль произвольной формы |
| | | Применение метода характеристик |
| | | Обтекание тонкого профиля гиперзвуковым потоком |
| | | Обтекание тонкого профиля маловозмущенным потоком |
| | | Аэродинамические силы и их коэффициенты |
| | § 7.6. | Профиль скользящего крыла |
| | | Определение скользящего крыла |
| | | Аэродинамические характеристики профиля скользящего крыла |
| | | Подсасывающая сила |
| Глава 8. | Крыло в сверхзвуковом потоке |
| | § 8.1. | Линеаризованная теория сверхзвукового обтекания крыла конечного размаха |
| | | Линеаризация уравнения для потенциальной функции |
| | | Граничные условия |
| | | Составляющие суммарных значений потенциала скоростей и аэродинамических коэффициентов |
| | | Особенности сверхзвукового обтекания крыльев |
| | § 8.2. | Метод источников |
| | § 8.3. | Крыло с симметричным профилем треугольной формы в плане (аlpha = 0, суа = 0) |
| | | Обтекание консоли крыла с дозвуковой передней кромкой |
| | | Треугольное крыло, симметричное относительно оси х, с дозвуковыми передними кромками |
| | | Бесконечное полукрыло со сверхзвуковой кромкой |
| | | Треугольное крыло, симметричное относительно оси х, со сверхзвуковыми передними кромками |
| | § 8.4. | Обтекание четырехугольного крыла с симметричным профилем и дозвуковыми кромками при нулевом угле атаки |
| | § 8.5. | Обтекание четырехугольного крыла с симметричным профилем и кромками различного вида (дозвуковыми и сверхзвуковыми) |
| | | Передняя и средняя кромки дозвуковые, задняя - сверхзвуковая |
| | | Передняя кромка дозвуковая, средняя и задняя - сверхзвуковые |
| | | Крыло со всеми сверхзвуковыми кромками |
| | | Общее соотношение для расчета сопротивления |
| | § 8.6. | Область применения метода источников |
| | § 8.7. | Метод диполей |
| | § 8.8. | Обтекание треугольного крыла с дозвуковыми передними кромками |
| | § 8.9. | Обтекание шестиугольного крыла с дозвуковыми передними и сверхзвуковыми задними кромками |
| | § 8.10. | Обтекание шестиугольного крыла со сверхзвуковыми передними и задними кромками |
| | § 8.11. | Сопротивление крыльев с дозвуковыми передними кромками |
| | § 8.12. | Аэродинамические характеристики крыла прямоугольной формы в плане |
| | § 8.13. | Метод обратимости |
| Глава 9. | Аэродинамические характеристики летательных аппаратов при неустановившемся движении |
| | § 9.1. | Общие зависимости для аэродинамических коэффициентов |
| | § 9.2. | Анализ производных устойчивости и аэродинамических коэффициентов |
| | § 9.3. | Пересчет производных устойчивости при изменении положения центра приведения сил |
| | § 9.4. | Частные случаи движения |
| | | Продольное и боковое движения |
| | | Движение центра масс и вращение вокруг этого центра |
| | | Движение тангажа |
| | § 9.5. | Динамическая устойчивость |
| | | Определение динамической устойчивости |
| | | Характеристики устойчивости |
| | § 9.6. | Основные зависимости для неустановившегося обтекания |
| | | Аэродинамические коэффициенты |
| | | Интеграл Коши-Лагранжа |
| | | Волновое уравнение |
| | § 9.7. | Основные методы решения нестационарных задач |
| | | Метод источников |
| | | Вихревая теория |
| | § 9.8. | Численный метод расчета производных устойчивости крыла, обтекаемого несжимаемым потоком |
| | | Поле скоростей косого подковообразного вихря |
| | | Вихревая модель крыла |
| | | Расчет циркуляционного обтекания |
| | | Аэродинамические характеристики |
| | | Деформация поверхности крыла |
| | | Влияние сжимаемости (числа Моо) на нестационарное обтекание |
| | § 9.9. | Неустановившееся сверхзвуковое обтекание крыла |
| | § 9.10. | Свойства аэродинамических производных |
| | § 9.11. | Приближенные методы определения нестационарных аэродинамических характеристик |
| | | Гипотезы гармоничности и стационарности |
| | | Метод касательных клиньев |
| Литература |
| Предметный указатель |
Современная теоретическая и практическая аэродинамика характеризуется
достаточно высоким уровнем развития исследований в области
нестационарных газовых течений. Их результаты широко применяются
при расчете аэродинамических сил и моментов, действующих на летательные
аппараты, движение которых в общем случае характеризуется
неравномерностью. Нестационарные аэродинамические характеристики,
получаемые расчетом, используются в динамике летательных
аппаратов при исследовании устойчивости их полета.
В последние годы достигнуты значительные успехи в изучении неустановившихся
газовых течений. Это обусловило включение в третье
издание учебника "Аэродинамика" материалов, относящихся к нестационарной
аэродинамике. Часть I учебника содержит новую главу 9,
в которой изложены общие зависимости для аэродинамических коэффициентов
при неустановившемся обтекании; дан анализ аэродинамических
производных (производные устойчивости); сформулировано понятие
динамической устойчивости; исследовано нестационарное обтекание
крыла.
Важнейший раздел этой главы посвящен численным методам расчета
производных устойчивости несущей поверхности произвольной
формы в плане, имеющей в общем виде криволинейную переднюю кромку
(т.е. переменную стреловидность по размаху). Наряду с точными
приведены приближенные методы определения нестационарных аэродинамических
характеристик крыла.
Одной из примечательных особенностей современной аэродинамики
является возрастающий масштаб исследований оптимальных аэродинамических
форм летательных аппаратов и их отдельных (изолированных)
элементов (корпус, крыло, оперение). Поэтому в третье издание
учебника включен небольшой раздел (§ 6.5), в котором дано определение
крыла конечного размаха с наивыгоднейшей формой в плане,
обтекаемого несжимаемым потоком. Здесь изложены важные в практическом
и методологическом отношении сведения о пересчете аэродинамических
коэффициентов крыла с одного удлинения на другое.
Одним из направлений аэродинамики больших скоростей является
изучение ударных волн (скачков уплотнения), представляющих собой
проявление специфических свойств сверхзвуковых течений. В связи
с этим расширено определение скачков уплотнения: дано понятие о толщине
скачка, приведены графики для функциональных зависимостей,
характеризующих изменение параметров газа при переходе через скачок
уплотнения.
В третьем издании учебника основные термины, определения и буквенные
обозначения приведены в соответствие с требованиями стандарта
(ГОСТ 20058--74 "Аппараты летательные. Механика полета в атмосфере").
Все физические величины даны в Международной системе единиц
(СИ).
При подготовке к печати третьего издания учебника учтены замечания
читателей и рецензента проф. А. М. Мхитаряна, внесшего ценные
предложения по улучшению содержания учебника, за что автор выражает
искреннюю признательность.
Советы читателей по дальнейшему совершенствованию учебника
будут приняты автором с благодарностью.
Аэродинамика является теоретической основой авиационной, ракетно
-космической и артиллерийской техники, фундаментом аэродинамического
расчета современных летательных аппаратов. Важнейшие
выводы аэродинамики используются при исследовании внешнего обтекания
различных тел или движения воздуха (газа) внутри каких-либо
объектов. Поэтому без прочных знаний аэродинамики невозможно
стать хорошим инженером в области авиации, артиллерии, ракетостроения,
космических полетов, автомобильного транспорта и др., т.е.
специалистом тех отраслей техники, где в том или ином виде наблюдается
течение воздуха или газа.
В настоящем учебнике наряду с общими законами движения воздушной
среды рассматривается применение аэродинамики главным образом
в ракетной технике и современной высокоскоростной авиации.
Второе издание учебника состоит из двух частей, в первой из которых
излагаются преимущественно основные понятия и определения аэродинамики
и теория обтекания профиля и крыла (гл.I--VIII), а во второй
приводятся сведения об аэродинамическом расчете летательных
аппаратов и их отдельных элементов (гл.IX--XV). Такое деление
учебника соответствует последовательности изложения курса аэродинамики
в течение учебного года (двух семестров). Причем часть I
учебника может быть использована самостоятельно теми, кто заинтересуется
отдельными проблемами теоретической аэродинамики.
При изучении любого курса, в том числе и аэродинамики, главным
является глубокое усвоение его важнейших теоретических основ, без
которых невозможны творческое решение практических задач, научные
поиски и открытия. Поэтому особое внимание должно быть уделено
изучению материалов первых пяти глав учебника, в которых излагаются:
основные понятия и определения аэродинамики; кинематика
жидкой среды; основы динамики жидкости и газа; теория скачков уплотнения;
метод характеристик, наиболее широко используемый при
исследовании сверхзвуковых течений. К числу фундаментальных следует
отнести материалы, относящиеся к обтеканию профилей крыльев
(гл.VI, VII), которые дают достаточно полное представление об общей
теории движения газа в двухмерном пространстве (теория так называемых
двухмерных движений). Непосредственно с этими материалами
связана научная информация о сверхзвуковом установившемся
обтекании крыла, представленная в гл, VIII. Результаты исследования
такого обтекания составляют основу аэродинамического расчета большинства
современных летательных аппаратов.
Особое место в учебнике занимает освещение важнейших теоретических
и прикладных вопросов аэродинамики больших скоростей.
Применительно к этим вопросам рассматриваются термодинамические
и кинетические параметры диссоциирующего газа, уравнения движения
и энергии, а также теория скачков уплотнения с учетом влияния
физико-химических свойств газа при высоких температурах.
Естественно, что в учебном курсе нельзя отразить всего многообразия
проблем, которыми занимается аэродинамическая наука. В нем
представлена научная информация, усвоение которой необходимо специалисту,
занимающемуся научно-инженерной деятельностью в области
авиационной и ракетно-космической техники. Содержание и объем
этой информации будут достаточны при условии ее глубокого усвоения,
для того чтобы самостоятельно разобраться в других проблемах аэродинамики,
которые могут возникать у молодых специалистов в их практической
деятельности. Среди этих проблем, не нашедших отражения
в учебнике, назовем, в частности, магнитогазодинамические исследования,
приложение метода характеристик к трехмерным газовым течениям
и экспериментальную аэродинамику.
Автор будет весьма удовлетворен, если изучение материала учебника
послужит толчком к самостоятельному, более глубокому изучению
современной аэродинамики.
Учебник написан на основе опыта преподавания курса "Аэродинамика"
в Московском высшем техническом училище им. Н.Э.Б.аумана в соответствии с учебной программой и предназначен для студентов
вузов и факультетов, специализирующихся в области летательных
аппаратов. Он может быть также полезен работникам соответствующих
научно-исследовательских институтов, конструкторских бюро
и производственных предприятий.
На рис. 1.4.2, стр. 50, изображения а) и б), то есть статически устойчивая и неустойчивая компоновки ЛА, следует читать так, как если бы они поменялись местами друг с другом.
