Что такое аэродинамика: экспериментальные методы? Значение аэродинамика: экспериментальные методы в энциклопедии Кольера

К статье АЭРОДИНАМИКА Для экспериментального исследования законов аэр один амики используется один из двух подходов: либо летательный аппарат , оборудованный соответствующей измерительной аппаратурой, совершает полет , либо неподвижное тело , оборудованное измерительными датчиками, обтекается воздушным поток ом. Как отмечалось выше , в отношении явлений обтекания оба случая эквивалентны. Практически все экспериментальные исследования аэродинамических явлений, связанных с обтеканием самолет а, проводятся на маломасштабных моделях. Воз можно сть перенесения полученных результатов на натурные условия зависит от значений критериев подобия, таких, как число Рейнольдса ?vl/?. Рассмотрим, например , модель самолета, выполненную в масштабе 1/4. Если при испытаниях величина ?v/. в четыре раза больше , чем в условиях полета натурного самолета, то числа Рейнольдса для обеих ситуаций равны. Тогда , согласно теории , будут равными и коэффициенты сил, действующих на модель и на самолет. Для достижения равенства чисел Рейнольдса можно было бы попытаться увеличить плотность ?. Однако на практике измеряют аэродинамические характеристики модели в некотором диапазоне чисел Рейнольдса, каждое из которых значительно меньше натурного значения, и с помощью теоретических соображений пересчитывают измеренные коэффициенты сил и определяют их натурные значения. Выбор метода аэродинамического исследования зависит от его цели, однако наиболее простым, дешевым и надежным средством экспериментальных исследований является аэродинамическая труба . Модель выставляется в искусственно создаваемый воздушный поток таким образом, чтобы можно было измерить действующие на нее силы и моменты сил или исследовать особенности течения около модели. Рисунок 13 может рассматриваться как весьма приблизительная схема сверхзвуковой аэродинамической трубы . Воздух высокого давления истекает через трубу, и на тело, помещенное в сечении Aв, воздействует поток с числом Маха , зависящим от отношения площадей Aв/Aкр (см. табл.). В экспериментальных исследованиях аэродинамического нагрева, например, при условиях, соответствующих входу в атмосферу возвращаемого космического аппарата, модель и аэродинамическая труба сгорят, если время измерений не ограничить . В таких исследованиях высокие температуры и давления часто создают ударной или детонационной волной; соответствующее устройство называется ударной трубой. Ударная волна возникает при разрыве диафрагмы, разделяющей области высокого и низкого давления. По мере про движения ударной волны по трубе газ, прошедший через ударную волну, нагревается, сжимается и движется вслед за ней. При расширении потока создается течение с большим числом Маха и высокой температурой торможения. Время существования такого течения измеряется миллисекундами, так что суммарная тепловая нагрузка остается невысокой. Однако, используя чувствительную измерительную аппаратуру, можно определить температуру в точке торможения и величину тепловых потоков к модели. Специальные устройства позволяют также измерить распределение давления. Летные испытания используются главным образом для окончательной проверки расчетных данных теории и результатов испытаний в аэродинамических трубах. В летных испытаниях самолеты и ракеты оборудуются измерительной аппаратурой и телеметрическими средствами, позволяющими передавать распределения температур и давлений на наземную станцию, где они записываются, расшифровываются и изучаются. Еще одним способом, используемым в некоторых специальных исследованиях, является испытание моделей в свободном полете. Модель выстреливается в длинную трубу, в которой давление может изменяться в широком диапазоне, что позволяет варьировать число Рейнольдса. Скорость движения модели определяется посредством сопоставления фотоснимков, полученных в различные моменты времени , а распределения температур и давлений телеметрическими средствами передаются на регистрирующий блок . В таких испытаниях можно исследовать проблемы устойчивости полета, такие, как возникновение "болтанки" носка . Модель, которая опрокидывается в полете, является аэродинамически неустойчивой ( центр давления у нее расположен впереди центра масс).