Akademik

Аэродинамические силы и моменты

Аэродинамические силы и моменты: летательного аппарата — результат силового воздействия воздуха на движущийся в нем летательный аппарат. Именно эти силы, имеющие динамическую природу, то есть возникающие только при движении летательного аппарата, делают возможным полёт аппаратов тяжелее воздуха (самолётов, вертолётов и др.), в то время как аппараты легче воздуха (дирижабли, аэростаты и др.) поддерживаются в полёте аэростатической выталкивающей силой (см. Аэростатика).
На каждый элемент поверхности движущегося летательного аппарата действуют поверхностные силы, которые состоят из нормального напряжения, связанного с давлением гидродинамическим, и касательных напряжений, обусловленных силами трения. Если вязкостью пренебречь и считать воздух идеальной жидкостью, то его воздействие приводит только к нормальным напряжениям. Нормальные и касательные напряжения, непрерывно распределённые по всей поверхности летательного аппарата, в совокупности определяют векторы равнодействующей аэродинамической силы планера R и аэродинамического момента М относительно некоторой точки, например, центра масс летательного аппарата.
В аэродинамике и динамике полёта обычно рассматривают проекции векторов А. с. и м. на оси выбранной системы координат летательного аппарата, наиболее употребительными из которых являются скоростная и связанная системы. В скоростной системе координат составляющая вектора аэродинамической силы R вдоль скоростной оси ха , взятая с обратным знаком, называется силой сопротивления аэродинамического (лобового сопротивления) и обычно обозначается Ха, составляющая вдоль оси yа называется подъёмной силой Ya, а составляющая вдоль оси za — боковой силой Za. Составляющие вектора R вдоль осей связанной системы координат называются соответственно продольной X (берётся с обратным знаком), нормальной (Y) и поперечной (Z) силами.
Составляющие вектора аэродинамического момента в обеих системах координат имеют одинаковые названия: относительно скоростной (продольной) оси — момент крена (обозначение в скоростной системе координат (MXа), в связанной — Мх) относительно оси подъёмной силы (нормальной оси) — момент рыскания (обозначаются соответственно (Мya), My); относительно поперечной (боковой) оси — момент тангажа, или продольный момент ((Мxа), Mx).
Модуль и направление действия А. с. и м. при заданных скорости и высоте полёта зависят от ориентации летательного аппарата относительно вектора скорости V, которая определяется углом атаки) и углом скольжения. Эти углы задают также взаимное расположение скоростной и связанной систем координат. Поэтому, зная углы атаки и скольжения можно перевести А. с. и м. из одной системы координат в другую.
При аэродинамических расчётах и при анализе движения летательного аппарата часто используют обезразмеренные А. с. и м. — аэродинамические коэффициенты.