- Главная
- Книги
- Электронный каталог научных книг России
Аэромеханика дирижабля
- Издательство: М.: Наука
- ISBN: 978-5-02-039107-9
- Год: 2017
- Колич. страниц: 424
- Переплет: в пер.
- Тираж: 500
- Автор: Грумондз В. Т.
СТОИМОСТЬ: 891 руб.
РАСПРОДАНОРассматриваются вопросы аэродинамики и динамики полета дирижабля. Расчеты аэродинамических воздействий на дирижабль проводятся методами вычислительной аэродинамики. Исследованы аэродинамические характеристики дирижабля с учетом влияния экрана, а также влияния винтовых движителей, аэродинамические характеристики в установившемся потоке с поперечным сдвигом вблизи экрана и при движении через области атмосферной неоднородности струйного типа, аэродинамические силы и моменты инерционной природы, действующие на дирижабль. Представлены общие пространственные математические модели движения, модели продольного и бокового движений дирижабля, математические модели установившихся движений. Рассмотрены вопросы анализа возмущенных движений, устойчивости и управляемости дирижабля. Представлены результаты решения задач динамики дирижабля, притягиваемого тросом к земле. Большая часть вопросов аэродинамики и динамики полета дирижабля, рассмотренных в монографии, представлены в научной литературе впервые.
Для научных работников, инженеров и аспирантов.
Предисловие . ………. 3
Введение ………. 5
Часть 1
АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ
ДИРИЖАБЛЕЙ
Глава 1. Условия полета дирижабля, определяемые атмосферой Земли ………. 12
1.1. Состав и структура атмосферы. ………. 12
1.2. Основные физические параметры воздушной среды, стандартная атмосфера ………. 15
1.3. Физические параметры реальной атмосферы. ………. 16
1.4. Опасные для полета дирижабля атмосферные явления. ………. 17
Глава 2. Аэростатика дирижабля ………. 19
2.1. Основной аэростатический закон и архимедова сила дирижабля ………. 19
2.2. Характеристики несущих газов ………. 21
2.3. Аэростатическая подъемная сила дирижабля, ее зависимость от различных факторов. ………. 23
2.4. Аэростатическая балансировка ………. 24
2.5. Максимальная высота аэростатического подъема дирижабля ………. 28
Глава 3. Методы определения аэродинамических характеристик дирижаблей ………. 29
3.1. Силы и моменты, действующие на движущийся дирижабль ………. 29
3.2. Краткий обзор методов определения параметров обтекания и аэродинамических характеристик дирижаблей ………. 29
3.3. Численный метод исследования пространственного обтекания дирижабля вязким газом ………. 32
3.3.1. Общие замечания ………. 32
3.3.2. Система уравнений для описания течения вязкого газа около дирижабля ………. 33
3.3.3. Модели турбулентности ………. 36
3.3.4. Граничные условия . ………. 37
3.3.5. Конечно-разностная аппроксимация системы уравнений ………. 39
3.3.6. Расчет сил и моментов, действующих на обтекаемое тело ………. 40
3.4. Примеры сравнения результатов численного моделирования с данными экспериментальных исследований ………. 41
Глава 4. Аэродинамические характеристики неоперенных корпусов дирижаблей при установившемся поступательном движении в спокойной атмосфере вдали от экрана ………. 50
4.1. Картины течения при различных пространственных углах атаки, отрывные явления и вихревые системы ………. 50
4.2. Распределение сил давления и трения по неоперенному корпусу дирижабля. ………. 53
4.3. Распределение локальных нормальных сил по длине корпуса. ………. 60
4.4. Влияние различных геометрических параметров и изменения числа Рейнольдса на суммарные аэродинамические характеристики неоперенных корпусов дирижаблей ………. 61
Глава 5. Аэродинамические характеристики оперенных корпусов дирижаблей при установившемся поступательном движении в спокойной атмосфере вдали от экрана ………. 74
5.1. Аэродинамические характеристики оперенных корпусов с неотклоненными рулями ………. 74
5.2. Влияние оперения на аэродинамические характеристики корпуса дирижабля. ………. 78
5.3. Аэродинамические характеристики корпуса в присутствии оперения. ………. 83
5.4. Влияние корпуса на аэродинамические характеристики оперения, установленного на корпусе ………. 91
5.5. Влияние расположения и геометрических параметров гондолы на аэродинамические характеристики оперенного корпуса дирижабля (без учета отклонения рулей) ………. 95
5.6. Аэродинамические характеристики дирижабля с корпусом кругового поперечного сечения и отклоненными рулями ………. 103
Глава 6. Полуэмпирический метод расчета аэродинамических характеристик дирижабля в случае полета в спокойной атмосфере вдали от экрана ………. 109
6.1. Расчет коэффициента продольной силы неоперенного корпуса дирижабля с круговым поперечным сечением. ………. 109
6.2. Расчет коэффициента продольной силы оперенного корпуса дирижабля с круговым поперечным сечением. ………. 111
6.3. Расчет коэффициента нормальной силы и момента тангажа неоперенного корпуса дирижабля с круговым поперечным сечением. ………. 115
6.4. Расчет коэффициента нормальной силы и момента тангажа оперенного корпуса дирижабля с круговым поперечным сечением. ………. 118
Глава 7. Влияние работы винтовых движителей на аэродинамические характеристики дирижабля при установившемся полете в спокойной атмосфере вдали от экрана . ………. 122
7.1. Основные аэродинамические параметры винтов, критерии подобия при обтекании дирижабля с винтовыми движителями ………. 122
7.2. Геометрические и кинематические параметры винтов и моделей дирижаблей при численном моделировании ………. 123
7.3. Влияние работы винтовых движителей на аэродинамические характеристики малоразмерного дирижабля ………. 125
7.3.1. Картины линий тока в окрестности дирижабля ………. 125
7.3.2. Распределение коэффициентов давления и трения по поверхности оперенного корпуса в присутствии работающих винтов ………. 125
7.3.3. Зависимости аэродинамических характеристик дирижабля с работающими винтами от углов атаки и скольжения ………. 127
7.4. Влияние корпуса на аэродинамические характеристики винтов малоразмерного дирижабля ………. 134
Глава 8. Аэродинамические характеристики дирижабля при неустановившемся движении в спокойной атмосфере вдали от экрана ………. 138
8.1. Кинематические параметры, описание аэродинамических характеристик дирижабля при неустановившемся движении ………. 138
8.2. Неустановившееся продольное движение дирижабля. Демпфирование колебаний. ………. 140
8.3. Неустановившееся боковое движение дирижабля. Производные демпфирующих моментов рыскания ………. 143
Глава 9. Аэродинамические характеристики дирижабля при установившемся полете в спокойной атмосфере вблизи экрана ………. 146
9.1. Аэродинамические характеристики дирижабля вблизи экрана в спокойной атмосфере без учета влияния работы винтов ………. 146
9.1.1. Аэродинамические характеристики неоперенного корпуса дирижабля ………. 146
9.1.2. Аэродинамические характеристики оперенного корпуса дирижабля вблизи экрана ………. 153
9.2. Аэродинамические характеристики дирижабля вблизи экрана в спокойной атмосфере c учетом влияния работы винтов ………. 153
9.3. Влияние корпуса дирижабля на аэродинамические характеристики винтов вблизи экрана ………. 161
Глава 10. Аэродинамические характеристики дирижабля при установившемся полете в потоке с поперечным сдвигом вдали от экрана ………. 165
10.1. Аэродинамические характеристики дирижабля в потоке с поперечным сдвигом вдали от экрана при отсутствии скольжения ………. 166
10.2. Аэродинамические характеристики дирижабля в потоке с поперечным сдвигом вдали от экрана при движении со скольжением ………. 172
Глава 11. Аэродинамические характеристики дирижабля в установившемся потоке с поперечным сдвигом вблизи экрана . ………. 178
11.1. Аэродинамические характеристики дирижабля в потоке с поперечным сдвигом вблизи экрана (без учета работы винтов) ………. 178
11.2. Влияние работы винтов на аэродинамические характеристики дирижабля в потоке со сдвигом вблизи экрана ………. 184
11.3. Влияние корпуса дирижабля на аэродинамические характеристики винтов в потоке со сдвигом вблизи экрана ………. 195
Глава 12. Аэродинамические характеристики дирижабля при движении через области атмосферной неоднородности струйного типа ………. 198
12.1. Аэродинамические характеристики неоперенного корпуса дирижабля при движении через область атмосферной неоднородности струйного типа (без учета работы винтов) ………. 198
12.2. Аэродинамические характеристики оперенного корпуса дирижабля при движении через область атмосферной неоднородности струйного типа (без учета работы винтов) ………. 202
12.3. Влияние гондолы на аэродинамические характеристики дирижабля при перемещении через атмосферные струйные течения (без учета работы винтов) ………. 210
12.4. Влияние работы винтов на аэродинамические характеристики оперенного корпуса дирижабля при его движении через области атмосферной неоднородности струйного типа ………. 216
Глава 13. Некоторые вопросы аэродинамического проектирования дирижаблей классического типа ………. 222
13.1. Вопросы аэродинамического проектирования неоперенного корпуса ………. 222
13.2. Выбор расположения и геометрических параметров оперения дирижабля классического типа ………. 226
13.3. К выбору места расположения на дирижабле винтовых движителей ………. 229
Литература к части 1 ………. 229
Часть 2
ДИНАМИКА ПОЛЕТА ДИРИЖАБЛЯ
Глава 14. Аэродинамические силы и моменты инерционной природы. Присоединенные массы и моменты инерции дирижабля ………. 234
14.1. Общие вопросы расчета присоединенных масс и моментов инерции дирижабля ………. 234
14.1.1. Кинетическая энергия идеальной жидкости. Общие выражения для присоединенных масс ………. 235
14.1.2. Общие выражения сил и моментов инерционной природы, действующих на дирижабль в воздухе вдали от земли ………. 242
14.2. Методы определения присоединенных масс и моментов инерции дирижабля. ………. 245
14.2.1. Точные аналитические методы для простейших тел и трехосных эллипсоидов. ………. 245
14.2.2. Приближенные методы расчета присоединенных масс дирижабля ………. 247
14.2.2.1. Метод эквивалентного эллипсоида ………. 247
14.2.2.2. Метод, основанный на гипотезе плоских сечений ………. 248
14.2.3. Экспериментальные методы определения присоединенных масс и моментов инерции дирижабля ………. 250
14.3. Влияние земной поверхности (экрана) на присоединенные массы дирижабля………. 252
Глава 15. Общие уравнения движения дирижабля в свободном полете ………. 255
15.1. Системы координат и углы, используемые в задачах механики полета дирижабля ………. 255
15.2. Общие уравнения пространственного движения дирижабля в свободном полете ………. 260
15.3. Уравнения продольного движения дирижабля ………. 268
15.4. Уравнения бокового движения дирижабля ………. 269
Глава 16. Установившиеся движения дирижабля ………. 271
16.1. Общая математическая модель пространственных установившихся движений дирижабля. ………. 271
16.2. Установившиеся движения дирижабля в вертикальной плоскости. ………. 274
16.2.1. Общий случай установившихся движений дирижабля в вертикальной плоскости ………. 274
16.2.2. Полет дирижабля по пологим траекториям. ………. 275
16.2.3. Прямолинейный крейсерский полет дирижабля на постоянной высоте с заданной постоянной скоростью. ………. 276
16.2.4. Прямолинейный полет дирижабля по наклонным траекториям при немалом постоянном угле наклона траектории к горизонту и учете некоторых нелинейных составляющих аэродинамических характеристик. ………. 277
16.3. Установившиеся движения дирижабля в горизонтальной плоскости. ………. 280
16.3.1. Установившаяся горизонтальная циркуляция в общем случае. ………. 280
16.3.2. Горизонтальная циркуляция дирижабля при учете составляющих аэродинамических характеристик, нелинейных по углу скольжения. ………. 283
16.3.3. Определение окружной скорости при нелинейной зависимости коэффициента лобового сопротивления от воздушной скорости и угла отклонения рулей. ………. 286
16.4. Установившиеся движения дирижабля по пространственной спирали ………. 287
16.5. Статическая устойчивость дирижабля в установившемся полете ………. 289
Глава 17. Динамика возмущенного движения дирижабля . ………. 291
17.1. Уравнения первого приближения продольного возмущенного движения………. 291
17.2. Условия устойчивости продольного движения дирижабля ………. 293
17.3. Управляемость дирижабля в продольном движении ………. 296
17.4. Условия устойчивости бокового движения ………. 301
Глава 18. Динамика дирижабля на этапе его притягивания тросом к земле (швартовки) с помощью лебедки ………. 303
18.1. Математическая модель равновесия дирижабля на стоянке. ………. 303
18.2. Динамика пространственного движения дирижабля, прикрепленного тросом к причальному устройству на земле, в квазистационарной постановке………. 307
18.2.1. Постановка задачи ………. 307
18.2.2. Математическая модель движения троса в квазистационарной постановке ………. 308
18.2.3. Математическая модель движения дирижабля с учетом наличия троса ………. 311
18.2.4. Математическая модель ветра в приземном слое атмосферы ………. 313
18.2.5. Математическая модель притягивающего устройства (лебедки) ………. 317
18.2.6. Математическая модель демпфера ………. 317
Глава 19. Алгоритм расчета и некоторые результаты численного моделирования динамики дирижабля, прикрепленного тросом к причальному устройству на земле, в квазистационарном приближении ………. 319
19.1. Алгоритм решения задачи динамики системы «трос–дирижабль» ………. 319
19.2. Некоторые вычислительные особенности алгоритма ………. 324
19.3. Некоторые результаты численного анализа динамики движения дирижабля, прикрепленного тросом к причальному устройству на земле ………. 325
19.3.1. Исходные данные и некоторые предварительные замечания. ………. 325
19.3.2. Переход системы «трос–дирижабль» из произвольного состояния в установившееся ………. 328
19.3.3. Движение системы «трос–дирижабль» после резкого изменения плавучести дирижабля. ………. 328
19.3.4. Движение системы «трос–дирижабль» при порывах ветра. ………. 329
19.3.5. Движение дирижабля при притягивании его лебедкой к земле в режиме причаливания. ………. 331
19.3.6. Усилия в точке крепления троса к дирижаблю в моменты резкого натяжения и влияние демпфера на них. ………. 331
Глава 20. Математическая модель движения дирижабля, прикрепленного тросом к причальному устройству на земле, в динамической постановке ………. 333
20.1. Математическая модель движения троса в динамической постановке . ………. 333
20.2. Выбор количества элементов троса в расчетной схеме ………. 338
Глава 21. Динамика полета «малого» гипотетического дистанционно пилотируемого дирижабля . ………. 339
21.1. Схема и геометрические характеристики гипотетического «малого» дистанционно пилотируемого дирижабля Д1. ………. 340
21.2. Масса, центровка и момент инерции Jz дирижабля Д1 ………. 342
21.3. Экспериментальные аэродинамические характеристики дирижабля Д1 в продольном движении ………. 342
21.4. Вращательные производные в продольном движении ………. 343
21.5. Присоединенные массы и присоединенные моменты инерции в продольном движении ………. 346
21.6. Параметры установившихся движений дирижабля Д1 в вертикальной плоскости по горизонтальным траекториям ………. 348
21.7. Параметры установившихся движений дирижабля Д1 в вертикальной плоскости по прямолинейным наклонным траекториям ………. 354
21.8. Параметры траекторий взлета и посадки дирижабля Д1 ………. 354
21.8.1. Взлет с отклонением вектора тяги. ………. 357
21.8.2. Траектории посадки дирижабля Д1 с положительной и отрицательной плавучестью. ………. 361
Глава 22. Динамика полета «большого» гипотетического дирижабля с различными вариантами кормового оперения ………. 366
22.1. Схема гипотетического «большого» дирижабля Д2. Схемы Д2.1 и Д2.2 дирижабля Д2 с различными параметрами кормового оперения. Геометрические характеристики дирижабля Д2 ………. 366
22.2. Масса, центровка и моменты инерции дирижаблей Д2.1 и Д2.2 ………. 368
22.3. Экспериментальные аэродинамические характеристики дирижаблей Д2.1 и Д2.2 в продольном движении ………. 368
22.4. Вращательные производные в продольном движении ………. 371
22.5. Присоединенные массы и присоединенные моменты инерции дирижаблей Д2.1 и Д2.2 в продольном движении ………. 371
22.6. Суммарные выражения для аэродинамических коэффициентов дирижаблей Д2.1 и Д2.2 ………. 371
22.7. Параметры установившихся движений в вертикальной плоскости по горизонтальным траекториям ………. 372
22.8. Параметры установившихся движений в вертикальной плоскости по наклонным траекториям ………. 377
22.9. Продольная устойчивость дирижабля Д2 в модификациях Д2.1 и Д2.2 ………. 381
22.10. Устойчивость углового продольного движения дирижабля Д2 в модификациях Д2.1 и Д2.2 ………. 384
22.11. Продольная управляемость дирижаблей Д2.1 и Д2.2 ………. 387
Глава 23. Динамика полета аэростатического дистанционно пилотируемого летательного аппарата гибридной схемы ………. 391
23.1. Математическая модель движения гибридного аэростатического летательного аппарата как аэротросовой системы. ………. 391
23.2. Алгоритм и некоторые результаты численного исследования свойств гибридной аэротросовой системы . ………. 394
23.3. Численный анализ в квазистатической постановке устойчивости по высоте установившегося движения гибридной аэротросовой системы ………. 394
23.4. Оптимизация параметров гибридной аэротросовой системы по критерию максимума относительной полезной нагрузки ………. 396
Литература к части 2. ………. 398
