Главная страница

метод основы 1

А. П. МАНД V Ы К Л

метод основы 10

В XVIII, а главным образом в XIX в. работы в области изучения сопротивления воздуха движению артиллерийского снаряда — тела, перемещавшегося в то время быстрее других искусственных объектов, и были направлены на выявление факторов, влиявших на величину силы лобового сопротивления воздуха. Прежде всего, это была скорость движения снаряда. С развитием техники эксперимента расширялся и диапазон получаемых скоростей, что открывало новые закономерности в характере изменения силы сопротивления воздуха в зависимости от скорости. Было необходимо объяснить и обосновать эти явления. С другой стороны, для решения задач внешней баллистики выявленные закономерности природы требовали новых средств для их математическогопредставления, более совершенных форм для выражения закона сопротивления воздуха. Формулы закона сопротивления становились сложнее. Это в свою очередь заставляло искать болёе простых и удобных методов вычисления траектории артиллерийского снаряда.

метод основы 100

Развитие экспериментальных средств позволило не только установить закономерности изменения температуры атмосферы с высотой, но и объяснить их природу. Помимо классификации атмосферы по изменению температуры, предлагались и некоторые другие принципы. Так, например, Митра, а также Мейлон и Чепмен, на которых он ссылался, разграничивали атмосферу на среднюю — между 60 и 80 км — и на верхнюю область, или экзосферу, простирающуюся до перехода в космическое пространство. Эти же авторы писали и об ионизированных слоях атмосферы между 90 и 200 км. Было установлено, что степень ионизации изменяется с высотой и ее плотность не одинакова для различных зон. Поэтому ионосфера разделена на области с повышенной ионизацией.

метод основы 101

Все же уменьшение плотности воздуха с высотой было представлено аналитически для сравнительно большой высоты, отвечающей ионосфере. Закон изменения плотности воздуха по мере удаления его слоев от поверхности Земли чаще всего выражали в виде экспоненциальной формулы, введенной (§1 Введения) в астрономии еще XVIII в., а затем широко применявшейся во внешней баллистике. С помощью же ракет плотность воздуха была найдена еще в начале 50-х годов до высоты в 220 км и оказалась равной 10~8 г/м3, т. е. ниже установленной теоретически. Наиболее надежные результаты были получены при использовании искусственных спутников Земли.

метод основы 102

В середине 40-х годов настоящего столетия в авиации были достигнуты скорости, близкие к звуковой, в то время как скорости ракет уже превзошли эту границу. При обтекании тел воздушным потоком со звуковыми и сверхзвуковыми скоростями возникают новые явления, и газодинамика сталкивается с совершенно иными проблемами, чем при обтекании тел дозвуковым потоком. Эти проблемы, достаточно разработанные внешней баллистикой, требовали изысканий в ином плане, связанном с решением задач газодинамики применительно к развитию новой техники. После окончания второй мировой войны одна из важнейших проблем газодинамики, которой продолжали уделять серьезное внимание, заключалась в исследовании течений с большими дозвуковыми скоростями. В это время сведения ограничивались почти одним лишь пониманием физической сущности явления. Область сверхзвуковых течений была исследована намного полнее, раскрыта не только физическая природа явлений, но дана и их математическая интерпретация. Такое положение сложилось вопреки тому, что изучение аэродинамики сверхзвуковых скоростей началось позднее, чем дозвуковых. Уровень развития газодинамики к концу второй мировой войны был таким же, как уровень аэродинамики звуковых скоростей к 1914 г.

метод основы 103

В конце 50-х годов возникли новые проблемы, связанные с движением тел со сверхзвуковыми скоростями. Одна из них, например, заключалась в установлении влияния ударной волны на ионизацию и диссоциацию воздуха вблизи перемещающегося тела. Кроме того, при таких скоростях изменяется теплообмен по сравнению с идеальным газом и возникает теплообмен лучистого характера; проявляется и влияние аэродинамического нагрева. В результате того что поток становится электропроводным, создается магнитная аэродинамика. Здесь нет возможностиостанавливаться на рассмотрении этих проблем, но имеет смысл несколько подробнее осветить вопросы, имеющие непосредственное отношение к тематике книги.

метод основы 104

Оперирование со скоростями, намного превышавшими скорость звука, привело к изменению методов исследования. Физическая картина обтекания тела воздушным потоком не меняется, если его скорость отвечает числам 1=2 и ilf=10, как и при обтекании дозвуковым потоком при любых скоростях. Эти изменения основаны на пренебрежении членами, содержащими число М, возведенное в отрицательные степени, равные двум и выше. Кроме того, при гиперзвуковых скоростях образующие угла Маха становятся почти параллельными направлению потока. Область возмущений получается ограниченной и сравнимой с пограничным слоем.

метод основы 105

Одна из актуальных задач, стоявших перед аэродинамикой в конце 40-х и начале 50-х годов, имела целью изучить явления, связанные с волновым кризисом. Волновое сопротивление может возникать и при скоростях в обтекающем потоке, меньших скорости звука. Если поток у поверхности тела достигает местной скорости звука, то скорость тела называется критической. Явление же сильного возрастания сопротивления, в результате которого наблюдаются резкие скачки уплотнения, принято называть волновым кризисом. При этом характер обтекания претерпевает качественные изменения. Встает вопрос об управляемости и устойчивости летательного аппарата. Естественно, что эти проблемы стали особенно насущными в годы, когда в эксплуатацию вводились высокоскоростные реактивные самолеты и испытыва- лись ракеты дальнего действия. Литература по аэродинамике больших скоростей чрезвычайно обширна. В качестве иллюстрации достаточно указать лишь нанекоторые книги в этой области, трактующие, в частности, об образовании ударных волн и возникновении волнового кризиса.