Энциклопедия авиации. Главный редактор: Г. П. Свищёв. Издательство: Москва, «Большая Российская Энциклопедия»



Скачать 38.76 Mb.
страница38/170
Дата17.10.2016
Размер38.76 Mb.
ТипКнига
1   ...   34   35   36   37   38   39   40   41   ...   170

Г. х. оказывают существенное влияние на аэродинамические, весовые, летно-технические и другие характеристики летательного аппарата, на его устойчивость и управляемость.

герметизация — обеспечение непроницаемости стенок и соединений в деталях, узлах и агрегатах летательного аппарата для предотвращения утечек газов и жидкостей. Различают Г. полную и неполную. Выбор методов и технологии Г. на летательном аппарате определяется назначением детали, узла, конструкции, характером действующих нагрузок и предполагаемой деформацией соединения. Для Г. пористых деталей (например, литых) в основном применяют пропитку их герметиками, в том числе анаэробными. Г. деталей из композиционных материалов производят креплением к ним непроницаемых плёнок. Для Г. проёмов люков применяют прокладки, формуемые из герметиков (непосредственно по месту уплотнения) и из резины. На подвижных соединениях и вращающихся валах ставят сальниковые, лабиринтные и другие уплотнения. Для Г. металлических неразъёмных соединений часто используют сварку, пайку, развальцовку, расчеканку, а также создают в местах сопряжения деталей натяг. Г. соединений с точечным и прерывистым силовым швом производится герметизирующими составами, которые после нанесения на шов и вулканизации в рабочем состоянии обладают достаточной эластичностью, прочностью, хорошей адгезией, коррозионной стойкостью и способностью не разрушаться под действием рабочей среды. Герметизирующие составы — полимерные композиции на основе синтетических каучуков (полисульфидных, кремнийорганических, кремнийфторорганических, уретановых и др.). Г. большинства заклёпочных, болтовых и других соединений планёра самолёта обеспечивается герметизирующими составами. Существуют 3 основных метода Г.: поверхностный, внутришовный и комбинированный. Перед нанесением герметика необходимы тщательная очистка и обезжиривание поверхностей соединения.

О. А. Брук.

герметики — полимерные композиции пастообразной или вязкотекучей консистенции, предназначенные для герметизации. Широкое применение нашли двухкомпонентные самовулканизующиеся Г., которые представляют собой пастообразные или вязко-текучие композиции на основе жидких каучуков, минеральных наполнителей и других ингредиентов и вулканизующего агента. Их общее свойство — способность под влиянием вводимых в композицию вулканизующих агентов переходить при комнатных температураx из пластичного состояния в эластичное, образуя плотные резиноподобные покрытия на поверхности деталей. Наряду с двухкомпонентными Г. существуют однокомпонентные, которые поставляются в готовом виде в тубах и вулканизуются при контакте с влагой воздуха. Самовулканизующиеся пасты — наиболее распространённый и совершенный вид Г. Свойства самовулканизующихся Г. определяются химической природой основного полимера. В соответствии с этим их разделяют на полисульфидные, фторорганические и кремнийорганические.

Полисульфидные (тиоколовые) Г. обладают высокой стойкостью к действию нефтяных топлив, масел, воды, света, озона. Применяются для поверхностной и внутришовной герметизации соединений, работающих при температураx от —60 до 150{{°}}С. Герметики У-30М и У-30МЭС-5 (разработанные в 1955—1957) позволили обеспечить надёжную герметизацию высотных кабин, а также топливных отсеков. Г. этого типа (в том числе однокомпонентные, например ВИТО-1) широко применяются в конструкциях всех пассажирских самолётов.

Фторорганические Г. обладают стойкостью к различным агрессивным средам. Предназначаются для герметизации соединений, работающих в топливной среде при температурах от -20 до 200{{°}}C. В отличие от другие самовулканизующихся Г. они содержат растворитель, поэтому в большинстве случаев для ускорения их сушки и вулканизации применяется нагрев.

Отличительная особенность кремнийорганических (полисилоксановых) Г. — сочетание высокой тепло- и морозостойкости с устойчивостью к различным факторам старения (тепловому, светоозонному и другим). Разработан широкий ассортимент таких Г., в том числе однокомпонентных, с различными свойствами. В авиастроении наибольшее применение находят герметики У4-21 и У2-28 для поверхностной и внутришовной герметизации кабин сверхзвуковых самолётов и элементов двигателей, а также Г.-компаунды (например, ПК-68), Благодаря технологичности и отсутствию коррозионного воздействия на цветные металлы они широко используются для герметизации авиационных приборов. Большинство кремнийорганических Г. предназначено для работы в воздушной среде при температураx от —60 до 300{{°}}С. Созданы специальные термостойкие (до 400{{°}}С) и морозостойкие Г. (например, УФ-7-21, используемый и в космической технике, способен сохранять эластичность в интервале от —120 до 300{{°}}С), а также Г., способные работать в топливе при температураx от -60 до 250{{°}}С (например, ВГФ-4-10).



Н. Б. Барановская.

гермокабина — изолированный объём летательного аппарата с регулируемыми избыточным давлением воздуха, температурой и т. п., предназначенный для работы экипажа и полёта пассажиров на большой высоте. Необходимые условия в Г. могут обеспечиваться вентиляционной, кислородно-вентиляционной или регенерационной высотными системами (см. Система жизнеобеспечения). Наиболее распространена вентиляционная система с системой кондиционирования воздуха. Вентиляционная система обеспечивает регулирование температуры, влажности и газового состава атмосферы Г., равномерное распределение воздуха вдоль кабины, охлаждение или нагрев воздуха до и после полёта (на земле) и автоматическое поддержание в полёте эксплуатационного давления, различного для самолётов разных типов. Г. могут быть малых объёмов (для лёгких и боевых летательных аппаратов) и больших объёмов (для транспортных и пассажирских летательных аппаратов).

Г. первого типа имеют минимальные размеры, регламентированные специальными нормами; предназначаются для размещения экипажа, приборов и механизмов, служащих для управления и контроля режима полёта летательного аппарата. Г. большого объёма предназначены для размещения экипажа, приборов, пассажиров и груза. Назначение Г. определяет ее размеры. Специальные нормы регламентируют объем Г., приходящийся на одного пассажира, поэтому общие габариты Г. пропорциональны числу размещаемых пассажиров (или массе груза).

Основная нагрузка конструкции Г. — внутреннее избыточное давление, действующее циклически (один цикл — полёт летательного аппарата). Поэтому формы сечения Г. обычно состоят из окружностей или полуокружностей, а днища часто имеют форму сферы. Одновременно в конструкции Г. стремятся максимально сократить число продольных и поперечных стыков в оболочке, применять наиболее надёжные и долговечные материалы для обшивки, шпангоутов и стрингеров, выбирать оптимальные напряжения в обшивке и уменьшать концентрацию напряжений в местах вырезов под проёмы дверей, окон, люков и т. д. На современных летательных аппаратах в целях снижения массы конструкции Г. часто выполняются как единое целое с фюзеляжем, поэтому одновременно с внутренним избыточным давлением на конструкцию действуют и внешние нагрузки.



В. К. Рахилин.

гибридный двигатель — то же, что комбинированный двигатель.

гибридный летательный аппарат — летательный аппарат, у которого для создания подъёмной силы используется сочетание аэростатического и аэродинамического принципов. Идея первых гибридных или комбинированных аэростатических летательных аппаратов, называемых также микстами от латинского mixtus — смешанный), заключалась в использовании аэродинамической подъёмной силы для управления полётом в вертикальной плоскости. В качестве средств создания аэродинамической подъёмной силы рассматривали воздушные винты, а также расположенные под углом атаки корпус летательного аппарата или крыло. Этим также решалась частично проблема балластировки, присущая дирижаблям классической схемы. Одним из первых Г. л. а. был аппарат Розе (Франция), построенный в 1901. Основными. его элементами являлись две сигарообразные оболочки, два вертикальных и два горизонтальных винта и несколько прямоугольных поверхностей, установленных под различными углами атаки. Однако испытания выявили недостаточность вертикальной тяги винтов аппарата, и дальнейшего развития он не получил. В последующем идея Г. л. а. развивалась в направлении увеличения доли аэродинамической составляющей полной подъёмной силы до значения, примерно соответствующего весу полезной нагрузки, и уменьшения доли аэростатической составляющей до уровня, близкого к весу ненагруженного летательного аппарата. Этим наиболее просто мог бы быть реализован принцип безбалластности и обеспечена возможность изменения динамической подъёмной силы для целей управления. Вместе с приобретением новых свойств Г. л. а. теряют преимущества, присущие чисто аэродинамическим и аэростатическим летательным аппаратам. Так, Г. л. а. на основе комбинации корпуса дирижабля и вертолётных несущих винтов утрачивает преимущество дирижабля, заключающееся в малом расходе топлива, и преимущества вертолёта, связанные с возможностью продолжительного зависания и безаэродромного базирования. Среди многочисленных разработок Г. л. а. 70—80-х гг. следует отметить доведённый до реализации проект «Гелистат» американской фирмы «Пясецкий эркрафт». Аппарат был спроектирован на основе оболочки дирижабля ZPG-2 полужесткой конструкции объёмом 27 тысяч м3 и четырёх вертолётов Сикорский SH-34G. Взлетная масса летательного аппарата 48,6 т. В первом полёте в июле 1986 «Гелистат» потерпел катастрофу и полностью разрушился.

гидравлический удар — резкое повышение давления в трубопроводе при быстром закрытии крана, обусловленное резким торможением потока жидкости. Упругая волна сжатия распространяется от крана вверх по потоку с эффективной скоростью сэ, которая зависит от свойств жидкости и жёсткости трубопровода. Теория Г. у. дана Н. Е. Жуковским (1898); согласно его теории, повышение давления {{Δ}}p в трубопроводе при мгновенной остановке потока жидкости с плотностью {{ρ}}, текущей до остановки со скоростью v, выражается формулой {{Δ}}p = {{ρ}}сэv.

Для абсолютно жёсткого трубопровода сэ равна скорости звука в жидкости с. Так, для воды с = 1500 м/с и при v = l м/с {{Δ}}p = 1,5 МПа. Упругость стенок трубы снижает скорость сэ до значения, которое приближенно рассчитывается по формуле

сэ = (1-d/{{δ}}-E/Ec)-1/2

где d и {{δ}} — диаметр и толщина стенок трубы, E и Ec — модули упругости жидкости и материала стенок трубы (для воды и стали E/Ec {{≈}} 0,02). При медленном закрытии крана значение {{Δ}}p существенно снижается. Если время закрытия крана tз длина трубы l то при условии ctз > > l приближённо справедлива формула {{Δ}}p = {{ρ}}vl/tз. Поэтому с целью избежания Г. у. клапаны и задвижки в трубопроводах делаются с винтовым приводом, реализующим медленное торможение потока.

При ударе твёрдых тел о воду возникают явления по физическому существу близкие к гидравлическому удару. На плоских поверхностях соприкосновения тела и жидкости в начальный момент времени возникают явления, также определяемые по формуле Жуковского, а внутрь жидкости и тела распространяются волны сжатия. Дальнейшее погружение тела в жидкость порождает сложное течение, изучаемое в теории удара тела о жидкость.

Г. В. Логвинович.

гидравлическое оборудование летательного аппарата — предназначается для привода в действие различных бортовых функциональных систем — потребителей. Г. о. содержит источники давления (насосы, гидроаккумуляторы), баки с рабочей жидкостью, трубопроводы, арматуру, различные клапаны, фильтры, гасители пульсаций, приборы контроля, защиты и сигнализации. В число потребителей гидравлической энергии входят исполнительные механизмы отклонения органов управления (гидроусилители, рулевые приводы, рулевые машинки), уборки и выпуска шасси, управления воздухозаборниками двигателей, тормозные механизмы колес шасси и т. д. Работа насосов без кавитации при полёте летательного аппарата в разреженной атмосфере или космосе достигается созданием герметичного Г. о. с избыточным давлением внутри него. Поддержание рабочего давления в заданных пределах осуществляется стабилизаторами давления (регуляторами насосов, автоматами разгрузки). Для защиты Г. о. от перегрева используются топливожидкостные теплообменники. В целях безопасности полётов Г. о. обычно выполняется с резервированием (кратность 2—4). На некоторых летательных аппаратах дополнительно устанавливают аварийное Г. о., которое при отказе основной системы приводится в действие ветродвигателями, выдвигаемыми в воздушный поток, электродвигателями или газовыми турбинами с приводом от вспомогательной силовой установки.

Масса Г. о. составляет 1—1,5% взлётной массы для тяжёлых, 2—3% для лёгких манёвренных самолётов и 1—2% для вертолётов. Установочная мощность Г. о. различных летательных аппаратов от 0,75 кВт до 2 МВт, давление от 7 до 28 МПа, объём рабочей жидкости от 6 до 850 л, длина трубопроводов от 40 до 5000 м, рабочий диапазон температур от —60 до 180{{°}}С. Преимущества Г. о. перед электрическими и пневматическими системами заключаются в достижении значительных удельных сил и мощностей, в широких пределах плавного изменения скоростей перемещения механизмов и высокой степени устойчивости к внешним нагрузкам. До 40 х гг. в основном применялись простейшие гидропередачи с ручным приводом. С середины 30 х гг. до середины 50 х гг. в военной авиации и ракетной технике использовалось Г. о. с комплексными автономными электрогидравлическими приводами, питаемыми бортовой электросетью. С 50 х гг. широкое распространение получило Г. о. с приводом от маршевого двигателя, включающее насосы постоянной подачи с автоматом нагрузки или насосы переменный подачи. Г. о. с приводом от электродвигателей применяется на летательных аппаратах с невысокой мощностью насосов. С 80 х гг. внедрены насосы переменный подачи с электромагнитным клапаном разгрузки.



А. Г. Тер-Симонян.

гидроаэродром — специально подготовленный водный участок и прилегающая прибрежная территория, включающие комплекс сооружений и оборудования для обеспечения эксплуатации гидросамолётов.

Г. располагают на морях, реках, озёрах и искусственных водоёмах. Г. состоит из 3 основных зон — лётной, служебно-технической и жилой. Лётная зона — участок водной поверхности (акватория), подготовленный для взлёта и посадки, руления и стоянки, обслуживания и хранения гидросамолётов,, а также для движения плавучих средств. Акватория Г. состоит из лётного бассейна, полосы руления и гавани. Лётный бассейн предназначается для взлёта и посадки гидросамолётов. На речных Г. лётный бассейн имеет форму лётной полосы длиной около 1 км и шириной около 100 м. На морских и озёрных Г. лётный бассейн может иметь форму круга, квадрата или прямоугольника и позволяет производить взлёт и посадку во многих направлениях. Полоса руления окаймляет лётный бассейн и предназначена для руления гидросамолётов до взлёта и после посадки. Гавань служит для стоянки и обслуживания гидросамолетов на плаву, а также для стоянки плавучих средств обслуживания гидросамолётов. Акватория Г. должна иметь свободные воздушные подходы в направлениях взлёта и посадки. На береговом участке, примыкающем к акватории, располагаются служебно-техническая и жилая зоны Г. Служебно-техническая зона состоит из зданий для обслуживания пассажиров, обработки грузов, управления полётами и сооружений — причалов, пирсов, гидроспусков, складов для хранения авиатоплива и масел, авиаремонтных мастерских и др.

А. П. Журавлёв.

План гидроаэродрома: 1 — лётный бассейн; 2 — плавучие оградительные знаки; 3 — гавань; 4 — мол; 5 — пассажирская пристань; 6 — аэровокзал; 7 — привокзальная площадь; 8 — гараж; 9 — стоянки гидросамолётов на плаву; 10 — стапель; 11 — грузоподъёмный кран; 12 — рулёжные дорожки; 13 — манёвренные площадки; 14 — ангары; 15 — открытые стоянки; 16 — служебные здания; 17 — склад запасных частей; 18 — хранилище горючего; 19 — пожарное депо; 20 — здание охраны; 21 — пристань для плавучих средств; 22 — жилые дома; 23 — авиаремонтные мастерские.



гидродинамика — раздел механики сплошных сред, в котором изучаются закономерности движения жидкости и её взаимодействие с погружёнными в неё телами. Поскольку, однако, при относительно небольших скоростях движения воздух можно считать несжимаемой жидкостью, законы и методы Г. широко используются для аэродинамических расчётов летательных аппаратов при малых дозвуковых скоростях полёта. Большинство капельных жидкостей, например, вода, обладают слабой сжимаемостью, и во многих важных случаях их плотность {{ρ}} можно считать постоянной. Однако сжимаемостью среды нельзя пренебрегать в задачах взрыва, удара и других случаях, когда возникают большие ускорения частиц жидкости и от источника возмущений распространяются упругие волны.

Фундаментальные уравнения Г. выражают собой сохранения законы массы (импульса и энергии). Если предположить, что движущаяся среда является ньютоновской жидкостью и для анализа её движения применить метод Эйлера, то течение жидкости будет описываться неразрывности уравнением, Навье — Стокса уравнениями и энергии уравнением. Для идеальной несжимаемой жидкости уравнения Навье — Стокса переходят в Эйлера уравнения, а уравнение энергии выпадает из рассмотрения, поскольку динамика течения несжимаемой жидкости не зависит от тепловых процессов. В этом случае движение жидкости описывается уравнением неразрывности и уравнениями Эйлера, которые удобно записать в форме Громеки — Ламба [по имени русский учёного И. С. Громеки и английского учёного Г. Ламба (Н. Lamb)]:

divV = 0,

{{формула}}

где V — вектор скорости, {{ω}} = rotV — вектор завихренности, F — вектор массовой силы, р — давление гидродинамическое.

Для практических приложений важны интегралы уравнений Эйлера, которые имеют место в двух случаях:

а) установившееся движение при наличии потенциала массовых сил (F = -gradΠ); тогда вдоль линии тока будет выполняться Бернулли уравнение

{{формула}}

правая часть которого постоянна вдоль каждой линии тока, но, вообще говоря, меняется при переходе от одной линии тока к другой. Если жидкость вытекает из пространства, где она покоится, то постоянная Бернулли H одинакова для всех линий тока;

б) безвихревое течение: ({{ω}} = rotV = 0. В этом случае V = grad{{φ}}, где {{φ}} — потенциал скорости, и массовые силы обладают потенциалом. Тогда для всего поля течения справедлив интеграл (уравнение) Коши — Лагранжа д{{φ}}/дt + V2/2 + p/{{ρ}} + П = H(t). В обоих случаях указанные интегралы позволяют определить поле давлений при известном поле скоростей.

Интегрирование уравнения Коши — Лагранжа в интервале времени {{Δ}}t{{→}}0 в случае ударного возбуждения течения приводит к соотношению, связывающему приращение потенциала скорости с импульсом давления pi. Для произвольной точки пространства имеем

{{формула}}

Всякое движение первоначально покоящейся жидкости, вызванное силами веса или нормальными давлениями, приложенными к её границам, потенциально. Для реальных жидкостей, обладающих вязкостью, условие {{ω}} = 0 выполняется лишь приближённо: вблизи обтекаемых твёрдых границ существенно сказывается вязкость и образуется пограничный слой, где {{ω ≠ }}0. Несмотря на это, теория потенциальных течений позволяет решать ряд важных прикладных задач.

Поле потенциального течения описывается потенциалом скорости {{φ}}, который удовлетворяет уравнению Лапласа

divV = {{Δφ}} = 0.

Доказано, что при заданных граничных условиях на поверхностях, ограничивающих область движения жидкости, его решение единственно. В силу линейности уравнения Лапласа справедлив принцип суперпозиции решений и, следовательно, для сложных течений решение можно представить как сумму более простых течений (см., например, статью Источников и стоков метод). Так, при продольном обтекании однородным потоком отрезка с распределёнными по нему источниками и стоками с равной нулю суммарной интенсивностью образуются замкнутые поверхности тока, которые можно рассматривать как поверхности тел вращения, например, корпуса летательного аппарата.

Если в неограниченной области задана некоторая замкнутая поверхность S и n есть единичный вектор нормали к этой поверхности, направленный внутрь жидкости, то импульс силы В, сообщённый жидкости движением этой поверхности, и кинетическая энергия жидкости T будут определяться формулами

{{формула}}

Для твёрдых движущихся тел величины B и T можно выразить через присоединённые массы и скорости тел. В частности, при движении тела без вращения вдоль оси x со скоростью Vx, имеем Bx = {{λ}}xVx и T = {{λ}}xV2x/2, где {{λ}}x, — присоединённая масса в направлении оси x, пропорциональная плотности жидкости и зависящая только от размеров и формы тела. Сила R, действующая на жидкость со стороны тела, есть R = dB/dt или VxR = dT/dt. Поэтому при поступательном равномерном движении твёрдого тела в идеальной жидкости B = const и, следовательно, R = 0 (Д'Аламбера — Эйлера парадокс). При движении тела в реальной жидкости всегда возникают гидродинамические силы из-за его взаимодействия с жидкостью. Одна часть суммарной силы обусловлена присоединёнными массами и пропорциональна скорости изменения связанного с телом импульса примерно так же, как в идеальной жидкости. Другая часть суммарной силы связана с образованием следа аэродинамического за телом, который формируется в течение всей истории движения. След влияет на поле течения вблизи тела, поэтому численное значение присоединённой массы может не совпадать с его значением для аналогичного движения в идеальной жидкости. След за телом может быть ламинарным или турбулентным, может образовываться свободными границами, например, за глиссером.

Аналитические решения нелинейных задач, связанных с пространственным движением тел в жидкости при наличии следа, удаётся получить лишь в некоторых частных случаях.



Плоскопараллельные течения исследуются методами теории функций комплексного переменного; эффективно решение некоторых задач гидродинамики методами вычислительной математики. Приближенные теории получаются путём рациональной схематизации картины течения, применения теорем сохранения, использования свойств свободных поверхностей и вихревых течений, а также некоторых частных решений. Они разъясняют суть дела и удобны для предварительных расчётов. Например, при быстром погружении в воду клина с углом полураствора {{β}}к возникает существенное движение свободных границ в области брызговых струй. Для оценки сил важно оценить эффективную смоченную ширину клина, которая значительно превышает соответствующую величину при статическом погружении острия на ту же глубину h. Приближенная теория для симметричной задачи показывает, что отношение динамической смоченной ширины 2a к статической близко к {{π}}/2 и приводит к следующим результатам: a = 0,5{{π}}hctg{{β}}, где {{β}} = {{π}}/2-{{β}}к, удельная присоединённая масса m* = 0,5{{πρ}}a2/({{β}}) [f({{β}}) {{≈}} 1-(8 + {{π}})tg{{β}}/{{π}}2 для {{β}} < 30{{°}}], B = m*dh/dt — вертикальный компонент удельного импульса, F = d(m*dh/dt)/dt —сила давления клина на жидкость.

При установившемся глиссировании килеватой пластинки со скоростью V{{}} течение в поперечной плоскости непосредственно за транцем весьма близко к течению, возбуждённому погружающимся клином. Поэтому приращение вертикального компонента импульса сообщаемого жидкости в единицу времени, близко к BV{{}} = m*V{{}}dh/dt. Импульс жидкости направлен вниз; реакция, действующая на тело, есть подъёмная сила Y. Для малых углов атаки {{α}} dh/dt = {{α}}V{{}}, и Y = m*(h)V2{{α}}.

За телом, движущимся в неограниченной жидкости с постоянной скоростью V{{}} и обладающим подъёмной силой Y, образуется вихревая пелена, которая далеко за телом сворачивается в 2 вихря с циркуляцией скорости Γ и расстоянием l между ними, которые замыкаются начальным вихрем. Вследствие взаимодействия эта пара вихрей наклонена к направлению движения на угол {{α}}, определяемый соотношением sin{{α}} = Γ/(2{{π}}/V{{}}). Из теорем о вихрях следует, что импульс сил B, который нужно приложить к жидкости для возбуждения замкнутой вихревой нити с циркуляцией Γ и площадью диафрагмы S, ограниченной этой вихревой нитью, равен {{ρ}}ΓS и направлен перпендикулярно плоскости диафрагмы. В рассматриваемом случае Γ = const, скорость приращения диафрагмы dS/dt = lV{{}}/cos{{α}}, вектор гидродинамической силы R = dB/dt и, следовательно, Y = {{ρ}}/ΓV{{}} и индуктивное сопротивление Xинд = {{ρ}}/ΓV{{}}tg{{α}}инд, причем {{α}}инд = {{α}}.

Как в случае глиссирования, так и для любых несущих систем сопротивление определяется кинетической энергией жидкости, приходящейся на единицу длины оставляемого телом следа. Общий вывод состоит в том, что при сходе с тела свободных границ всю совокупность действующих сил можно приближённо разделить на 2 части, одна из которых определяется производными по времени от «связанных» импульсов, а вторая потоками «стекающих» импульсов.

При больших скоростях движения в потенциальном потоке могут возникать очень малые положительные и даже отрицательные давления. Жидкости, встречающиеся в природе и применяемые в технике, в большинстве случаев не способны воспринимать растягивающие усилия отрицательного давления), и обычно давление в потоке не может принимать значения меньше некоторого pd. В точках потока жидкости, в которых давление p = pd, происходит нарушение сплошности течения и образуются области (каверны), заполненные парами жидкости или выделившимися газами. Это явлен называется кавитацией. Возможным нижним пределом pd является давление насыщенных паров жидкости, зависящее от температуры жидкости.

При обтекании тел максимум скорости и минимум давления имеют место на поверхности тела и наступление кавитации определяется условием



Cpmin = 2(p{{}}-pd){{ρ}}V2{{}} = {{σ}},

где {{σ}} — число кавитации, Cpmin — минимальное значение коэффициента давления.

При развитой кавитации позади тела образуется каверна с резко выраженными границами, которые можно рассматривать как свободные поверхности и которые образованы частицами жидкости, сошедшими с обтекаемого контура в точках схода струй. Явления, происходящие в области смыкания струй, ограничивающих каверну, еще не вполне изучены; опыт показывает, что кавитационное течение имеет нестационарный характер, особенно сильно выраженный в области смыкания.

Если {{σ}} > 0, то давление в набегающем потоке и в бесконечности за телом больше, чем давление внутри каверны, и поэтому каверна не может простираться до бесконечности. При уменьшении σ размеры каверны возрастают и область замыкания удаляется от тела. При {{σ}} = 0 предельное кавитационное течение совпадает с обтеканием тел со срывом струй по схеме Кирхгофа (см. Струйных течений теория).

Для построения стационарного струйного течения используются различные идеализированные схемы, например, такая: свободные поверхности, сходящие с поверхности тела и направленные выпуклостью к внешнему потоку, при смыкании образуют струю, стекающую внутрь каверны (при математическом описании уходит на второй лист римановой поверхности). Решение такой задачи проводится методом, аналогичным методу Гельмгольца — Кирхгофа: В частности, для плоской пластины ширины l, установленной перпендикулярно набегающему потоку, коэффициент сопротивления cx, вычисляется по формуле

cx = cx0(1 + {{σ}}),

где cx0 = 2{{π}}/({{π}} + 4) — коэффициент сопротивления пластины, обтекаемой по схеме Кирхгофа. Для. пространственных (осесимметричных) каверн справедлив приближённый принцип независимости расширения, выражаемый уравнением

d2S/dt2 {{≈}} -K(p{{}}-pк)/{{ρ}},

где S(t) — площадь поперечного сечения каверны в неподвижной плоскости, перпендикулярной к траектории центра кавитатора p{{}}(t) —давление в рассматриваемой точке траектории, которое было бы до образования каверны; pк — давление в каверне. Константа К пропорциональна коэффициенту сопротивления кавитатора; для тупых тел К ~ 3.

С явлением кавитации приходится встречаться во многих технических устройствах. Начальная стадия кавитации наблюдается при заполнении имеющейся в потоке области пониженного давления пузырьками газа или пара, которые, схлопываясь, вызывают эрозию, вибрации и характерный шум. Пузырьковая кавитация возникает на гребных винтах, в насосах, трубопроводах и других устройствах, где из-за повышеной скорости давление понижается и приближается к давлению парообразования. Развитая кавитация с образованием каверны с низким давлением внутри имеет место, например, за реданами гидросамолётов, если подток воздуха в зареданное пространство оказывается стеснённым. Такие каверзы приводят к автоколебаниям, так называемым барсу. Срыв каверн на подводных крыльях и на лопастях гребных винтов приводит к снижению подъёмной силы крыла и «упора» винта.

Экспериментальная Г. помимо традиционных гидроканалов (опытовых бассейнов) располагает широким ассортиментом специальных установок, предназначенных для изучения быстропротекающих нестационарных процессов. Применяются скоростная киносъёмка, визуализация течений и другие методы. Обычно на одной модели нельзя удовлетворить всем требованиям подобия (см. Подобия законы), поэтому широко применяется «частичное» и «перекрёстное» моделирование. Моделирование и сравнение с теоретическими результатами является основой современных гидродинамических исследований.



Лит.: Кочин Н. Е., Кибель И. А., Розе Н. В., Теоретическая гидромеханика, 4 изд., Л. — М., 1948—63; Логвинович Г. В., Гидродинамика течений со свободными границами, Киев, 1969; Седов Л. И., Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики, 3 изд., М., 1980.

Г. В. Логвинович.

Гидроканал Центрального аэрогидродинамического института.



гидроканал, опытовый бассейн, — сооружение для испытаний буксировкой моделей судов, гидросамолётов и др. Обычно Г. представляет собой (см. рис.) бассейн; вдоль его бортов укладывают рельсы, по которым с помощью электропривода перемешается с заданной скоростью (до 30 м/с) буксировочная тележка. Модель крепится к тележке системой тяг, связанных с динамометрами и индикаторами углов хода. Во время экспериментов измеряются подъёмные силы, сопротивление, углы тангажа, оценивается брызгообразование, осуществляется визуализация течений и т. п.

При буксировке моделей судов или лодок гидросамолётов в Г. по поверхности воды существенны силы инерции, тяжести и трения, то есть подобия законы Фруда и Рейнольдса. Однако удовлетворить обоим этим законам подобия одновременно практически не удаётся и обычно отдаётся предпочтение закону подобия, характеризующемуся числом Фруда Fr(Fr = V2/gL; V — скорость набегающего потока, g — ускорение свободного падения, L — характерный линейный размер), поскольку при этом моделируются подъёмные силы, волнообразование и поведение модели в целом (брызгообразование и естественная кавитация при выполнении закона подобия Фруда полностью все же не моделируются). Рейнольдса числа получаются значительно меньше натурных, поэтому силы трения и их влияние на течение учитываются специальными поправками (масштабный эффект).

Большие Г. (длина 1000—1500 м, ширина 20—25 м, глубина 5—10 м) имеют многотонную буксировочную тележку, на которой размещаются бригада экспериментаторов, измерительная, киносъёмочная и вычислительная техника. Малые Г. снабжаются лёгкой буксировочной тележкой (без экипажа), приводимой в движение линейным двигателем и снабжённой автоматической регистрирующей аппаратурой. Практически все Г. оборудуются устройствами для образования волн (волнопродукторами).

Г. В. Логвинович.

гидромодель аэростата — модель аэростата, наполненная жидкостью; позволяет имитировать напряженное состояние корпуса аэростата, наполненного подъёмным газом. Г. а. используются главным образом для оценки формы и деформации корпуса (оболочки) нежёстких дирижаблей (рис. 1), привязных и свободных аэростатов (стратостатов, рис. 2). Измеряя деформации, оценивают натяжения в оболочке. В основу методов, использующих Г. а., положены условия статического подобия и равенства относительных деформаций. Обычно оболочка Г. а. изготавливается из тех же материалов, что и оболочка аэростата. При этом подобие деформаций возможно только при равенстве натяжений в оболочке аэростата и модели. Идея использования Г. а. впервые была высказана К. Э. Циолковским в его книге «Аэростат металлический управляемый» (Калуга, 1893).

Рис. 1. Гидромодель нежесткого аэростата.

Рис. 2. Гидромодели свободного аэростата (вверху) и стратостата (внизу).

гидроплан — то же, что гидросамолёт.

гидросамолёт — самолёт, способный взлетать с водной поверхности и садиться на неё, а также маневрировать на воде. Г. должен обладать плавучестью, остойчивостью, непотопляемостью, устойчивостью движения по воде, мореходностью, приемлемым брызгообразованием.

Под плавучестью понимается способность Г. плавать при заданной массе, сохраняя определенную ватерлинию; под остойчивостью — способность при отклонении от исходного равновесного положения возвращаться к нему; под непотопляемостью — способность при затоплении несколько отсеков фюзеляжа и поплавков сохранять плавучесть и остойчивость; под мореходностью — способность пилотируемого Г. при определенном морском волнении и ветре совершать плавание, дрейф, маневрирование на воде, взлёт с воды и посадку на воду. Г. должен также обладать достаточной энерговооружённостью (тяговооружённостью) для нормального взлёта с воды.



Каталог: library
library -> Практикум по дисциплине «Основы организационного управления в информационной сфере»
library -> Лабораторная работа № Изучение микроконтроллера msp430. Последовательный ввод-вывод и измерение температуры
library -> Программа вступительного экзамена для магистерской подготовки по специальности 1-40 80 01
library -> Лабораторная работа № Изучение микроконтроллера msp430. Аналоговый ввод-вывод и коммуникация
library -> Космодром Байконур. Наша гордость или боль?: Проблема крупным планом/Г. Искакова // Индустриальная Караганда. 2002. 19 янв
library -> Системы мониторинга региональных финансов
library -> Н. А. Иванова поведение домохозяйств на рынке труда в трансформационной экономике


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   34   35   36   37   38   39   40   41   ...   170


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2019
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал