Основи авіабудування та теорії авіації / підручник

Про матеріал

Підручник "Основи авіабудування та теорії авіації" за авторством Андрія Довгалюка - це новітній підхід до здійснення навчального процесу в школах та університетах, до методів викладання та способів сприймання інформації студентами та школярами. Доступність, точність та простота викладення інформації - новаторство від автора підручника. Для доступу до практичних робіт потрібно лише сканувати QR-код, або перейти за посиланням та виконати її в онлайн режимі. Такий новітній підхід до виконання практичних робіт є зручним як для студентів (учнів), так і для викладачів (учителів). У сумі втілення всіх вище описаних ідей надає шанси підручнику стати справжньою революцією на ринку освітніх послуг!

Перегляд файлу

Автор:

А.С. Довгалюк, студент 1-го курсу Національного авіаційного університету, м. Київ

Довгалюк А.С.

Основи авіабудування та теорії авіації. Навчальний посібник [для студентів молодших курсів технічних коледжів та вищих навчальних закладів авіаційного спрямування] / - А.С. Довгалюк - 46 с. : іл.

У першому розділі навчального посібника розглядається будова літака, його основних елементів. У другому розділі розглядаються основи аеродинаміки та фізики польоту повітряного судна. Підручник містить практичні роботи, необхідні для засвоєння програмного матеріалу. Виконання практичних робіт дозволяє студентам використовувати та узагальнювати набуті навички і знання.

Матеріал посібника націлений на студентів молодших курсів технічних коледжів та вищих навчальних закладів авіаційного спрямування.

Розповсюджувати та тиражувати без офіційного дозволу автора заборонено

©А.С. Довгалюк, 2021

Вашій увазі - навчальний посібник, написаний відповідно до чинних програм для учнів технічних коледжів та студентів молодших курсів закладів вищої освіти авіаційного спрямування. Посібник складається з двох розділів. Перший розділ – «Будова літака» містить 8 тем, в яких розглядається конструкція літака, його основних елементів та силових установок. Другий розділ – «Основи аеродинаміки та фізики польоту літака» складається з 4 тем та пояснює фізичні принципи і закони польоту повітряного судна. Для узагальнення та закріплення набутих навичок та знань до матеріалу додаються 4 практичні роботи.

Матеріал викладено лаконічно і доступно. До теорії додаються ілюстрації, приклади та пояснення.

Посібник може стати у нагоді студентам будь-яких технічних спеціальностей, а, також, авіамоделістам-початківцям. Також може використовуватися для загального інтелектуального розвитку.

Нумерація параграфів позначається символом §.

рис. 1.1

номер параграфа номер рисунку у параграфі

ПЕРЕВІР СЕБЕ! - дана рубрика розміщується у кінці кожного

……………………………параграфа та містить завдання для ……………………………самоперевірки та узагальнення засвоєного ……………………………матеріалу

§1. Літак. Класифікація літаків, їх призначення 4

Практична робота 1. Класифікація літаків, їх призначення 9

§2. Конструкція літака. Елементи його конструкції 10

§3. Каркас літака, його елементи та будова 12

Практична робота 2. Будова літака 14

§4. Шасі літака 15

§5. Стрілоподібність крила 17

§6. Двигун літака. Типи двигунів. Тяга 19

§7. Бортові системи управління польотом. Панель приладів. Авіоніка 24

§8. Світлотехнічне обладнання літака 27

Практична робота 3. Світлотехнічне обладнання літака 29

§9. Основи аеродинаміки. Закон Бернуллі. Рівняння неперервності потоку 30

§10. Аеродинаміка великих швидкостей. Швидкість звуку. Число Маха 32

§11. Просторова орієнтація повітряного судна відносно нормальної системи

……координат. Крен. Тангаж. Рискання 34

§12. Підіймальна сила крила. Механізація крила 36

Практична робота 4. Основи аеродинаміки та фізики польоту літака 40

Словник авіаційних термінів 41

Літак (повітряне судно ПС, повітряний корабель ПК) – літальний апарат, важчий за повітря, призначений для польотів в атмосфері. Здатен переміщуватися з високою швидкістю завдяки силовим установкам (двигунам) та підіймальній силі крила.

Літак вже понад століття є незамінним видом транспорту та використовується як у цивільній, так і у військовій сферах. Класифікація літаків за призначенням залежить від сфери їх експлуатації.

Класифікація літаків за призначенням:

• військові: винищувачі, винищувачі-бомбардувальники, фронтові бомбардувальники, ракетоносії, штурмовики, розвідники,

коректувальники, багатоцільові і спеціальні, транспортні, десантні;

• цивільні: пасажирські, транспортні, поштові, сільськогосподарські, навчальні, спортивні;

• спеціальні: експериментальні, санітарні, пожежні, геологорозвідувальні,

ін.;

Класифікація літаків за дальністю польоту:

• дальньомагістральні (6000 км і більше)

• середньомагістральні (від 2500 до 6000 км)

• ближньомагістральні (від 1000 до 2500 км)

• місцевого призначення (до 1000 км)

Класифікація літаків за злітною масою:

• 1-го класу (75 т і більше)

• 2-го класу (від 30 до 75 т)

• 3-го класу (від 10 до 30 т)

• 4-го класу (до 10 т)

Класифікація літаків за типом двигунів:

• поршневі (ПД)

• турбогвинтові (ТГД)

• турбовентиляторні (ТВД)

• реактивні (РД)

• електричні (ЕД)

Класифікація літаків за типом зльоту і приземлення:

• вертикального зльоту

• короткого зльоту

• звичайного зльоту та приземлення

Класифікація літаків за кількістю крил:

• моноплан (1 крило)

• біплан (2 крила)

• півтораплан (2 крила, одне з яких відрізняється за розмірами)

Класифікація літаків за розташуванням оперення:

• переднє («качка»);

• «безхвістка»;

• хвостове;

Класифікація літаків за типом хвостового оперення:

• з однокілевим оперенням;

• з багатокілевим оперенням;

• з V-подібним оперенням;

• з Т-подібним оперенням;

• з хрестоподібним оперенням;

Класифікація літаків за типом фюзеляжу:

• однобалкові;

• двобалкові;

• «крило, що літає»;

• вузькофюзеляжні;

• широкофюзеляжні;

• двохпалубні;

Класифікація літаків за типом шасі:

• сухопутні: колісні, лижні, гусеничні;

• гідролітаки: човникові, поплавкові;

• літак-амфібія;

Водночас колісний тип шасі поділяється на:

• колісні шасі з передньою опорою;

• колісні шасі з хвостовою опорою;

• колісні шасі велосипедного типу;

Класифікація літаків за швидкістю польоту:

• дозвукові (0.7 - 0.8 Маха)

• близькозвукові (0.8 – 1.2 Маха)

• надзвукові (1.2 – 5 Маха)

• гіперзвукові (більше 5 Маха)

Класифікація літаків за розміщенням двигунів:

• на крилі;

• під крилом;

• під крилом на пілонах;

• у крилі;

• у фюзеляжі;

• на фюзеляжі;

1. Дайте визначення поняттю «літак».

2. Як літаки поділяють за призначенням?

3. Якими бувають літаки за типом шасі?

4. Яким чином на літаках можуть розміщуватися двигуни?

5. Які бувають літаки за типом фюзеляжу?

6. Класифікуйте літаки Ан-2, Ан-148, Ан-124, Іл-62 за усіма критеріями.

ПРАКТИЧНА РОБОТА №1.

Тема: Класифікація літаків, їх призначення.

Мета: узагальнити пройдений матеріал параграфа §1, закріпити набуті …… ………навички та знання.

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

1.) Для доступу до практичної роботи перейдіть за посиланням або скануйте QR-код;

2.) Впишіть свої прізвище та ім’я, розпочніть виконання завдань;

3.) Виконуючи завдання практичної роботи, будьте уважними, дотримуйтесь усіх вказівок та інструкцій;

4.) Після правильного виконання роботи з’явиться ваша оцінка та рівень знань;

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ

Посилання на практичну роботу: https://naurok.com.ua/test/start/1301281

QR-код:

Літак з конструктивної точки зору є досить складною машиною, адже він складається з багатьох елементів, які повинні забезпечувати міцність та надійність його конструкції, безпеку польоту, бездоганне управління та виконувати повний перелік потреб і завдань, що поставлені перед ним. Основним несучим елементом конструкції ПК є фюзеляж.

Фюзеляж - корпус літального апарата, всередині якого розміщується кабіна екіпажу, пасажирський салон або вантажний відсік, різноманітне обладнання.

Фюзеляж з’єднує між собою крило, оперення, інколи шасі та силову установку (двигуни). Основними елементами фюзеляжу є каркас та обшивка. У більшості літальних апаратів каркас складається з поздовжніх (лонжерон, стрингер) та поперечних (нервюра, шпангоут) елементів. Обшивка літака надає йому обтічної форми, забезпечує герметичність конструкції та частково сприймає зовнішні та внутрішні навантаження на ПК.

Головний обті чник

рис. 2.1

Кабіна екіпажу – місце переважно у носовій частині ПК, звідки екіпаж здійснює керування повітряним судном.

Центроплан – центральна частина крила, що з’єднує обидві його площини.

Крило літака – елемент конструкції ПК, несиметрично-обтічний профіль, що створює підіймальну силу та бере безпосередню участь у керуванні повітряним судном. Досить часто у крилі розміщують паливні баки.

Кіль – вертикальна площина з прикріпленими до неї поворотними кермами, яка розміщується у хвостовій частині літака

ПЕРЕВІР СЕБЕ!

1. Які основні елементи складають конструкцію літака?

2. Для чого призначений головний обтічник, з яких матеріалів він виготовляється?

3. Які основні завдання крила літака?

Каркас літака складається з поздовжніх та поперечних елементів, з’єднаних між собою. До каркасу кріпиться обшивка. Разом всі ці елементи утворюють фюзеляж літака.

Конструктивні схеми фюзеляжів різних типів (фермовий і балковий):1 і 3 — лонжерони; 2 — стійки; 4 — розкоси; 5 — розчалки; 6 — розпірка; 7 — стрингери; 8 — шпангоути; 9 — обшивка;

Лонжерон – основний силовий елемент конструкції літака, поздовжній брус в крилі, хвостовому оперенні або корпусі літака, що надає йому міцності.

Шпангоут - поперечний кривий (кільцеподібний) брус у корпусі літака, який забезпечує міцність і стійкість його обшивки та зберігає форму.

рис. 3.2

Конструкція крила літака: 1 — нервюри; 2 — лонжерон; 3 — обшивка; 4 — кінцевий обтічник; 5 — вузли навіски елерона; 6 — елерон; 7 — стрингери; 8 — лонжерон; 9 — вузли стикування;

Нервюра – поперечний силовий виступаючий профільований елемент конструкції крила літака, що забезпечує його високу міцність та надійність.

Стрингер – поздовжнє ребро корпусу літака (у вигляді особливо міцної балки або спеціальної металевої конструкції), що проходить через весь корпус і надає йому міцності й жорсткості.

1. Назвіть елементи конструкції фюзеляжу літака.

2. Назвіть елементи конструкції крила літака.

3. Дайте визначення поняттю «лонжерон».

4. Дайте визначення поняттю «нервюра».

ПРАКТИЧНА РОБОТА №2.

Тема: Будова літака.

Мета: узагальнити пройдений матеріал параграфів §2 і §3, закріпити набуті …… навички та знання.

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

1.) Для доступу до практичної роботи перейдіть за посиланням або скануйте QR-код;

2.) Впишіть свої прізвище та ім’я, розпочніть виконання завдань;

3.) Виконуючи завдання практичної роботи, будьте уважними, дотримуйтесь усіх вказівок та інструкцій;

4.) Після правильного виконання роботи з’явиться ваша оцінка та рівень знань;

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ

Посилання на практичну роботу: https://naurok.com.ua/test/start/1306469

QR-код:

Шасі літака – технічний пристрій, елемент конструкції ПК, що забезпечує його мобільність та маневреність, в тому числі зліт, посадку та пересування земною поверхнею.

За типом шасі літаки поділяють на:

• сухопутні: колісні, лижні, гусеничні;

• гідролітаки: човникові, поплавкові;

• літак-амфібія;

Тип шасі	Призначення
Колісні	Призначенні для забезпечення мобільності та маневреності літака на відносно твердих ділянках земної поверхні
Лижні	Призначені для забезпечення мобільності та маневреності літака на засніжених ділянках земної поверхні
Гусеничні	Призначені для забезпечення мобільності та маневреності літака в умовах відносно низької прохідності та на перезволожених ділянках земної поверхні
Човникові та поплавкові	Призначені для забезпечення мобільності та маневреності літака на ділянках водної поверхні

Водночас колісний тип шасі поділяється на:

• колісні шасі з передньою опорою;

• колісні шасі з хвостовою опорою;

• колісні шасі велосипедного типу;

1. Як класифікують літаки за типом шасі?

2. Яке призначення лижних, поплавкових та гусеничних шасі?

3. На які види поділяється колісний тип шасі?

Стрілоподібність крила літака – особливість форми крила, що полягає у відхиленні його передньої кромки від перпендикуляра до площини симетрії літака. Позитивною стрілоподібністю вважається відхилення крила в напрямку хвоста, негативною – в напрямку носа літака.

Чим більша стрілоподібність крила, тим менша складова швидкості набігаючого потоку в напрямку, перпендикулярному до крила, що дозволяє знизити хвильовий опір на надзвукових і великих дозвукових швидкостях. Розрізняють пряму і зворотну стрілоподібності крила (в залежності від відхилення крила вперед чи назад відносно фюзеляжу).

Пряме крило Стрілоподібне крило

рис. 5.1

Пряме крило – крило, що не має жодних ознак стрілоподібності.

Крило зворотної стрілоподібності – це крило з негативною стрілоподібністю.

Для забезпечення потрібних аеродинамічних характеристик в широкому діапазоні польотних режимів літак може бути обладнаний крилом змінної стрілоподібності.

Крило змінної стрілоподібності – це крило, що здатне змінювати кут відхилення від перпендикуляра до площини симетрії літака у напрямку до хвоста, а потім повернутись у початкове положення.

ПЕРЕВІР СЕБЕ!

1. Дайте визначення поняттю «стрілоподібність крила». Які переваги такого крила?

2. Дайте визначення поняттю «пряме крило».

3. Дайте визначення поняттю «крило зворотної стрілоподібності». Назвіть приклади літаків з даною конфігурацією крила.

4. Яке призначення має крило змінної стрілоподібності?

Двигун – це машина, що перетворює різні види енергії на механічну.

Основним завданням двигуна літальних апаратів є утворення тяги.

Тяга – рушійна сила, яка створюється за допомогою будь-якої з видів енергії (електричної, парової, реактивної і т.д.).

Тяга є найважливішим критерієм для визначення швидкопідйомності літака (як швидко він може набирати висоту). Вертикальна швидкість набору висоти залежить не від величини підіймальної сили, а від того, який запас тяги має літак. Детальніше з цим ви ознайомитесь при вивченні аеродинаміки та фізики польоту літака.

Існує досить багато різних видів авіаційних двигунів, їх головними відмінностями є вид палива, що споживається у ході роботи двигуна та, власне, конструктивні особливості самої силової установки.

Основні типи авіаційних двигунів:

• поршневий;

• турбогвинтовий;

• турбореактивний;

• турбовентиляторний;

• електричний;

Поршневий двигун (ПД) – це двигун внутрішнього згоряння, у якому теплова енергія, що виділяється при згорянні стиснутої паливо-повітряної суміші перетворюється на механічну енергію руху поршня у циліндрі.

Авіаційний поршневий двигун має аналогічні будову та принцип роботи до автомобільного двигуна внутрішнього згоряння. Процес перетворення енергії у ньому здійснюється відповідно до чотирьох тактів: 1 – Впуск (поршень рухається вниз, тим самим через відкритий впускний клапан до циліндра надходить паливо і повітря); 2 – Стискання (клапани впуску і випуску закриті, поршень рухається уверх, стискаючи паливо-повітряну суміш); 3 – Робочий хід (у момент, коли поршень наближається до верхньої точки циліндра, система запалювання подає іскру. Стиснута паливо-повітряна суміш запалюється і, миттєво розширюючись, вивільняє енергію, яка штовхає поршень униз; поршень надає руху колінчастому валові який, у свою чергу, передає цю енергію на повітряний гвинт); 4 – Випуск (у момент, коли поршень досягає нижньої точки циліндра відкривається випускний клапан, після цього поршень знову рухається угору і виштовхує продукти згоряння з циліндра);

Впуск Стиснення Робочий хід Випуск

рис. 6.1.

Турбогвинтовий двигун (ТГД) – тип газотурбінного двигуна, в якому основна частина енергії гарячих газів використовується для приводу гвинта через понижуючий частоту обертів редуктор, і лише невелика частина енергії складає вихлоп реактивної тяги.

Будова турбогвинтового двигуна досить проста. Він складається із гвинта з редуктором, компресора, камери згоряння, турбіни і вихідного елемента – сопла. Компресор нагнітає і стискає повітря, направляючи його в камеру згоряння, куди впорскується паливо. Горюча суміш, отримана у ході змішування повітря з паливом, запалюється, утворюючи гази з високою потенційною енергією, які, розширюючись, надходять на лопаті турбіни, обертаючи її, а сама турбіна обертає гвинт и компресор.

Енергія, не витрачена на обертання турбіни, виходить у вигляді потоку повітря через сопло, утворюючи реактивну тягу, величина якої не більше 10% від загальної тяги мотора. Оскільки вона незначна за своєю величиною, ТГД не рахується реактивним.

рис. 6.2

Турбореактивний двигун (ТРД) – це тепловий двигун, в якому використовується газова турбіна, а реактивна тяга утворюється при витіканні продуктів згоряння з реактивного сопла.

Принцип роботи ТРД можна пояснити так: компресор стискає повітря до необхідних величин, після чого повітря надходить в камеру згоряння, де нагрівається до необхідної температури за рахунок згоряння палива і далі отриманий газ надходить на турбіну, де віддає частину енергії обертаючи її (а вона, у свою чергу компресор), а друга частина при подальшому розгоні газу в реактивному соплі перетворюється в імпульс тяги, яка і штовхає літак вперед.

Турбовентиляторний двигун (ТВД) – це турбореактивний двоконтурний двигун з високим (вище 2) ступенем двоконтурності, вдосконалена версія турбореактивного двигуна.

Основною відмінністю такого типу двигуна від турбореактивного є те, що компресор низького тиску перетворюється в вентилятор, який відрізняється від компресора меншим числом ступенів і великим діаметром, і гарячий струмінь практично не змішується з холодним. При чому загальний принцип роботи ТВД фактично не відрізняється від принципу роботи ТРД.

Електричний двигун (електродвигун, електрорушій, електромотор) – це машина для перетворення електричної енергії на механічну.

рис. 6.4

В основі дії будь-якого електродвигуна закладений принцип електромагнітної індукції. Основне призначення електродвигуна полягає в перетворенні електричної енергії в механічну.

Таке перетворення здійснюється за допомогою взаємодії двох головних частин електромотора - статора (нерухомої частини) і ротора (рухома частина).

Після подачі живлення утворюване в статорі магнітне поле впливає на ротор, в результаті чого останній починає обертатися, звідки і створюється крутний момент.

Для зручності інженерів, спеціалістів чи персоналу, що здійснює технічний огляд або ремонт двигуна, було запроваджено єдину систему їх нумерації. Так, нумерація двигунів завжди починається з крайнього, зі сторони, де розміщене крісло командира повітряного судна. Для зручності, приклад нумерації двигунів наведено на рис. 6.5.

рис. 6.5.

1. Дайте визначення поняттю «тяга».

2. Які існують типи авіаційних двигунів?

3. Опишіть принцип роботи поршневого двигуна.

4. Опишіть принцип роботи турбогвинтового двигуна.

5. Опишіть принцип роботи турбореактивного двигуна.

6. Опишіть принцип роботи турбовентиляторного двигуна.

7. Опишіть принцип роботи електричного двигуна.

Літак – досить складна машина, яка складається з безлічі різних компонентів та пристроїв, які, у свою чергу, об’єднані в певні системи, що забезпечують виконання літаком всіх необхідних функцій. Для централізованого управління польотом, контролю та відображення інформації про роботу всіх систем кабіну екіпажу літального апарату обладнано численними датчиками, електронними пристроями, індикаторами та вимірювальними приладами (авіонікою).

Авіоніка (авіаційна електроніка) – це сукупна назва усіх бортових електроннообчислювальних систем літального апарату, що призначені для відображення даних про польотну ситуацію та управління різними пристроями і системами літака.

Системи, що забезпечують керування літаком:

• система зв'язку;

• система навігації;

• система індикації;

• система управління польотом;

• система попередження зіткнень;

• система метеоспостереження;

• система керування літаком;

• система реєстрації параметрів польоту контролю, або бортові самописці (чорні скриньки

(засоби

));

об'єктивного

На приладовій панелі може міститися досить багато обладнання, але з них у авіації виділяють 6 основних приладів (рис.7.2)

1. – Покажчик швидкості

2. – Авіагоризонт

3. – Висотомір

4. – Покажчик повороту і

….ковзання

5. – Покажчик курсу

6. – Варіометр

рис. 7.2

Авіагоризонт – це гіроскопічний пілотажний прилад, що призначений для визначення положення та кута нахилу літака відносно лінії горизонту.

Висотомір (альтиметр) – це бортовий прилад, що призначений для вимірювання висоти польоту повітряного судна.

Покажчик повороту і ковзання – це бортовий прилад, що визначає кут повороту літака відносно вертикальної осі, кут крену та кут ковзання відносно поздовжньої осі.

Покажчик курсу – це гіроскопічний бортовий прилад, що призначений для визначення курсу літака. Покажчик курсу відрізняється від магнітного компаса тим, що результати його вимірювань жодним чином не залежать від магнітного полюса Землі.

Покажчик вертикальної швидкості (варіометр) – це пілотажний прилад, що призначений для вимірювання вертикальної швидкості, або, іншими словами, швидкість набору чи зменшення висоти польоту.

На більшості літаків малої та військової авіації, а також на лайнерах минулих поколінь встановлено аналогове обладнання.

Сучасні ж авіалайнери все частіше обладнують цифровими (дискретними) електронно-обчислювальними приладами, інформація від яких відображається на дисплеях. На одному дисплеї може відображатися інформація одразу про кілька різних видів даних, в тому числі про висоту польоту, швидкість, положення літака у просторі, рівень палива у баках та ін. Саме тому нерідко морально і технічно застаріле аналогове електронно-обчислювальне обладнання навіть на відносно старих літаках замінюють новим, цифровим.

ПЕРЕВІР СЕБЕ!

1. Дайте визначення поняттю «авіоніка»?

2. У чому переваги цифрового електронно-обчислювального обладнання над аналоговим?

Світлотехнічне обладнання літака – це система внутрішніх та зовнішніх бортових освітлювальних приладів.

Тип світлотехнічного обладнання

Призначення

Зовнішнє світлотехнічне обладнання

Призначене для роботи в складних метеорологічних умовах польоту, для нічних польотів, для розпізнавання положення літака у просторі іншими учасниками повітряного руху, для систем зовнішньої сигналізації та для експлуатації повітряного судна на землі

Внутрішнє світлотехнічне обладнання

Призначене для освітлення пасажирського салону (вантажного відсіку) та кабіни екіпажу літального апарату, для систем внутрішнього

сповіщення та сигналізації

Аеронавігаційні вогні – це зовнішнє світлотехнічне обладнання літака, система світлотехнічних приладів, що призначена для розпізнавання положення літака у просторі іншими учасниками повітряного руху.

рис. 8.2

ПЕРЕВІР СЕБЕ!

1. Дайте визначення поняттю «світлотехнічне обладнання літака».

2. Яке призначення зовнішнього світлотехнічного обладнання?

3. Яке призначення внутрішнього світлотехнічного обладнання?

4. Яку функцію виконують аеронавігаційні вогні?

5. Назвіть елементи системи аеронавігаційних вогнів.

ПРАКТИЧНА РОБОТА №3.

Тема: Світлотехнічне обладнання літака.

Мета: узагальнити пройдений матеріал параграфа §8, закріпити набуті …… ………навички та знання.

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

1.) Для доступу до практичної роботи перейдіть за посиланням або скануйте QR-код;

2.) Впишіть свої прізвище та ім’я, розпочніть виконання завдань;

3.) Виконуючи завдання практичної роботи, будьте уважними, дотримуйтесь усіх вказівок та інструкцій;

4.) Після правильного виконання роботи з’явиться ваша оцінка та рівень знань;

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ

Посилання на практичну роботу: https://naurok.com.ua/test/start/1306472

QR-код:

Аеродинаміка – це наука, що вивчає закони руху повітря і сили, що виникають на поверхні тіл, відносно яких відбувається цей рух.

Особливий внесок у розвиток аеродинаміки як науки зробив видатний російський вчений, професор М.Є. Жуковський. Він розробив теорію утворення підіймальної сили крила та вихрову теорію повітряних гвинтів.

Експериментальні дослідження аеродинамічних властивостей тіл проводять у аеродинамічній трубі.

Аеродинаміка складає основу теорії авіації. Відмінною властивістю газу від рідини є поняття його стисливості, тобто здатності змінювати свій об’єм залежно від тиску і температури.

Основні фізичні властивості повітря:

• інертність;

• в’язкість;

• стисливість;

• теплоємність;

Основні параметри повітря:

• тиск;

• густина;

• температура;

З точки зору молекулярної фізики повітря – це хаотичний рух молекул. Фундаментальними у теоретичній аеродинаміці є закон Бернуллі та рівняння неперервності потоку.

Закон Бернуллі говорить:

В тих ділянках течії рідини або газу, де швидкість більше, тиск менше, і навпаки, зі збільшенням тиску рідини, що протікає в трубі, швидкість її руху зменшується. Тобто, де більше швидкість (v), там менше тиск (p).

рис. 9.2

Звідси випливає рівняння неперервності потоку:

1. Що вивчає аеродинаміка?

2. Назвіть основні фізичні властивості повітря.

3. Назвіть основні параметри повітря?

4. Про що говорить закон Бернуллі?

Аеродинаміка великих швидкостей – це розділ аеродинаміки, який вивчає рух тіл при швидкостях, близьких до швидкості поширення звуку.

Звук являє собою фізичний процес розповсюдження малих збурень середовища, зумовлений коливальним рухом окремих частинок. Процес розповсюдження малих збурень має хвильову природу. Швидкість поширення таких хвиль називають швидкістю звуку.

Швидкості поширення звуку в різних середовищах
Речовина	Швидкість звуку, м/с
Повітря (при 20°С)	343,1
Вода	1 483
Водень	1 284
Гума	1800
Дерево	3320
Залізо	5850
Морська вода	1530

Під час польоту літак збурює навколо себе повітря і створює шум та хвилі тиску, що поширюються всебічно зі швидкістю звуку. Коли швидкість літака досягне швидкості поширення звуку, звук уже не зможе випередити його. Звукові хвилі створюють перед літаком шар повітря з великою густиною, який називають ударною хвилею. При швидкостях польоту, близьких до швидкості поширення звуку, відбувається різке збільшення опору повітря, і змінюються характеристики стійкості літака. При надзвукових швидкостях літак залишає за собою шлейф ударних хвиль. Коли фронт цих хвиль, що являє собою щільно стиснутий шар повітря, досягає землі, він сприймається як гучний, глухий вибух (звуковий удар).

Причина виникнення ефекту Прандтля-Глоерта полягає в тому, що літак, який летить на високій швидкості, створює область підвищеного тиску повітря перед собою і область зниженого тиску позаду. Після прольоту літака область зниженого тиску починає заповнюватися навколишнім повітрям. Якщо вологість повітря досить велика, то температура може знизитися до значення, нижчого за точку роси. Тоді водяна пара у потоці повітря конденсується у вигляді дрібних крапельок, які утворюють невелику хмару.

Число Маха (М) – це одиниця швидкості, рівна відношенню швидкості об'єкта до швидкості звуку в повітрі; при темп. 15ºС і тиску 1013,25 гПа (стандартна атмосфера) на рівні моря. 1 М відповідає швидкості 340 м/с = 1224 км/год; використовується в авіації. Число Маха є критерієм стисливості повітря.

де V = швидкість об’єкта в м/с, a = швидкість звуку в м/с.

Практично всі сучасні лайнери мають польотні обмеження по числу Маха для забезпечення сталого управління. Пілот при керуванні літаком стежить за тим, щоб це обмеження не було перевищено.

Таким чином число М - це не швидкість в чистому вигляді, але, тим не менш, важливий параметр, що дозволяє екіпажу правильно оцінювати умови польоту і здійснювати безпечне і точне управління літальним апаратом.

Для отримання інформації про кількість Маха практично всі сучасні швидкісні літаки мають в кабіні екіпажу покажчик числа М. В просторіччі його іноді називають махметром. У більшості випадків це стрілочний покажчик за типом покажчика швидкості. Такі прилади можуть видавати або тільки значення числа Маха, або можуть бути об'єднані (скомбіновані) з покажчиком швидкості, істинної або приладової.

ПЕРЕВІР СЕБЕ!

1. Що вивчає аеродинаміка великих швидкостей?

2. Поясніть природу виникнення ефекту Прандтля-Глоерта.

3. Що характеризує число Маха?

У ході польоту на літак діють чотири сили: сила тяжіння, підіймальна сила, сила тяги та сила лобового опору. В стійкому горизонтальному польоті всі сили, що діють на літак, врівноважені, тобто, за першим законом Ньютона, рівнодійна цих сил дорівнює нулю (∑ F = 0). В такому положенні літак здійснює політ з постійною швидкістю (ῡ = const) та не змінює висоту польоту (h = const).

Просторова орієнтація літака задається відносно трьох осей:

- поздовжня вісь (вісь крену);

- поперечна вісь (вісь тангажу);

- вертикальна вісь (вісь рискання);

рис. 11.1

У ході польоту ПК змінює своє просторове розміщення і траєкторію. Для зміни траєкторії літакові потрібно спрямовувати свої аеродинамічні сили в різні сторони. Такою функцією наділені управляючі аеродинамічні поверхні крила та стабілізаторів літака. Принцип їх роботи полягає у тому, щоб за командою пілота створити нескомпенсовану силу, яка, в свою чергу, викличе виникнення обертального моменту на одній з осей просторової орієнтації ПК.

За обертання по осі крену відповідає елерон, що розташовується по обидві сторони крила, котрий разом з закрилками, передкрилками та інтерцепторами є одним з елементів механізації крила літака. Відхиляючись вниз елерон провокує збільшення підйомної сили на одній з площин крила, таким чином площина крила літака, на якій розташований даний елерон, підіймається уверх і зумовлює нахил літака у протилежну сторону.

За обертання літака по осі тангажу відповідає кермо висоти, яке являє собою фрагменти, що відхиляються вниз та вгору, розміщені переважно на горизонтальному стабілізаторі хвостового оперення літака . Для набору висоти пілот тягне ручку штурвалу на себе, для зниження – від себе. Через систему керування ця взаємодія передається до керма висоти.

Для обертання по осі рискання використовується кермо напрямку, яке розміщено на вертикальному стабілізаторі хвостового оперення літака. Управління кермом напрямку здійснюється пілотом за допомогою педалей.

Горизонтальний стабілізатор

рис. 11.2

1. Які сили діють на літак у ході польоту?

2. Відносно яких осей задається просторове положення літака?

3. Які аеродинамічні поверхні стабілізаторів та крила літака відповідають за спрямування сил у певному напрямку для управління ПК?

З давніх-давен люди задумувалися над тим, як важчим за повітря птахам вдається планувати у небі? І чи може людина скористатися цим принципом у власних цілях? Першим на ці питання спробував дати відповідь італійський вчений, художник та винахідник Леонардо да Вінчі. Під час власних спостережень за польотом птаха він припустив, що змахами крила птах «стискає» повітря, що і зумовлює утворення сили виштовхування - підіймальної сили.

Підіймальна сила – складова аеродинамічної сили, перпендикулярна до вектора швидкості руху тіла в потоці рідини або газу. Підіймальна сила крила утворюється різницею тисків під крилом і над крилом.

Завдяки особливій обтічній формі крила над ним утворюється зона низького тиску, а під ним – зона високого тиску. Логічно уявити, що така різниця тисків зумовить рух тіла у напрямку з зони високого до зони низького тиску, тобто ці два тиски намагаються взаємно компенсувати один одного. Це і пояснює виникнення підіймальної сили крила (рис. 12.1).

рис. 12.1

Механізація крила – це сукупність рухомих горизонтальних площин, розміщених на задній та (або) передній частині крила, призначена для керування положенням літака та зміни його аеродинамічних характеристик.

рис 12.2

Елерон – це аеродинамічний орган керування, горизонтальна площина, розміщена симетрично на задніх кромках консолей крила, яка відхиляється вгору і вниз та призначена для керування положенням літака по осі крену.

Закрилки – це аеродинамічні органи керування, горизонтальні площини, розміщені на задній кромці крила, що змінюють його форму і площу, призначені для поліпшення несучої здатності крила під час зльоту, набору висоти, зниження і посадки, а також при польоті на відносно малих швидкостях.

Передкрилки – це аеродинамічні органи керування, горизонтальні площини, розміщені на передній кромці крила, призначені для збільшення допустимого кута атаки.

Інтерцептор – це аеродинамічний орган керування, горизонтальна площина, розміщена на поверхні крила, що призначена для збільшення аеродинамічного опору та зменшення підйомної сили.

Для покращення аеродинамічних властивостей набігаючого повітряного потоку на відносно низьких швидкостях польоту, на сучасних літаках встановлюють спеціальні профільовані елементи, що збурюють цей потік. Прикладами таких елементів є турбулізатори й вортилони.

Турбулізатор (завихрювач) – це фіксований профільований елемент, призначений для покращення аеродинамічних якостей літака на відносно низьких швидкостях польоту. Встановлюється на поверхнях, що інтенсивно обтікаються повітряним потоком (крило, кіль, і т.д.)

Вортилон – це профільований елемент, призначений для покращення аеродинамічних якостей крила літака на відносно низьких швидкостях польоту. Вортилони розміщуються симетрично, під обома консолями крила.

1. Яким чином утворюється підіймальна сила крила?

2. Які функції виконує механізація крила?

3. Які функції виконує елерон?

4. Для чого призначені закрилки?

5. Для чого призначені передкрилки?

6. Які функції виконують інтерцептори?

7. Які аеродинамічні елементи називають турбулізаторами та вортилонами, у чому полягає їх функція?

ПРАКТИЧНА РОБОТА №4.

Тема: Основи аеродинаміки та фізики польоту літака.

Мета: узагальнити пройдений матеріал параграфа §12, закріпити набуті …… ………навички та знання.

ВКАЗІВКИ ДО РОБОТИ

1.) Для доступу до практичної роботи перейдіть за посиланням або скануйте QR-код;

2.) Впишіть свої прізвище та ім’я, розпочніть виконання завдань;

3.) Виконуючи завдання практичної роботи, будьте уважними, дотримуйтесь усіх вказівок та інструкцій;

4.) Після правильного виконання роботи з’явиться ваша оцінка та рівень знань;

ДОДАТКОВА ІНФОРМАЦІЯ

Посилання на практичну роботу: https://naurok.com.ua/test/start/1318395

QR-код:

СЛОВНИК АВІАЦІЙНИХ ТЕРМІНІВ

Головний обтічник – передня частина літака, що забезпечує найменший аеродинамічний опір та призначена для розміщення у ній необхідного радіолокаційного обладнання.

Двигун – це машина, що перетворює різні види енергії на механічну.

Елерон – це аеродинамічний орган керування, горизонтальна площина, розміщена симетрично на задніх кромках консолей крила, яка відхиляється вгору і вниз та призначена для керування положенням літака по осі крену.

Закрилки – це аеродинамічні органи керування, горизонтальні площини, розміщені на задній кромці крила, що відхиляються вгору та вниз, призначені для поліпшення несучої здатності крила під час зльоту, набору висоти, зниження і посадки, а також при польоті на відносно малих швидкостях.

Кабіна екіпажу – місце переважно у носовій частині ПК, звідки екіпаж здійснює керування повітряним судном.

Кіль – вертикальна площина з прикріпленими до неї поворотними кермами, яка розміщується у хвостовій частині літака.

Крило зворотної стрілоподібності – це крило з негативною стрілоподібністю.

Літак (повітряне судно ПС, повітряний корабель ПК) – це літальний апарат, важчий за повітря, призначений для польотів в атмосфері. Здатен переміщуватися з високою швидкістю завдяки силовим установкам (двигунам) та підіймальній силі крила.

Лонжерон – основний силовий елемент конструкції літака, поздовжній брус в крилі, хвостовому оперенні або корпусі літака, що надає йому міцності.

Механізація крила – це сукупність рухомих горизонтальних площин, розміщених на задній та (або) передній частині крила, призначена для керування положенням літака та зміни його аеродинамічних характеристик.

Поршневий двигун (ПД) – це двигун внутрішнього згоряння, у якому теплова енергія, що виділяється при згорянні стиснутої паливо-повітряної суміші перетворюється на механічну енергію руху поршня у циліндрі.

Пряме крило – крило, що не має жодних ознак стрілоподібності.

Світлотехнічне обладнання літака – це система внутрішніх та зовнішніх бортових освітлювальних приладів.

Турбовентиляторний двигун (ТВД) – це турбореактивний двоконтурний двигун з високим (вище 2) ступенем двоконтурності, вдосконалена версія турбореактивного двигуна.

Тяга – рушійна сила, яка створюється за допомогою будь-якої з видів енергії (електричної, парової, реактивної і т.д.).

Фюзеляж – корпус літального апарата, всередині якого розміщується кабіна екіпажу, пасажирський салон або вантажний відсік, різноманітне обладнання.

Центроплан – центральна частина крила, що з’єднує обидві його площини.

Число Маха (М) – це одиниця швидкості, рівна відношенню швидкості об'єкта до швидкості звуку в повітрі; при темп. 15ºС і тиску 1013 гПа (стандартна атмосфера) на рівні моря. 1 М відповідає швидкості 340 м/с = 1224 км/год; використовується в авіації. Число Маха є критерієм стисливості повітря.

Шпангоут – поперечний кривий (кільцеподібний) брус у корпусі літака, який забезпечує міцність і стійкість його обшивки та зберігає форму.

Навчальне видання

ДОВГАЛЮК Андрій Сергійович

Основи авіабудування та теорії авіації

Навчальний посібник для студентів

молодших курсів навчальних закладів авіаційного спрямування

Розповсюджувати та тиражувати без офіційного дозволу автора заборонено

Автор А.С. Довгалюк

Редакторка І.М. Вензовська

У підручнику використано ілюстрації з вільних джерел

Підписано до друку 19.02.2022

Видавець і виготовлювач ТОВ «Франко Пак» вул. Північно-Сирецька, 1-3, Київ -151, 04136

Свідоцтво суб’єкта видавничої діяльності

ДК № 4943 від 23.07.2015 р.

pdf

Завантажити

Зберегти на потім

Додав(-ла)

Довгалюк Андрій Сергійович

Пов’язані теми

Позашкільна освіта, Матеріали до уроків

Додано

21 лютого 2022

Переглядів

5592

Оцінка розробки

Відгуки відсутні