АЭРОДИНАМИКА

АЭРОДИНАМИКА раздел
гидроаэромеханики, в к-ром изучаются законы движения воздуха и силы, возникающие
на поверхности тел, относительно к-рых происходит его движение. В А. рассматривают
движение с дозвуковыми скоростями, т. е. до 340 м/сек (1200 км/ч).

Одна из осн. задач А.- обеспечить
проектные разработки летат. аппаратов методами расчёта действующих на них
аэродинамич. сил. В процессе проектирования самолёта (вертолёта и т. п.)
для определения его лётных свойств производят т. н. аэродинамич. расчёт,
в результате к-рого находят максимальную, крейсерскую и посадочную скорости
полёта, скорость набора высоты (скороподъёмность) и наибольшую высоту полёта
("потолок"),
дальность полёта, полезную нагрузку и т. д.

Спец. раздел А.- аэродинамика
самолёта - занимается разработкой методов аэродинамич. расчёта и определением
аэродинамических сил и моментов, действующих на самолёт в целом и на его
части - крыло, фюзеляж, оперение и т. д. К А. самолёта относят обычно и
расчёт устойчивости и балансировки самолёта, а также теорию воздушных винтов.
Вопросы, связанные с изменяющимся нестационарным режимом движения летат.
аппаратов, рассматриваются в спец. разделе - динамика полёта.

Как самостоят. наука А. возникла
в нач. 20 в. в связи с потребностями авиации. Рождавшаяся авиация требовала
разработки теории и создания методов расчёта подъёмной силы крыла, аэродинамического
сопротивления самолёта и его деталей, тяговой силы возд. винта. Одно из
первых в мировой науке теоретич. исследований этих вопросов содержится
в работах рус. учёных К. Э. Циолковского "К вопросу о летании посредством
крыльев" (1891) и Н. Е. Жуковского "К теории летания" (1891). Теория, позволяющая
рассчитать подъёмную силу крыла бесконечного размаха, была разработана
в нач. 20 в. в России Н. Е. Жуковским и С. А. Чаплыгиным, в Германии В.
Куттой и в Англии Ф. Ланчестером. В 1912 появились работы Н. Е. Жуковского,
излагающие вихревую теорию возд. винта. Разработанная Н. Е. Жуковским и
С. А. Чаплыгиным теория решёток, состоящих из крыльевых профилей, дала
возможность учесть взаимное влияние лопастей винта и явилась основой для
расчёта колёс и направляющих решёток турбомашин. Первой работой по динамике
полёта следует считать мемуар Н. Е. Жуковского "О парении птиц" (1892),в
к-ром дано теоретич. обоснование "мёртвой петли", впервые осуществлённой
рус. лётчиком П. Н. Нестеровым в 1913.

Одновременно с разработкой
теории полёта для получения численных значений аэродинамич. характеристик
создаются спец. аэродинамич. лаборатории, стйвшие базой эксперимент. А.,
создателями к-рой можно считать Н. Е. Жуковского, франц. учёного Ж. Эйфеля
и нем. учёного Л. Прандтля. В 1902 Н. Е. Жуковский основал аэродинамич.
лабораторию МГУ, а в 1904 аэродинамич. ин-т в Кучине. В 1909 была создана
аэродинамич. лаборатория Ж. Эйфелем в Париже и неск. позднее Л. Прандтлем
в Гёт-тингене. По предложению Н. Е. Жуковского в 1918 был создан Центральный
аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), к-рый и в наст. время является одним
из крупнейших в мире центров аэродинамич. исследований.

В развитие А., кроме Н. Е.
Жуковского и С. А. Чаплыгина, большой вклад внесли советские учёные В.
П. Ветчин-кин, А. А. Дородницын, М. В. Келдыш, М. А. Лаврентьев, Г. И.
Петров, Л. И. Седов, А. Н. Туполев, С. А. Христиано-вич, Б. Н. Юрьев и
др., нем. учёные Л. Прандтль, Г. Шлихтинг, А. Буземан, англ. учёные Г.
Глауэрт, Ф. Ланчестер, А. Фейдж, амер. учёные Т. Карман, X. Драйден, X.
Тейлор и мн. др.

В соответствии с методами
решения возникающих задач А. делится на теоретическую и экспериментальную.
Первая ищет решение путём теоретич. анализа осн. законов гидроаэромеханики,
сформулированных в форме уравнений Л. Эйлером, Ж. Лагранжем, М. Навье,
Г. Сток-сом и др. Решение (интегрирование) этих уравнений для большинства
практически важных задач даже в наше время возможно только при допущении,
что вязкость воздуха равна нулю (замена воздуха "идеальным" газом). Однако
решение упрощённых таким образом уравнений даёт результаты, противоречащие
опыту. Напр., сила аэродинамич. сопротивления шара оказывается равной нулю
(Д'Алам-бера - Эйлера парадокс). Возникшее противоречие в известной степени
было разрешено Л. Прандтлем, предложившим разделить пространство, в к-ром
наблюдаются возмущения, вызванные движущимся телом, на две области: область,
близкую к поверхности тела, где существенно влияние вязкости, т. н. пограничный
слой, и область вне пограничного слоя, где воздух можно рассматривать как
идеальный газ.

Гипотеза Прандтля и разработанные
им уравнения движения газа в пограничном слое (1904) в дальнейшем были
развиты в работах мн. учёных, в т. ч. советских (Л. Г. Лойцянский, А. А.
Дородницын и др.), и дали возможность получить решение большого числа задач.
Предложенная схема не полностью соответствует реально существующим течениям;
кроме того, разработанные методы не позволяют теоретически рассчитать течение
в случае турбулентного пограничного слоя и для тел сложной формы. В этих
случаях приходится применять эмпирич. методы<, разрабатываемые на
основе эксперимент. изучения моделей рассматриваемого течения. При помощи
анализа осн. законов течения воздуха теоретич. А. разработаны вопросы подобия
теории и моделирования, к-рые позволяют определить аэродинамич. силы, действующие
на летат. аппарат, в результате испытания маломасштабной модели этого аппарата.
Теория моделирования позволяет также определить и условия, в к-рых должна
испытываться модель. Этот раздел теоретич. А. является основой эксперимент.
А., гл. задача к-рой состоит в получении численных значений аэродинамич.
сил, действующих на аппарат, путём испытания модели на спец. установках.
В эксперимент. А. широко пользуются законом обращения движения, в соответствии
с к-рым сила, действующая на тело, движущееся со скоростью v, равна силе,
действующей на то же тело, закреплённое неподвижно и обдуваемое воздушным
потоком с той же скоростью v.

Установки, на к-рых исследуют
силы и моменты, действующие на неподвижно закреплённую модель - аэродинамические
трубы, являются осн. частью эксперимент. базы аэродинамич. лабораторий.
Методы аэродинамических измерений позволяют детально исследовать силы,
действующие на модель, а также распределение значений скорости, плотности
и темп-ры воздуха перед моделью и за ней.

При увеличении скорости полёта
и приближении её к скорости звука необходимо учитывать сжимаемость среды.
Сверхзвуковой полёт тела характеризуется рядом особенностей: возникают
ударные волны, увеличивающие аэродинамич. сопротивление, летящее тело нагревается
от трения о воздух и в результате излучения газа за ударной волной; при
полёте с большой сверхзвуковой скоростью происходят диссоциация и ионизация
газа в ударных волнах. Все эти вопросы, связанные с движением тел со скоростью,
превышающей скорость звука, обычно относят к разделу гидроаэромеханики,
наз. газовой динамикой.

Широкая область неавиационных
приложений А. входит в науку, наз. п р ом ы ш л е н н о й а э р о д и н
а м ик о й. В ней рассматриваются вопросы, связанные с расчётом воздуходувок,
ветровых двигателей, струйных аппаратов (эжекторов), вентиляционной техники
(в частности, кондиционирования воздуха), а также вопросы, связанные с
аэродинамич. силами, возникающими при движении наземного транспорта (автомобилей,
поездов), и ветровыми нагрузками на здания и сооружения.

В СССР, кроме ЦАГИ, большая
научно-исследовательская работа в области А. ведётся в ЦИАМе, в н.-и. ин-тах
АН СССР, в отраслевых н.-и. ин-тах, в Московском, Ленинградском и др. ун-тах,
Московском и Харьковском авиационных ин-тах, в МВТУ, в Военно-воздушной
инженерной академии им. Н. Е. Жуковского и др. высших уч. заведениях. В
США общее руководство исследованиями в области А. осуществляет NASA (Национальный
комитет по аэродинамике и исследованию космич. пространства), располагающий
крупными лабораторными центрами в Моффетт-Филде (шт. Калифорния), Ленгли-Филде
(шт. Виргиния) и др., а также в Калифорнийском и Массачусетсском технологич.
ин-тах, исследовательских ин-тах ВВС, ВМС и лабораториях крупных фирм,
производящих самолёты, ракеты и вооружение. Крупные центры исследований
в области А. имеются в Англии, Франции, Японии и др. странах.

Результаты науч. исследований
публикуются в периодич. изданиях: "Известия АН СССР. Механика жидкости
и газа" (с 1966); "Журнал прикладной механики и технической физики" (с
1960); "AIAA Journal" (N. Y., с 1963 - переводится

на рус. яз.); "Journal of
the Royal Aeronautical Society" (L., с 1897); "Technique et Science Aeronautiques
et Spatiales" (P., с 1943).

Лит.: Фабрикант Н. Я., Аэродинамика,
ч. 1, М. - Л., 1962; П рандтль Л., Гидроаэродинамика, пер. с нем., 2 изд.,
М., 1951: Мартынов А. К., Экспериментальная аэродинамика, 2 изд., М., 1958;
П ы ш н о в В. С., Аэродинамика самолета, М., 1943; Остославский И. В.,
Титов В. М-, Аэродинамический расчет самолета, М., 1947; Глауэрт Г., Основы
теории крыльев и винта, пер. с англ., М.- Л., 1931. М. Я. Юделович.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я