2.1. Определение коэффициента лобового сопротивления фюзеляжа при

2.1. Определение коэффициента лобового сопротивления фюзеляжа
при нулевой подъемной силе.
Коэффициент лобового сопротивления фюзеляжа самолета при
нулевой
подъемной
силе
/
C ха
0ф отличается
от
соответствующего
коэффициента изолированного фюзеляжа C ха 0ф коэффициентом донного
давления в диапазоне чисел Маха 1  M   3,4 , что учитывается при расчете
коэффициента донного сопротивления фюзеляжа C хaдонф .
Расчет
фюзеляжа
коэффициента
при
нулевой
лобового
сопротивления
подъемной
соотношению: C ха 0ф  C ха 0фтр  C хафдавл
силе
изолированного
выполняется
по
(4.4)
где C ха 0фтр - коэффициент лобового сопротивления трения,
C ха 0фдавл - коэффициент лобового сопротивления давления.
Коэффициент лобового сопротивления трения определяется по
Fф
формуле: C ха 0фтр  2С f   
(4.5)
2Sф
где С f  f Reф  - коэффициент сопротивления трения плоской пластины в
несжимаемом потоке для полностью турбулентного
Рис 4.1 Зависимость удвоенного коэффициента трения плоской пластинки от
числа Rе и x t в несжимаемом потоке, x t - относительная координата точки
перехода л.п.с в т.п.с.
1.2

1
xт  1
0.8
0.6
0.8
0.6
0.5
0.2
0.4
xт  0
0.2
0
0
1
2
3
4
5
М 6
Рис 4.2 Зависимость коэффициента трения плоской пластинки от числа М
пограничного
слоя
(рис 4.1),
Reф  V Lф  
-
число
Рейнольдса,
рассчитанное по длине фюзеляжа Lф ,
 - коэффициент, учитывающий влияние сжимаемости (рис 4.2),
  - коэффициент формы, учитывающий отличие фюзеляжа от плоской
пластины (рис 4.3), Fф - площадь омываемой поверхности фюзеляжа
(боковой, без площади поверхности донного среза),
  - кинематический коэффициент вязкости, определяемый по таблице
стандартной атмосферы в зависимости от высоты полета.
Рис 4.3
Коэффициент сопротивления давления определяется по формуле:
C хафдавл  C ханос  C хакорм  C хадон
где C ханос , C хакорм , C хадон - соответственно коэффициенты сопротивления
давления носовой и кормовой частей, донного сопротивления, отнесенные к
площади миделевого сечения S ф .
Коэффициент сопротивления давления заостренной носовой части
определяется по графикам рис. 4.4 а,б для конической и оживальной (в
частности параболической) носовых частей. Если носовая часть затуплена, то
необходимо учесть сопротивление от затупления. На рис 4.5 а,б приведены
примеры конической (а) и оживальной (б) носовых частей, где r – радиус
сферического затупления носовой части.
Коэффициент сопротивления конической носовой части с затуплением
(рис.
4.5а)

рассчитывается

по
соотношению:
C ханос  C ханос исх 1  r 2 cos 2  C хзат r 2
(4.7)
где C ханос исх - коэффициент сопротивления исходной, без затупления ,
конической носовой части (рис. 4.4а).
Коэффициент сопротивления оживальной (параболической) носовой
части с затуплением (рис 4.5б) определяется по соотношению:


C ханос  C ханос исх 1  r 2 cos 2 3.1  1.4r cos   0.7r 2 cos 2  

 , (4.8)
 C хзат r 2
где C ханос исх - коэффициент сопротивления исходной, без затупления,
оживальной носовой части (рис. 4.4б), r  2r d ф , C хзат - дополнительный
коэффициент сопротивления сферического затупления, определяемый по
графику рис. 4.6
Рис. 4.4а. График для расчета C ханос конической носовой части
Рис. 4.4б. График для расчета C ханос носовой части с параболической
образующей
конус
А
/
L нос

r
dф
 r
парабола
В
Lнос
4.5а
/
L нос
Lнос
Рис
Рис 4.5б
1.2
C хзат
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3.5 M  4
3
Рис 4.6
Фюзеляж
с
воздухозаборником
двигателя,
рассчитанным
на
дозвуковые и малые сверхзвуковые скорости, представляет собой простой
диффузор без центрального конуса. На больших сверхзвуковых скоростях
применяют воздухозаборник с центральным телом. Такой воздухозаборник
характеризуют следующие геометрические параметры: угол полураствора
центрального конуса  к
и вынос конуса l к
относительно обечайки
диффузора, изменяющийся в зависимости от числа Маха набегающего
потока (рис.4.7).
В
общем
фюзеляжа,
случае,
коэффициент
выполненной
в
виде
сопротивления
тела
вращения
носовой
с
части
центральным
воздухозаборником, представляется в виде:

C ханос  C ханос
где
S вх площадь
~1  C x вз  CF  SSвх
входного
вз
сечения
(4.9)
ф
воздухозаборника,
Sф -
площадь
миделевого
сечения
C ханос ~ 1 -
фюзеляжа,
коэффициент
лобового
сопротивления носовой части с протоком при ~ = 1 (рис 4.8 а,б) , ~ коэффициент
расхода
C x вз -
воздуха,
коэффициент
добавочного
сопротивления воздухозаборника, возникающий при ~ < 1, (рис. 4.10), C Fвз коэффициент подсасывающей силы воздухозаборника, которая теоретически
полностью
реализуется
при
определенном
закруглении
кромок
воздухозаборника и криволинейных обводов носовой части фюзеляжа.
Сверхзвуковые самолеты имеют острые кромки воздухозаборника. В
этом случае подсасывающая сила на его кромках практически не
реализуется.
Современные воздухозаборники проектируются таким образом, что
при всех расчетных режимах работы двигателя ~ = 1 (рис. 4.7). Тогда
соотношение (4.9) принимает вид: C xa нос  C xa нос ~ 1
(4.10)
Зависимость коэффициента для сверхзвуковых скоростей
C xa нос ~ 1

 f


M 2  1 ,форма обводовносовой части ,
нос


представлены на графиках рис 4.8 а,б.
При дозвуковых скоростях C xa нос для воздухозаборника с протоком
при ~ = 1, C xa нос  0 . Поэтому при расчете коэффициента лобового
сопротивления самолета - C xa 0 коэффициент C xa нос можно не учитывать,
увеличивая C xa 0 в запас в счет точности расчета.
При ~ < 1, коэффициент C xa нос рассчитывается по соотношению 4.9,
коэффициенты C Fвз и C x вз определяются по графикам рис 4.9, 4.10.
Коэффициент
сопротивления
кормовой
части
фюзеляжа
C xa корм  f ( M  ,корм , форма обводов кормовой части), определяется по
графику рис. 4.11а,б.
dцт
к
lк
Рис 4.7 Схема воздухозаборника
с центральным телом
Рис4.8a. График для расчета C ханос
Рис. 4.8б. График для расчета C ханос
~
носовой части с протоком при  = 1 носовой части с протоком при ~ = 1
(прямолинейные обводы)
(параболические обводы)
Рис. 4.9. Зависимость коэффициента подсасывающей силы
воздухозаборника от коэффициента расхода воздуха
Рис. 4.10. Зависимость коэффициента добавочного сопротивления
простого диффузора от коэффициента расхода воздуха
График для расчета C хакорм
Рис 4 11 а— прямолинейные обводы кормовой части
Рис 4.11б — параболические обводы кормовой части
Рис. 4.12 Зависимость коэффициента донного давления тела вращения
от числа Маха при корм=1
Рис 4.13 Влияние сужения кормовой части на коэффициент донного
давления
Коэффициент сопротивления донного среза при неработающем
двигателе определяется для всех значений числа М по формуле :


C x дон   C р дон К
где S дон 
S дон
Sф
,
(4.11)
2
d дон
– площадь донного среза, d дон - диаметр донного среза,
4
C р дон – коэффициент донного давления.
K  f M  , корм ,корм  - коэффициент, учитывающий влияние удлинения и
сужения кормовой части (рис. 4.13)
При М < 0.8 C р дон  
0.055
фC f
,
C f - коэффициент трения плоской пластины, определяемый по числу
Re 
V Lф

.
При М>0.8 C р дон определяется по графикам рис. 4.12. Если   20 , то
корм = 0, C xa корм  0 , C x дон определяется при d дон  d ф .Для крутых обводов
кормовой части (в случае, когда угол наклона образующей кормовой части
по длине   20 ,рис 4.14) ) расчет коэффициента C x дон проводится по

 , S дон
 (рис 4.14):
фиктивным параметрам корм
,  корм
 
S дон
 2
 d дон
4


, корм

l корм
dф


,  корм

d дон
dф
,
В случае работающего двигателя, диаметр сопла которого d сопл  d дон ,
расчет производится аналогично выше сказанному, только площадь S дон –
рассчитывается как площадь кольца донного среза, образованного обводом
кормовой части по окружности донного среза и диаметром сопла двигателя
(рис 4.15). Если диаметр d сопл неизвестен, то условно его можно принять
d сопл  0.9d дон . Если сопло двигателя выходит за кормовую часть фюзеляжа,
то при работающем двигателе C x дон  0 т.к. S дон  0 . При неработающем
двигателе коэффициент C x дон рассчитывается по площади среза сопла
S дон  S сопл 
 d сопл 2
4
.

d
ла
соп
d
dф
/
дон

l /корм
l корм
d дон
Рис 4.14 Схема замены действительной
Рис 4.15 Схема для
кормовой части фиктивной (заштри-хованная
определения Sдон (Sдон
область отбрасывается)
заштриховано)
Расчет коэффициента сопротивления при нулевой подъемной силе
Cxa/ 0мг k k–й мотогондолы аналогичен расчету коэффициента сопротивления
фюзеляжа.