Понятие аэродинамической интерференции

 

Тела, находящиеся рядом в потоке воздуха, оказывают взаимное влияние на картину обтекания. При этом меняются формы линий тока, вихревого следа и волн, вызываемых каждым телом в отдельности. Изменяется также распределение сил давления и трения на поверхности тел, а следовательно, и аэродинамические силы в целом.

В одних случаях это взаимовлияние (аэродинамическая интерференция) может быть положительным (благоприятным), в других – отрицательным (неблагоприятным), увеличивающим суммарное сопротивление тел и уменьшающим подъемную силу.

Примером благоприятной интерференции может служить взаимное влияние профилированного кольца и диска. Диск отклоняет струи воздуха так, что они набегают на кольцо под небольшим местным углом атаки (рис. 10.15). В результате появляются силы, направленные против потока (снижающие лобовое сопротивление). Реакция кольца на поток отклоняет струи за диском, уменьшая зону срывного течения и также снижая лобовое сопротивление. Суммарное сопротивление системы «диск–кольцо» на 30... 40 % меньше, чем сумма сопротивления отдельно взятых элементов. Это явление используется в кольцевых капотах самолетов со звездообразными двигателями внутреннего сгорания воздушного охлаждения.

Неблагоприятная интерференция возникает обычно при взаимном влиянии двух хорошо обтекаемых тел (крыло и тело вращения), помещенных близко друг от друга. Добавочное, интерференционное сопротивление крыла от фюзеляжа при дозвуковых скоростях возникает, в первую очередь, из-за влияния фюзеляжа на распределение подъемной силы по размаху крыла. Увеличение может достигать 15 % изолированного крыла, тогда как уменьшается на 2...4 %.

Вторая причина увеличения коэффициента сопротивления – утолщение и преждевременный отрыв пограничного слоя в месте стыка крыла и фюзеляжа (крыла и мотогондолы). Внутри угла «крыло–фюзеляж», (рис. 10.16) происходит большое нарастание толщины пограничного слоя из-за одновременного торможения одних и тех же частиц воздуха сразу двумя стенками.

Если две стыкующиеся поверхности образуют увеличивающийся по потоку двугранный угол, в котором струи могут расширяться (для крыла это характерно, так как его толщина понижается к кормовой части), то скорость течения внутри угла при числе будет уменьшаться, а давление увеличиваться. Пространство в таком углу образует «диффузорный мешок», в котором возникает срыв пограничного слоя и сильные завихрения даже при небольших углах атаки. На размеры этих мешков большое влияние оказывают форма и относительное расположение крыла и фюзеляжа.

Наименьшее увеличение сопротивления имеет схема расположения крыла посередине поперечного сечения фюзеляжа – среднеплан. Наибольшее увеличение имеет низкоплан (крыло под фюзеляжем), (рис. 10.16). Он требует устройства подходящих зализов в месте стыка крыла с фюзеляжем. Подъемная сила при любых схемах уменьшается очень мало.

Взаимное влияние элементов ЛА при дозвуковых скоростях может быть приближенно учтено путем введения коэффициента интерференции. Так коэффициент сопротивления крыла для комбинации «крыло, плюс фюзеляж, плюс мотогондолы» с учетом интерференции равен

 

,

 

где – коэффициент сопротивления изолированного крыла; – коэффициент интерференции; – площадь крыла, перекрытая фюзеляжем и мотогондолами; – полная площадь крыла в плане (с фюзеляжем и мотогондолами) (рис. 10.17). Значения коэффициента для некоторых самолетных схем приведены в табл. 10.1.

 

       
 
   
Рис. 10.17. Перекрытие крыла фюзеляжем и мотогондолами
 

 


Таблица 10.1