Сопротивление трения

 

При дозвуковой скорости лобовое сопротивление состоит на 75...85 % из сопротивления трения. При расчете сопротивления трения для тела вращения определяют сначала коэффициент сопротивления трения пластины , имеющей площадь, равновеликую всей омываемой поверхности тела вращения и обтекаемой несжимаемой жидкостью. При больших удлинениях корпуса ЛА эта площадь немного меньше, чем площадь боковой поверхности цилиндра той же длины, что и тело вращения ( ). Приближенно можно принять, что , где K – коэффициент, .

Сила трения равновеликой пластины должна быть умножена на коэффициенты и :

– учитывает отличие тела вращения от плоской пластины ( зависит от относительной толщины тела , например, для конуса при ламинарном пограничном слое , при турбулентном пограничном слое );

– учитывает влияние сжимаемости: для ламинарного пограничного слоя , для турбулентного пограничного слоя .

С учетом изложенного сила лобового сопротивления тела вращения за счет трения равна , а коэффициент сопротивления трения равен

, (10.11)

где .

Местный средний коэффициент трения можно рассчитать по формулам, полученным для плоской пластинки в несжимаемой среде:

– при ламинарном пограничном слое: ;

– при турбулентном пограничном слое:

если ;

если ;

если

если ,

где число рассчитывается по параметрам невозмущенного потока и полной длине тела:

.

 

Влияние высоты полета на проявляется в изменении с высотой состояния и характеристик пограничного слоя и связанного с ними числа Рейнольдса:

.

 

Значения параметров , , зависят от высоты над поверхностью Земли. Значения их определяют с помощью таблиц или формул стандартной атмосферы. Отметим лишь, что с увеличением высоты полета коэффициент кинематической вязкости все время возрастает (можно проанализировать самостоятельно), толщина пограничного слоя растет, происходит ламиниризация течения на поверхности ЛА.

При сверхзвуковых скоростях расчет сопротивления трения в первом приближении можно вести по указанным выше зависимостям. Для более точного определения коэффициента трения следует учитывать, что поверхность ЛА покрыта частично ламинарным, частично турбулентным пограничным слоем. При смешанном пограничном слое необходимо правильно определить положение линии перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный. Для линии перехода можно написать следующее очевидное соотношение:

 

,

 

где – площадь боковой поверхности тела, покрытая ламинарным пограничным слоем; – критическое число Рейнольдса; – число Рейнольдса, рассчитанное по всей длине тела.

На величину влияют шероховатость поверхности, турбулентность набегающего потока, форма головной части и теплообмен. Для сверхзвукового обтекания тел вращения среднее значение критического числа Рейнольдса, по данным разных авторов, равно .

После определения линии перехода можно найти местный коэффициент трения:

 

,

 

где и – местные коэффициенты трения для турбулентного и ламинарного пограничных слоев, рассчитанные для линии перехода по . Затем по величине рассчитывают по формуле (10.11).