Научный отчет № 2016

Название: Экспериментальные исследования аэродинамических характеристик моделей на баллистической трассе при гиперзвуковых скоростях полета.
Авторы: Чернявский С.Ю., Баулин Н.Н., Пилюгин Н.Н., Бахтеров В.Н., Заявленный Г.Л., Чуркина Л.П., Черкасова Н.В.
Аннотация: Показано, что при метании с гиперзвуковой скоростью не вращающихся осесимметрических моделей в гладкоствольной легкогазовой пушке можно добиться практически плоского движения моделей с малой амплитудой колебаний. При обеспечении малого торможения модели и демпфирования ее угловых колебаний это позволяет существенно упростить анализ пространственного движения модели. Разработан новый метод расчета коэффициента сопротивления модели. Показано, что сохранение равновесия длин двух рядом расположенных баз, через которые пролетает модель, позволяет получить аналитические выражения для ее коэффициента сопротивления и локальной скорости. Рассмотрены пределы применимости метода при незначительно различающихся длинах баз и показано, что безразмерная разница длин баз должна быть много меньше безразмерной разницы времен пролета этих баз. Обосновано применение разработанного метода для случаев постоянного и изменяющегося с углом атаки коэффициента сопротивления. Определена относительная погрешность измерения коэффициента сопротивления и показано, что она практически равна относительной погрешности измерения разницы времен пролета двух соседних баз. Разработана методика измерения параметров статической и динамической устойчивости модели применительно к баллистической трассе Института механики МГУ. Установлено, что при проведении этих измерений преимущество имеют баллистические трассы, позволяющие изменять положение станций фотографирования в соответствии с длиной волны угловых колебаний исследуемой модели. Размещение станции фотографирования вблизи узлов и пучностей угловых колебаний модели позволяет уменьшить число исследуемых сечений баллистической трассы и ошибку аппроксимации экспериментальных значений результирующих углов атаки. Получены формулы для аппроксимации этих значений методом наименьших квадратов. Рассмотрены два способа определения момента инерции модели: расчетным путем по измеренным геометрическим размерам и с помощью крутильного маятника и показано, что первый способ обеспечивает значительно меньшую погрешность. Установлена важность придания модели в процессе конструирования геометрической формы, которую можно достаточно просто аппроксимировать математическими зависимостями Определены погрешности измерения производной и коэффициента динамической устойчивости и показано, что они зависят, главным образом, от ошибки в результирующем угле атаки. Разработана методика измерения производной коэффициента подъемной силы по углу атаки применительно к баллистической трассе Института механики МГУ с нефиксированным расположением станций фотографирования модели. Методом наименьших квадратов получены формулы для аппроксимации экспериментальных значений отклонения центра тяжести модели от прямолинейной траектории. Определена погрешность измерения. Дана оценка погрешности производной, определяющей демпфирование колебаний по тангажу и показано, что эта погрешность зависит, главным образом, от ошибки измерения параметра динамической устойчивости. Проведены исследования зависимости от угла атаки коэффициента сопротивления конуса и затупленного цилиндрического тела со щитком при полете в воздухе, а также моделей ряда космических аппаратов, предназначенных для полетов к Марсу (« Викинг»), Юпитеру («Зонд»), Венере («Пионер»). В результате сравнения определенных в баллистической трассе аэродинамических коэффициентов с их значениями, полученными другими авторами, установлено, что разработанная применительно к трассе института механики МГУ методика измерений дает верные результаты для широкого класса моделей при существенно различающихся условиях их обтекания.
Год публикации: 1978 г.
Объём: 50 с.
Научный руководитель: Черный Г.Г., Чернявский С.Ю.
Ключевые слова: аэродинамические коэффициенты, аэробаллистическая установка, гиперзвуковая скорость, осесимметричная модель, плоское движение, коэффициент сопротивления, угол атаки, статическая и динамическая устойчивость, подъемная сила, демпфирование колебаний, по- грешности измерений, метод наименьших квадратов, модель конуса, космический аппарат, воздух, водород, гелий.