аэродинамические силы и моменты

Действующие на самолёт аэродинамические сила и момент и их составляющие в скоростной и связанной системах координат.

аэродинами́ческие си́лы и моме́нты летательного аппарата — результат силового воздействия воздуха на движущийся в нем летательный аппарат. Именно эти силы, имеющие динамическую природу, то есть возникающие только при движении летательного аппарата, делают возможным полёт аппаратов тяжелее воздуха (самолётов, вертолётов и др.), в то время как аппараты легче воздуха (дирижабли, аэростаты и др.) поддерживаются в полёте аэростатической выталкивающей силой (см. Аэростатика).

На каждый элемент поверхности движущегося летательного аппарата действуют поверхностные силы, которые состоят из нормального напряжения, связанного с давлением гидродинамическим, и касательных напряжений, обусловленных силами трения. Если вязкостью пренебречь и считать воздух идеальной жидкостью, то его воздействие приводит только к нормальным напряжениям. Нормальные и касательные напряжения, непрерывно распределённые по всей поверхности летательного аппарата, в совокупности определяют векторы равнодействующей аэродинамической силы планёра R и аэродинамического момента М относительно некоторой точки, например, центра масс летательного аппарата.

В аэродинамике и динамике полёта обычно рассматривают проекции векторов А. с. и м. на оси выбранной системы координат летательного аппарата, наиболее употребительными из которых являются скоростная и связанная системы. В скоростной системе координат составляющая вектора аэродинамической силы R вдоль скоростной оси х_а (см. рис.), взятая с обратным знаком, называется силой сопротивления аэродинамического (лобового сопротивления) и обычно обозначается Х_а, составляющая вдоль оси y_а называется подъёмной силой Y_a, а составляющая вдоль оси z_a — боковой силой Z_a. Составляющие вектора R вдоль осей связанной системы координат называются соответственно продольной X (берётся с обратным знаком), нормальной (Y) и поперечной (Z) силами.

Составляющие вектора аэродинамического момента в обеих системах координат имеют одинаковые названия: относительно скоростной (продольной) оси — момент крена (обозначение в скоростной системе координат Mx_а, в связанной — М_х) относительно оси подъёмной силы (нормальной оси) — момент рыскания (обозначаются соответственно Мy_a, M_y); относительно поперечной (боковой) оси — момент тангажа, или продольный момент (Mx_а, M_x).

Модуль и направление действия А. с. и м. при заданных скорости и высоте полёта зависят от ориентации летательного аппарата относительно вектора скорости V, которая определяется углом атаки α и углом скольжения β. Эти углы задают также взаимное расположение скоростной и связанной систем координат. Поэтому, зная углы α и β можно перевести А. с. и м. из одной системы координат в другую.

При аэродинамических расчётах и при анализе движения летательного аппарата часто используют обезразмеренные А. с. и м. — аэродинамические коэффициенты.

Литература:
Фабрикант Н. Я., Аэродинамика. М., 1964;
Краснов Н. Ф., Аэродинамика, 3 изд., т. 1, М., 1980;
Микеладзе В. Г., Титов В. М., Основные геометрические и аэродинамические характеристики самолётов и ракет, М., 1982.

В. Н. Голубкин.