Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии

Стартовая страница

О системе

Технические требования

Синтез

Обучающий модуль

Справка по системе

Контакты
Искать:
  Расширенный   Формализованый   По связи разделов
 А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я 
Общий каталог эффектов

Стабилизация тел вращения с помощью оперения
Стабилизация тел вращения с помощью оперения

Описание

Телом вращения называется такое тело, которое плоскостями, перпендикулярными некоторой прямой (оси вращения), пересекается по кругам с центрами на этой прямой.
Вращательным движением твердого тела называется такое его движение, при котором всё точки, принадлежащие некоторой прямой, неизменно связанной с телом, остаются неподвижными. Эта прямая называется осью вращения тела. При этом движении все остальные точки тела движутся в плоскостях, перпендикулярных оси вращения, и описывают окружности, центры которых лежат на этой оси.
Стабилизация в потоке воздуха за счет оперения
Рис.1

Стабилизация посредством хвостового оперения – это очень простая и очевидная идея; недаром один из самых древних снарядов – стрела – стабилизировался в полете именно таким способом. Когда оперенный снаряд движется с углом атаки или рыскания (углом между касательной к траектории и продольной осью снаряда), отличным от нуля, площадь позади центра масс, на которую действует сопротивление воздуха, больше площади впереди центра масс. Разность неуравновешенных сил заставляет снаряд повернуться вокруг центра масс так, чтобы этот угол стал равен нулю (рис.1). Здесь можно отметить одно важное обстоятельство, не учитываемое теорией материальной точки. Если снаряд движется с отличным от нуля углом атаки, то на него действуют подъемные силы, обусловленные возникновением разности давлений по обе стороны снаряда.

Для обеспечения продольной и путевой устойчивости движения и управляемости полетом летательные аппараты снабжаются специальными несущими поверхностями, называемыми оперением.

Оперение самолета: 1 – киль, 2 – руль направления, 3 – сервокомпенсатор руля направления, 4 – руль высоты, 5 – триммер руля высоты, 6 – стабилизатор.
Рис.2.
Оперение, размещаемое в хвостовой или носовой части фюзеляжа, включает обычно неподвижные части – киль и стабилизатор – и подвижные – руль высоты, предназначенный для продольного управления , и руль направления предназначенный для путевого управления (рис.2) киль с рулем направления составляют вертикальное оперение, а стабилизатор с рулем высоты – горизонтальное оперение.
Характерные формы оперения в плане: 1,4,5 – трапециевидные, 2 – эллиптические, 3 – треугольное, 6 – стреловидное.
Рис.3.
На оперение действуют сравнительно небольшие силы, однако благодаря большому плечу относительно центра массы самолета они создают моменты, способные уравновесить суммарный момент от всех остальных частей: крыла, фюзеляжа, гондол и т.д.
Несушие свойства оперения определяются приростом коэффициента подъемной силы, вызванного изменением угла атаки α (или угла скольжения β), величиной органа управления тангажом (руля высоты) на угол δв или органа управления рысканием (руля направления) на угол δн.

 

 

Ключевые слова

 

Области техники и экономики

 

Применение эффекта

Как известно, каплевидные тела относятся к классу удобообтекаемых тел вращения, обладающих умеренным аэродинамическим сопротивлением. Однако устойчивостью в полете такие тела не отличаются. Поэтому обычно их стабилизируют, например, с помощью хвостового оперения. Хотя рассматриваемые конфигурации можно отнести к типу простейших по геометрии контура, они не получили отражения. В то же время в последние годы заметный интерес к каплевидным телам проявлен в связи с проблемами высокоскоростного метания тел, формируемых взрыво. Аэродинамическая компоновка таких объектов сочетает в себе головной обтекатель каплевидной формы и коническую подкалиберную юбку, обеспечивающую их умеренную стабилизацию в полете с высокими сверхзвуковыми скоростями.
Кумулятивные снаряды, стабилизируемые оперением, сейчас наиболее распространены. Они относительно дешевы; исключение вращеня позволяет полностью сохранить кумулятивный эффект. Если такие снаряды выстреливаются из обычных нарезных стволов; ведущий поясок заменяется вращающимся пластмассовым пояском, который не передает вращение на снаряд.
Оперенные кумулятивные снаряды предназначаются большей частью для орудий с низким рабочим давлением.
При стабилизации кумулятивных снарядов оперениием возникает ряд проблем. В унитарных выстрелах оперение приходится помещать в гильзу, где оно занимает место, необходимое для метательного заряда. Оперение может выходить из строя при высоких начальных скоростях снаряда. Для эффективности действия оперения оно должно превышать диаметр калиберного снаряда, т. е. быть складывающимся, однако такое оперение мало пригодно для орудий с дульным тормозом, так как его раскрыванию препятствуют пороховые газы.
При использовании калиберного оперения также встречаются трудности: оно должно далеко отстоять от самого снаряда и соединиться с ним длинной трубкой, или же приходится отказываться от обтекаемой формы головки снаряда, чтобы создать благоприятные аэродинамические условия для оперения. Первое решение неприменимо для танковых орудий, второе используется в американском кумулятивном снаряде. Однако такая форма снаряда вызывает значительное падение скорости.

Реализации эффекта

Оперение стрелы может состоять из двух, трех, четырех или даже шести перьев, но стандартное и самое широко распространенное кол-во это три. Это число оптимально для быстрой стабилизации стрелы в полете. Дело в том, что из-за разности точек приложения усилия на стрелу, тетивы на пятке, а лука в районе наконечника, в момент спуска тетивы стрела изгибается в дугу, наличие оперения балансирует полет стрелы в первые секунды полета. С другой стороны, чем больше перьев, тем больше сопротивление воздуха, тем она медленнее "врезается" в воздух, при достижении определенной высоты, такая стрела клюнет носом и камнем пойдет к земле. Есть предположение, что стрелы с 6 перьями использовались в качестве охотничьих - при промахе стрела далеко не улетала. Но это теория.
Для стрелы можно использовать только основные маховые перья, на одном крыле их кол-во обычно не превышает 10 шт. На одну стрелу можно использовать перья только с одного крыла, левого или правого, так как все перья на стреле должны иметь загиб в одну сторону. В качестве оперения лучше использовать простые белые гусиные перья и лучше только внутреннюю часть - жировик, внутренняя часть пера, всегда расположенная внахлест с другим пером. Ширина жировика не превышает 1,5-2 см, длина зависит от размера самого пера.
Оперение стрелы
Рис.1.

Литература

1. Хогг Я. Боеприпасы: патроны, гранаты, артиллерийские снаряды, минометные мины М.: Эксмо-Пресс, 2001.

2. Маркевич В.Е. Ручное огнестрельное оружие, Т. 1. Оружие до введения бездымных порохов. - Л.: Артиллерийская академия РККА им. Дзержинского, 1937.

3. Шапиро Я.М. Внешняя баллистика. М., 1946.

4. Серебряков М.Е. Внутренняя баллистика. М., 1949.

5. Костров А.В. Движение асимметричного баллистического аппарата. M., 1984

Формализованное описание Показать

Стартовая страница  О системе  Технические требования  Синтез  Обучающий модуль  Справка по системе  Контакты 
Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина