Aerodynamika a mechanika letu

Vztahy:

Předmět B9M38AML může při kontrole studijních plánů nahradit předmět B9M14AML

Předmět B9M38AML nesmí být zapsán, je-li v témže semestru zapsán anebo již dříve absolvován předmět B9M14AML (vztah je symetrický)

Garant předmětu:

Jiří Nožička, Jan Roháč

Přednášející:

Jiří Nožička, Jakub Suchý

Cvičící:

Jiří Nožička, Jakub Suchý

Předmět zajišťuje:

katedra měření

Anotace:

Předmět poskytuje přehled hlavních poznatků z letecké aerodynamiky a mechaniky letu. V úvodní části předmětu jsou studenti seznámeni s modely a rovnicemi pro proudění nestlačitelné tekutiny a poté jsou odvozeny rovnice popisující silový a momentový účinek proudění na povrch aerodynamického profilu a křídla. V další části jsou odvozeny důležité vztahy popisující projevy stlačitelnosti, které jsou dále opět aplikovány na obtékání aerodynamických těles při vysokých subsonických a supersonických rychlostech. V rámci předmětu jsou probrány základní režimy mechaniky letu a základy návrhu vrtulí.

Požadavky:

Osnova přednášek:

1.Vlastnosti plynů, modely proudění, základní rovnice mechaniky tekutin a termodynamiky.

2.Navier-Stokesova rovnice. Potenciální proudění, obtékání válce, vztah pro vztlak. Vlastnosti víru a vírových polí.

3.Rozměrová analýza a podobnost, empirický vztah pro vztlak. Laminární a turbulentní proudění. Mezní vrstva.

4.Geometrie profilu, aerodynamická síla a moment. Teorie tenkého profilu, integrální charakteristiky profilu.

5.Vliv mezní vrstvy na integrální charakteristiky profilu, profilové řady. Metody singularit, panelové metody.

6.Geometrie křídla. Teorie nosné čáry, indukovaný parametry. Rovnice jednoplošníku a její řešení. Vliv půdorysného tvaru a kroucení přímého křídla na jeho vlastnosti.

7.Prostředky pro zvýšení vztlaku. Podmínky podélné statické stability. Koncept směrové a klonivé stability.

8.Aerodynamika letounu – trup, vliv řídich ploch. Vliv umístění těžiště. Dynamická stabilita letounu.

9.Propulzní soustava. Teorie vrtulové propulze. Turbínový proudový motor.

10.Nosný rotor vrtulníku. Teorie leteckých vrtulí. Vírová teorie. Metoda elementárního profilu. Charakteristiky vrtule. Pevné a stavitelné vrtule.

11.Mechanika letu - klouzavý, vodorovný, stoupavý let, ustálená vodorovná zatáčka, skluzová, výkluzová zatáčka

12.Mechanika letu - Vliv hmotnosti a výšky. Vzlet a přistání. Model standardní atmosféry.

13.Vliv stlačitelnosti. Kritické Machovo číslo, transsonická divergence, šípové křídlo. Transsonické proudění.

14.Supersonické proudění, kritický stav. Rázová a expanzní vlna. Expanze. Nadzvukové obtékání šikmé desky.

Osnova cvičení:

Laboratoře budou probíranou teorii rozšiřovat o praktickou stránku, která se bude skládat z: i) výpočtů v Matlabu/Simulinku, CFD programu Fluent, ii) praktických ukázek v laboratořích a iii) praktických měření v aerodynamickém tunelu a na testbedu pro měření parametrů vrtule/motoru.

Konkrétně se bude jednat o:

a)Proudění v trubici, výpočet ztrát. Základní výpočty. Zadání semestrálních prací.

b)Modelování proudění, program Matlab/Simulink (modelování potenciálního proudění)

c)Numerické řešení proudových polí, CFD program Fluent.

d)Integrální charakteristiky profilu. Návrh profilu požadovaných vlastností. Panelové metody.

e)Integrální charakteristiky křídla. Křídlo a panelové metody.

f)Návrh přímého křídla. Vliv klapek a kroucení křídla.

g)Návrh ocasních ploch, stabilita a řiditelnost.

h)Návrh požadovaného tahu pro vzlet, horizontální let, stoupání, VTOL.

i)Návrh vrtule, metoda elementárního profilu.

j)Mechanika letu.

k)Izoentropické proudění, kritický stav.

Experimenty:

Měření v aerodynamickém tunelu:

•Měření vztlaku, odporu – profilu, tělesa (měření v aerodynamickém tunelu)

oPorovnání s hodnotami získanými z výpočetního SW

•Měření rychlosti proudění - Prandtlova sonda, Pitotova trubice, vrtulkové sondy – vliv umístění a náklonu sondy na měření

Měření vrtulí:

•Měření statického tahu vrtulí – určení Figure of Merit, závislost tahu na otáčkách

•Měření tahu vrtulí v aerodynamickém tunelu – závislost tahu na otáčkách, vliv rychlosti nabíhajícího proudu

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1]Anderson, J. D. Jr.: Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill, 2007. ISBN: 13978-0-07-295046-5

[2]Hughton, E.,L., Carpenter P., W.: Aerodynamics for Engineering Students. Butterworth-Heinemann 2003. ISBN: 978-0-7506-5111-0

[3]Phillips, W. F.: Mechanics of Flight. John Wiley & Sons, 2004. ISBN: 0-471-33458-8

Poznámka:

Předmět je odbornostně zajišťován ve spolupráci s Ústavem mechaniky tekutin a termodynamiky, Fakulta strojní

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B9M38AML

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Letectví a kosmonautika - obor Avionika (povinný předmět oboru)