Аеродинамичното съпротивление е сила, действаща противоположно на относителното движение на всеки обект. Може да съществува между два слоя твърда повърхност. За разлика от други резистивни комплекти, като сухо триене, които са почти независими от скоростта, силите на съпротивление се подчиняват на дадена стойност. Въпреки че крайната причина за действието е вискозното триене, турбуленцията е независима от него. Силата на съпротивление е пропорционална на скоростта на ламинарния поток.
Концепция
Аеродинамичното съпротивление е силата, която действа върху всяко движещо се твърдо тяло в посока на настъпващата течност. От гледна точка на приближението на близкото поле, съпротивлението е резултат от сили, дължащи се на разпределението на налягането върху повърхността на обекта, символизирано с D. Поради триенето на кожата, което е резултат от вискозитета, се обозначава De. Алтернативно, изчислена от гледна точка на полето на потока, силатасъпротивлението възниква в резултат на три природни явления: ударни вълни, вихров слой и вискозитет. Всичко това може да се намери в таблицата на аеродинамичното съпротивление.
Преглед
Разпределението на налягането, действащо върху повърхността на тялото, влияе на големи сили. Те от своя страна могат да бъдат обобщени. Компонентите надолу по веригата на тази стойност представляват силата на съпротивление, Drp, поради разпределението на налягането, което засяга тялото. Природата на тези сили съчетава ефектите на ударната вълна, генерирането на вихрова система и механизмите за събуждане.
Вискозитетът на флуида има значителен ефект върху съпротивлението. При липса на този компонент силите на натиск, действащи за забавяне на превозното средство, се неутрализират от силата, която е в задната част и тласка превозното средство напред. Това се нарича повторно налягане, което води до нулево аеродинамично съпротивление. Това означава, че работата, която тялото извършва върху въздушния поток, е обратима и възстановима, тъй като няма ефекти на триене за преобразуване на енергията на потока в топлина.
Възстановяването на налягането работи дори в случай на вискозно движение. Тази стойност обаче води до мощност. Това е доминиращият компонент на съпротивлението в случай на превозни средства с области на разделен поток, където възстановяването на главата се счита за доста неефективно.
Силата на триене, която е тангенциалната мощност на повърхносттасамолет, зависи от конфигурацията на граничния слой и вискозитета. Аеродинамичното съпротивление, Df, се изчислява като проекция надолу по течението на блатата, оценена от повърхността на тялото.
Сборът от съпротивлението на триене и налягане се нарича вискозно съпротивление. От термодинамична гледна точка ефектите на блатото са необратими явления и следователно създават ентропия. Изчисленото вискозно съпротивление Dv използва промените в тази стойност, за да предскаже точно силата на отскок.
Тук е необходимо да се даде и формулата за плътност на въздуха за газ: РV=m/MRT.
Когато самолет произвежда повдигане, има друг компонент на отблъскване. Индуцирано съпротивление, Di. Тя възниква от промяната в разпределението на налягането на вихровата система, която съпътства производството на асансьора. Алтернативна перспектива на повдигане се постига чрез отчитане на промяната в инерцията на въздушния поток. Крилото прихваща въздуха и го принуждава да се движи надолу. Това води до еднаква и противоположна сила на съпротивление, действаща върху крилото, което е повдигане.
Промяната на инерцията на въздушния поток надолу води до намаляване на обратната стойност. Че е резултат от силата, действаща напред върху приложеното крило. Еднаква, но противоположна маса действа върху гърба, което е индуцираното съпротивление. Той има тенденция да бъде най-важният компонент за самолетите по време на излитане или кацане. Друг обект на плъзгане, съпротивление на вълната (Dw) се дължи на ударни вълнипри трансзвукови и свръхзвукови скорости на летателната механика. Тези ролки причиняват промени в граничния слой и разпределението на налягането върху повърхността на тялото.
История
Идеята, че движещо се тяло, преминаващо през въздух (формула за плътност) или друга течност, среща съпротивление, е известна още от времето на Аристотел. Статия от Луис Чарлз Бреге, написана през 1922 г., започва опит за намаляване на съпротивлението чрез оптимизация. Авторът продължава да реализира идеите си, създавайки няколко рекордни самолета през 20-те и 30-те години на миналия век. Теорията за граничния слой на Лудвиг Прандтл през 1920 г. предоставя стимул за минимизиране на триенето.
Друг важен призив за секвениране беше отправен от сър Мелвил Джоунс, който въведе теоретични концепции, за да демонстрира убедително важността на секвенирането в дизайна на самолета. През 1929 г. работата му The Streamlined Airplane, представена на Кралското аеронавигационно общество, е основополагаща. Той предложи идеален самолет, който да има минимално съпротивление, което води до концепцията за "чист" моноплан и прибираща се ходова част.
Един от аспектите на работата на Джоунс, който най-силно шокира дизайнерите от онова време, беше неговият сюжет на конската сила срещу скоростта за истински и идеален самолет. Ако погледнете точката с данни за самолет и я екстраполирате хоризонтално до перфектна крива, скоро можете да видите печалбата за същата мощност. Когато Джоунс приключи презентацията си, един от слушателитениво на важност като цикъла на Карно в термодинамиката.
съпротивление, предизвикано от повдигане
Изразената от повдигане хлабина е резултат от създаването на наклон върху триизмерно тяло, като крило или фюзелаж на самолета. Индуцираното спиране се състои главно от два компонента:
- Плъзгане поради създаване на вихри.
- Има допълнително вискозно съпротивление, което не е налице, когато повдигането е нула.
Обратните вихри в полето на потока, присъстващи в резултат на повдигането на тялото, се дължат на турбулентното смесване на въздуха над и под обекта, който тече в няколко различни посоки в резултат на създаването на повдигане.
С други параметри, които остават същите като повдигането, създадено от тялото, съпротивлението, причинено от наклона, също се увеличава. Това означава, че с увеличаване на ъгъла на атака на крилото се увеличава коефициентът на подемна сила, както и отскокът. В началото на срива, аеродинамичната сила намалява драстично, както и съпротивлението, предизвикано от повдигане. Но тази стойност се увеличава поради образуването на турбулентен необвързан поток след тялото.
Лъжливо плъзгане
Това е съпротивлението, причинено от движението на твърд обект през течност. Паразитното съпротивление има няколко компонента, включително движение поради вискозно налягане и поради грапавост на повърхността (триене на кожата). Освен това наличието на няколко тела в относителна близост може да предизвика т.нарустойчивост на смущения, която понякога се описва като компонент на термина.
В авиацията индуцираната обратна реакция обикновено е по-силна при по-ниски скорости, тъй като е необходим висок ъгъл на атака за поддържане на повдигане. Въпреки това, с увеличаване на скоростта, тя може да бъде намалена, както и предизвиканото съпротивление. Паразитното съпротивление обаче става по-голямо, защото течността тече по-бързо около изпъкнали предмети, увеличавайки триенето.
При по-високи скорости (трансзвукови), съпротивлението на вълната достига ново ниво. Всяка от тези форми на отблъскване варира пропорционално на останалите в зависимост от скоростта. Така че общата крива на съпротивление показва минимум при някаква въздушна скорост - самолетът ще бъде на или близо до оптимална ефективност. Пилотите ще използват тази скорост, за да увеличат максимално издръжливостта (минимален разход на гориво) или разстоянието на плъзгане в случай на повреда на двигателя.
Крива на мощността на авиацията
Взаимодействието на паразитното и индуцираното съпротивление като функция от въздушната скорост може да бъде представено като характерна линия. В авиацията това често се нарича крива на мощността. Той е важен за пилотите, защото показва, че под определена въздушна скорост и противоинтуитивно, е необходима повече тяга, за да се поддържа, когато въздушната скорост намалява, а не по-малко. Последиците от това да си „зад кулисите“по време на полет са важни и се преподават като част от обучението на пилоти. На дозвуковвъздушни скорости, където U-образната форма на тази крива е значителна, съпротивлението на вълната все още не е станало фактор. Ето защо не е показан на кривата.
Спиране в трансзвуков и свръхзвуков поток
Стимулирането на вълната е съпротивлението, което се създава, когато тялото се движи през компресируема течност и със скорости, близки до скоростта на звука във вода. В аеродинамиката съпротивлението на вълната има много компоненти в зависимост от режима на шофиране.
В аеродинамиката на трансзвуковия полет, съпротивлението на вълната е резултат от образуването на ударни вълни в течността, които се образуват при създаване на локални зони на свръхзвуков поток. На практика такова движение се случва на тела, движещи се доста под скоростта на сигнала, тъй като местната скорост на въздуха се увеличава. Въпреки това, пълен свръхзвуков поток над превозното средство няма да се развие, докато стойността не отиде много по-далеч. Самолетите, летящи с трансзвукова скорост, често изпитват вълнови условия по време на нормалния ход на полета. При трансзвуков полет това отблъскване обикновено се нарича трансзвуково съпротивление на свиваемост. Той значително се засилва с увеличаване на скоростта на полета, доминирайки над други форми при тези скорости.
При свръхзвуков полет съпротивлението на вълната е резултат от ударни вълни, присъстващи в течността и прикрепени към тялото, образуващи се в предния и задния ръб на тялото. В свръхзвукови потоци или в корпуси с достатъчно големи ъгли на въртене, вместо това ще имаобразуват се хлабав удар или извити вълни. В допълнение, локални зони на трансзвуков поток могат да възникнат при по-ниски свръхзвукови скорости. Понякога те водят до развитието на допълнителни ударни вълни, присъстващи върху повърхностите на други повдигащи тела, подобни на тези, които се намират в трансзвуковите потоци. При мощни режими на поток, съпротивлението на вълната обикновено се разделя на два компонента:
- Свръхзвуково повдигане в зависимост от стойността.
- Обем, който също зависи от концепцията.
Решението в затворена форма за минималното вълново съпротивление на въртящо се тяло с фиксирана дължина е намерено от Сиърс и Хаак и е известно като "Разпределението на Seers-Haack". По същия начин, за фиксиран обем, формата за минималното съпротивление на вълната е "Von Karman Ogive".
Бипланът на Busemann по принцип не подлежи на такова действие, когато работи с проектна скорост, но също така не е в състояние да генерира подемна сила.
Продукти
Аеродинамичният тунел е инструмент, използван в изследванията за изследване на ефекта на въздуха, движещ се покрай твърди обекти. Този дизайн се състои от тръбен проход с изпитвания обект, поставен в средата. Въздухът се премества покрай обекта чрез мощна вентилаторна система или по друг начин. Тестовият обект, често наричан тръбен модел, е оборудван с подходящи сензори за измерване на въздушните сили, разпределението на налягането или другиаеродинамични характеристики. Това също е необходимо, за да забележите и коригирате проблема в системата навреме.
Какви са видовете самолети
Нека първо да разгледаме историята. Най-ранните аеродинамични тунели са изобретени в края на 19 век, в първите дни на авиационните изследвания. Тогава мнозина се опитаха да разработят успешни самолети, по-тежки от въздуха. Аеродинамичният тунел е замислен като средство за обръщане на конвенционалната парадигма. Вместо да стоите неподвижно и да премествате обект през него, същият ефект ще се получи, ако обектът стои неподвижно и въздухът се движи с по-висока скорост. По този начин неподвижният наблюдател може да изучава летящия продукт в действие и да измерва практическата аеродинамика, наложена върху него.
Развитието на тръбите съпътства развитието на самолета. Големи аеродинамични елементи са построени по време на Втората световна война. Тестването в такава тръба се счита за стратегически важно по време на разработването на свръхзвукови самолети и ракети по време на Студената война. Днес самолетите са всичко. И почти всички най-важни разработки вече са въведени в ежедневието.
По-късно проучването на аеродинамичните тунели стана нещо естествено. Ефектът на вятъра върху създадени от човека структури или предмети трябваше да се проучи, когато сградите станаха достатъчно високи, за да представят големи повърхности на вятъра, и произтичащите от това сили трябваше да се противопоставят на вътрешните елементи на сградата. Дефинирането на такива множества се изискваше преди строителните кодове да могатопределяне на необходимата здравина на конструкциите. И такива тестове продължават да се използват за големи или необичайни сгради и до днес.
Дори по-късно бяха приложени проверки на аеродинамичното съпротивление на автомобилите. Но това не беше за определяне на силите като такива, а за установяване на начини за намаляване на мощността, необходима за придвижване на автомобила по пътните платна с дадена скорост. В тези проучвания взаимодействието между пътя и превозното средство играе значителна роля. Той е този, който трябва да се вземе предвид при интерпретацията на резултатите от теста.
В реална ситуация пътното платно се движи спрямо превозното средство, но въздухът все още е спрямо пътя. Но в аеродинамичен тунел въздухът се движи спрямо пътя. Докато последният е неподвижен спрямо превозното средство. Някои аеродинамични тунели на тестово превозно средство включват движещи се колани под изпитваното превозно средство. Това е, за да се доближим до действителното състояние. Подобни устройства се използват в конфигурации за излитане и кацане в аеродинамичен тунел.
Оборудване
Образците на спортно оборудване също са често срещани от много години. Те включват стикове и топки за голф, олимпийски бобслей и колоездачи и каски за състезателни автомобили. Аеродинамиката на последния е особено важна при превозни средства с отворена кабина (Indycar, Formula One). Прекомерната повдигаща сила върху каската може да причини значителен стресна врата на водача, а разделянето на потока от задната страна е турбулентно уплътнение и в резултат на това влошено зрение при високи скорости.
Напредъкът в симулациите на изчислителна флуидна динамика (CFD) на високоскоростни цифрови компютри намали необходимостта от тестване в аеродинамичен тунел. Въпреки това резултатите от CFD все още не са напълно надеждни, този инструмент се използва за проверка на прогнозите за CFD.
