Aerodinamiese sleep is 'n krag wat teenoor die relatiewe beweging van enige voorwerp inwerk. Dit kan tussen twee lae soliede oppervlak bestaan. Anders as ander resistiewe stelle, soos droë wrywing, wat amper onafhanklik van spoed is, gehoorsaam die sleepkragte 'n gegewe waarde. Alhoewel die uiteindelike oorsaak van die aksie viskose wrywing is, is turbulensie onafhanklik daarvan. Die sleepkrag is eweredig aan die laminêre vloeisnelheid.
Konsep
Aerodinamiese sleuring is die krag wat op enige bewegende soliede liggaam inwerk in die rigting van die aankomende vloeistof. In terme van die nabye veldbenadering, is sleep die gevolg van kragte as gevolg van die verspreiding van druk oor die oppervlak van die voorwerp, gesimboliseer deur D. As gevolg van velwrywing, wat die gevolg is van viskositeit, word De. Alternatiewelik, bereken vanuit die oogpunt van die vloeiveld, die kragweerstand ontstaan as gevolg van drie natuurlike verskynsels: skokgolwe, draaikolklaag en viskositeit. Dit alles kan gevind word in die tabel van aërodinamiese sleur.
Oorsig
Die verspreiding van druk wat op die oppervlak van 'n liggaam inwerk, beïnvloed groot kragte. Hulle kan op hul beurt opgesom word. Die stroomaf komponente van hierdie waarde vorm die sleepkrag, Drp, as gevolg van die verspreiding van druk wat die liggaam affekteer. Die aard van hierdie kragte kombineer skokgolf-effekte, vortex-stelselopwekking en wakkermeganismes.
Die viskositeit van 'n vloeistof het 'n beduidende effek op sleep. In die afwesigheid van hierdie komponent word die drukkragte wat inwerk om die voertuig te vertraag, geneutraliseer deur die krag wat in die agterste deel is en die voertuig vorentoe stoot. Dit word herdruk genoem, wat lei tot geen aërodinamiese weerstand nie. Dit wil sê, die werk wat die liggaam op die lugvloei doen is omkeerbaar en herwinbaar aangesien daar geen wrywingseffekte is om die energie van die vloei in hitte om te skakel nie.
Drukherstel werk selfs in die geval van viskose beweging. Hierdie waarde lei egter tot krag. Dit is die dominante komponent van sleur in die geval van voertuie met gesplete vloeistreke waar kopherwinning as taamlik ondoeltreffend beskou word.
Die wrywingskrag, wat die tangensiële krag op die oppervlak isvliegtuig, hang af van die konfigurasie van die grenslaag en die viskositeit. Aërodinamiese weerstand, Df, word bereken as die stroomaf projeksie van moerasstelle geskat vanaf die liggaamsoppervlak.
Die som van wrywing- en drukweerstand word viskose weerstand genoem. Vanuit 'n termodinamiese perspektief is moeraseffekte onomkeerbare verskynsels en skep dus entropie. Die berekende viskose weerstand Dv gebruik veranderinge in hierdie waarde om die terugslagkrag akkuraat te voorspel.
Hier is dit ook nodig om die formule vir lugdigtheid vir gas te gee: РV=m/MRT.
Wanneer 'n vliegtuig hysbak produseer, is daar nog 'n komponent van terugstoot. Geïnduseerde weerstand, Di. Dit spruit uit die verandering in die drukverspreiding van die draaikolkstelsel wat met die produksie van die hysbak gepaard gaan. 'n Alternatiewe hysbakperspektief word verkry deur die verandering in momentum van die lugvloei in ag te neem. Die vlerk onderskep die lug en dwing dit om af te beweeg. Dit lei daartoe dat 'n gelyke en teenoorgestelde sleepkrag op die vlerk inwerk, wat lig is.
Die verandering van die momentum van die lugvloei af lei tot 'n afname in die omgekeerde waarde. Dat dit die gevolg is van die krag wat vorentoe op die aangewende vlerk inwerk.’n Gelyke maar teenoorgestelde massa werk op die rug, wat die geïnduseerde sleuring is. Dit is geneig om die belangrikste komponent vir vliegtuie te wees tydens opstyg of landing. Nog 'n sleepvoorwerp, golfsleur (Dw) is as gevolg van skokgolweteen transoniese en supersoniese snelhede van vlugmeganika. Hierdie rolle veroorsaak veranderinge in die grenslaag en drukverspreiding oor die oppervlak van die liggaam.
Geskiedenis
Die idee dat 'n bewegende liggaam wat deur lug beweeg (digtheidsformule) of ander vloeistof weerstand ondervind, is sedert die tyd van Aristoteles bekend. 'n Artikel deur Louis Charles Breguet wat in 1922 geskryf is, het begin met 'n poging om weerstand te verminder deur optimalisering. Die skrywer het voortgegaan om sy idees tot lewe te bring en verskeie rekordbrekende vliegtuie in die 1920's en 1930's geskep. Ludwig Prandtl se grenslaagteorie in 1920 het 'n aansporing verskaf om wrywing te verminder.
Nog 'n belangrike oproep vir volgordebepaling is gemaak deur sir Melville Jones, wat teoretiese konsepte bekendgestel het om die belangrikheid van volgordebepaling in vliegtuigontwerp oortuigend te demonstreer. In 1929 was sy werk, The Streamlined Airplane wat aan die Royal Aeronautical Society aangebied is, die belangrikste. Hy het 'n ideale vliegtuig voorgestel wat minimale weerstand sou hê, wat lei tot die konsep van 'n "skoon" eenvliegtuig en intrekbare onderstel.
Een van die aspekte van Jones se werk wat die ontwerpers van daardie tyd die meeste geskok het, was sy plot van perdekrag teenoor spoed vir 'n regte en ideale vliegtuig. As jy na die datapunt vir 'n vliegtuig kyk en dit horisontaal ekstrapoleer na 'n perfekte kurwe, kan jy binnekort die uitbetaling sien vir dieselfde krag. Toe Jones sy aanbieding voltooi het, het een van die luisteraarsvlak van belangrikheid as die Carnot-siklus in termodinamika.
Opheffing-geïnduseerde weerstand
Die opheffing-geïnduseerde terugslag is die gevolg van die skepping van 'n helling op 'n driedimensionele liggaam soos 'n vliegtuigvlerk of romp. Geïnduseerde rem bestaan hoofsaaklik uit twee komponente:
- Sleep as gevolg van die skep van agtervorteks.
- Het bykomende viskose sleuring wat nie daar is wanneer hysbak nul is nie.
Die terugdraaikolke in die vloeiveld wat as gevolg van die opheffing van die liggaam teenwoordig is, is as gevolg van die onstuimige vermenging van lug bo en onder die voorwerp, wat in verskeie verskillende rigtings vloei as gevolg van die skepping van hysbak.
Met ander parameters wat dieselfde bly as die hysbak wat deur die liggaam geskep word, neem die weerstand wat deur die helling veroorsaak word ook toe. Dit beteken dat soos die aanvalshoek van die vleuel toeneem, die hefkoëffisiënt toeneem, asook die terugslag. Aan die begin van 'n stalletjie neem die geneigde aërodinamiese krag dramaties af, net soos die opheffing-geïnduseerde sleur. Maar hierdie waarde neem toe as gevolg van die vorming van 'n onstuimige onaangehegte vloei na die liggaam.
Vuil sleep
Dit is die weerstand wat veroorsaak word deur die beweging van 'n soliede voorwerp deur 'n vloeistof. Parasitiese sleep het verskeie komponente, insluitend beweging as gevolg van viskose druk en as gevolg van oppervlakruwheid (velwrywing). Daarbenewens kan die teenwoordigheid van verskeie liggame in relatiewe nabyheid die sgsteuringsweerstand, wat soms beskryf word as 'n komponent van die term.
In lugvaart is geïnduseerde terugslag geneig om sterker te wees teen laer snelhede omdat 'n hoë aanvalshoek nodig is om hysbak te behou. Soos die spoed egter toeneem, kan dit verminder word, sowel as die geïnduseerde sleur. Parasitiese sleuring word egter groter omdat die vloeistof vinniger om uitstaande voorwerpe vloei, wat wrywing verhoog.
Teen hoër spoed (transonies) bereik golfsleur 'n nuwe vlak. Elkeen van hierdie vorme van afstoot verskil proporsioneel tot die ander, afhangende van die spoed. Die algehele sleurkurwe toon dus 'n minimum teen 'n sekere lugspoed - die vliegtuig sal teen of naby optimale doeltreffendheid wees. Vlieëniers sal hierdie spoed gebruik om uithouvermoë (minimum brandstofverbruik) of glyafstand te maksimeer in die geval van 'n enjinonderbreking.
Aviation Power Curve
Die interaksie van parasitiese en geïnduseerde sleur as 'n funksie van lugspoed kan as 'n kenmerkende lyn voorgestel word. In lugvaart word dit dikwels die kragkurwe genoem. Dit is belangrik vir vlieëniers omdat dit wys dat onder 'n sekere lugspoed, en teen-intuïtief, meer stukrag nodig is om dit te handhaaf soos die lugspoed afneem, nie minder nie. Die implikasies van "agter die skerms" in vlug is belangrik en word geleer as deel van vlieënieropleiding. Op subsonieslugspoed waar die U-vorm van hierdie kromme betekenisvol is, het golfweerstand nog nie 'n faktor geword nie. Dit is hoekom dit nie op die kromme gewys word nie.
Brem in transoniese en supersoniese vloei
Kompressiewe golfweerstand is die sleuring wat geskep word wanneer 'n liggaam deur 'n saamdrukbare vloeistof beweeg en teen spoed naby aan die spoed van klank in water. In aërodinamika het golfweerstand baie komponente, afhangende van die rymodus.
In transoniese vlug-aerodinamika is golfweerstand die gevolg van die vorming van skokgolwe in die vloeistof, wat gevorm word wanneer plaaslike areas van supersoniese vloei geskep word. In die praktyk vind so 'n beweging plaas op liggame wat ver onder die spoed van die sein beweeg, aangesien die plaaslike spoed van die lug toeneem. Volle supersoniese vloei oor die voertuig sal egter nie ontwikkel voordat die waarde veel verder gegaan het nie. Vliegtuie wat teen transoniese spoed vlieg, ervaar dikwels golftoestande tydens die normale verloop van vlug. In transoniese vlug word hierdie afstoting algemeen na verwys as transoniese saamdrukbaarheidsweerstand. Dit verskerp baie namate sy vlugspoed toeneem, en oorheers ander vorme teen daardie snelhede.
In supersoniese vlug is golfsleur die gevolg van skokgolwe wat in die vloeistof teenwoordig is en aan die liggaam geheg is, wat aan die voor- en agterkant van die liggaam vorm. In supersoniese strome, of in rompe met voldoende groot rotasiehoeke, sal daar eerder weeslos skok of geboë golwe word gevorm. Daarbenewens kan plaaslike gebiede van transoniese vloei teen laer supersoniese snelhede voorkom. Soms lei dit tot die ontwikkeling van bykomende skokgolwe wat op die oppervlaktes van ander hysliggame voorkom, soortgelyk aan dié wat in transoniese vloei voorkom. In kragtige vloeiregimes word golfweerstand gewoonlik in twee komponente verdeel:
- Supersoonlike styging afhangende van waarde.
- Volume, wat ook van die konsep afhang.
Die geslote-vorm oplossing vir die minimum golfweerstand van 'n liggaam van omwenteling met 'n vaste lengte is gevind deur Sears en Haack en staan bekend as die "Seers-Haack Distribution". Net so, vir 'n vaste volume, is die vorm vir die minimum golfweerstand "Von Karman Ogive".
Busemann se tweedekker is in beginsel glad nie onderhewig aan sulke optrede wanneer dit teen ontwerpspoed werk nie, maar is ook nie in staat om hysbak te genereer nie.
Products
'n Windtonnel is 'n instrument wat in navorsing gebruik word om die effek van lug wat verby soliede voorwerpe beweeg, te bestudeer. Hierdie ontwerp bestaan uit 'n buisvormige gang met die voorwerp wat getoets word in die middel geplaas. Lug word verby die voorwerp beweeg deur 'n kragtige waaierstelsel of ander manier. Die toetsvoorwerp, wat dikwels na verwys word as 'n pypmodel, is toegerus met toepaslike sensors om lugkragte, drukverspreiding of anderaërodinamiese eienskappe. Dit is ook nodig om die probleem in die stelsel betyds raak te sien en reg te stel.
Wat is die soorte vliegtuie
Kom ons kyk eers na geskiedenis. Die vroegste windtonnels is aan die einde van die 19de eeu, in die vroeë dae van lugvaartnavorsing, uitgevind. Dit was toe dat baie probeer het om suksesvolle swaarder-as-lugvliegtuie te ontwikkel. Die windtonnel is ontwerp as 'n manier om die konvensionele paradigma om te keer. In plaas daarvan om stil te staan en 'n voorwerp daardeur te beweeg, sal dieselfde effek verkry word as die voorwerp stilstaan en die lug teen 'n hoër spoed beweeg. Sodoende kan 'n stilstaande waarnemer die vlieënde produk in aksie bestudeer en die praktiese aërodinamika wat daaraan afgedwing word meet.
Die ontwikkeling van pype het die ontwikkeling van die vliegtuig vergesel. Groot aërodinamiese items is tydens die Tweede Wêreldoorlog gebou. Toetsing in so 'n buis is tydens die ontwikkeling van supersoniese vliegtuie en missiele tydens die Koue Oorlog as strategies belangrik beskou. Vandag is vliegtuie enigiets. En byna al die belangrikste ontwikkelings is reeds in die alledaagse lewe ingebring.
Latere windtonnelnavorsing het 'n vanselfsprekendheid geword. Die effek van wind op mensgemaakte strukture of voorwerpe moes bestudeer word wanneer geboue hoog genoeg geword het om groot oppervlaktes aan die wind voor te stel, en die gevolglike kragte moes deur die interne elemente van die gebou weerstaan word. Die definisie van sulke stelle was nodig voordat boukodes konbepaal die vereiste sterkte van strukture. En sulke toetse word tot vandag toe steeds vir groot of ongewone geboue gebruik.
Selfs later is tjeks toegepas op die aërodinamiese sleur van motors. Maar dit was nie om die kragte as sodanig te bepaal nie, maar om maniere te bepaal om die krag te verminder wat nodig is om die motor teen 'n gegewe spoed langs die padbeddings te beweeg. In hierdie studies speel die interaksie tussen pad en voertuig 'n beduidende rol. Dit is hy wat in ag geneem moet word by die interpretasie van toetsuitslae.
In 'n werklike situasie beweeg die pad relatief tot die voertuig, maar die lug is steeds relatief tot die pad. Maar in 'n windtonnel beweeg die lug relatief tot die pad. Terwyl laasgenoemde stilstaan relatief tot die voertuig. Sommige toetsvoertuie se windtonnels sluit bewegende gordels onder die toetsvoertuig in. Dit is om nader aan die werklike toestand te kom. Soortgelyke toestelle word gebruik in windtonnel-opstyg- en landingskonfigurasies.
toerusting
Voorbeelde van sporttoerusting is ook al vir baie jare algemeen. Hulle het gholfstokke en balle, Olimpiese bobslee en fietsryers, en renmotorhelms ingesluit. Die aërodinamika van laasgenoemde is veral belangrik in voertuie met 'n oop kajuit (Indycar, Formule Een). Oormatige hefkrag op die helm kan aansienlike spanning veroorsaakop die nek van die bestuurder, en die vloeiskeiding aan die agterkant is 'n onstuimige seël en as gevolg daarvan verswakte sig teen hoë spoed.
Vooruitgang in rekenaarvloeidinamika (CFD)-simulasies op hoëspoed digitale rekenaars het die behoefte aan windtonneltoetsing verminder. CFD-resultate is egter steeds nie heeltemal betroubaar nie, hierdie hulpmiddel word gebruik om CFD-voorspellings te verifieer.
