Hierdie sleurkrag vind plaas in vliegtuie as gevolg van vlerke of 'n hysbak wat lug herlei om oplig te veroorsaak, en in motors met vleuelvlerke wat lug herlei om afwaartse krag te veroorsaak. Samuel Langley het opgemerk dat platter plate met hoër aspekverhoudings 'n groter opheffing en laer weerstand het en in 1902 bekendgestel is. Sonder die uitvinding van die aërodinamiese kwaliteit van die vliegtuig, sou moderne vliegtuigontwerp onmoontlik wees.
Optel en beweeg
Die totale aërodinamiese krag wat op 'n liggaam inwerk, word gewoonlik beskou as bestaan uit twee komponente: lig en verplasing. Per definisie word die kragkomponent parallel met die teenvloei verplasing genoem, terwyl die komponent loodreg op die teenvloei lig genoem word.
Hierdie basiese beginsels van aërodinamika is van groot belang vir die ontleding van die aërodinamiese kwaliteit van die vlerk. Hysing word geproduseer deur die rigting van vloei om die vlerk te verander. Veranderrigting lei tot 'n verandering in spoed (selfs al is daar geen verandering in spoed, soos gesien in eenvormige sirkelbeweging), wat versnelling is. Daarom, om die rigting van vloei te verander, moet 'n krag op die vloeistof toegepas word. Dit is duidelik sigbaar op enige vliegtuig, kyk net na die skematiese voorstelling van die aërodinamiese kwaliteit van die An-2.
Maar nie alles is so eenvoudig nie. Deur die tema van aërodinamiese kwaliteit van 'n vlerk voort te sit, is dit opmerklik dat die skepping van lughyser daaronder teen 'n hoër druk is as die lugdruk daarbo. Op 'n eindige span vlerk veroorsaak hierdie drukverskil lug om vanaf die wortel van die onderste oppervlak vlerk na die basis van sy boonste oppervlak te vloei. Hierdie vlieënde lugvloei kombineer met vloeiende lug om 'n verandering in spoed en rigting te veroorsaak wat die lugvloei verdraai en vorteks langs die agterrand van die vlerk skep. Die draaikolke wat geskep word, is onstabiel, hulle kombineer vinnig om vlerkkolke te skep. Die gevolglike draaikolke verander die spoed en rigting van die lugvloei agter die agterrand, buig dit afwaarts en veroorsaak daardeur 'n flap agter die vlerk. Vanuit hierdie oogpunt het die MS-21-vliegtuig byvoorbeeld 'n hoë vlak van hysbak-tot-sleep-verhouding.
Lugvloeibeheer
Die draaikolke verander op hul beurt die lugvloei om die vlerk, wat die vlerk se vermoë om hysbak te genereer verminder, dus vereis dit 'n hoër aanvalshoek vir dieselfde hysbak, wat die totale aerodinamiese krag agtertoe kantel en die sleurkomponent van daardie krag. Hoekafwyking is weglaatbaaraffekteer hysbak. Daar is egter 'n toename in weerstand gelykstaande aan die produk van die hysbak en die hoek waardeur dit afwyk. Aangesien defleksie self 'n funksie van die hysbak is, is die bykomende sleurkrag eweredig aan die klimhoek, wat duidelik in die A320 se aërodinamika gesien kan word.
Historiese voorbeelde
'n Reghoekige planetêre vlerk skep meer draaikolkvibrasies as 'n koniese of elliptiese vlerk, en daarom is baie moderne vlerke taps om die lig-tot-sleep-verhouding te verbeter. Die elliptiese lugraamwerk is egter meer doeltreffend aangesien die geïnduseerde was (en dus die effektiewe aanvalshoek) konstant oor die hele span van die vlerke is. Weens vervaardigingskomplikasies het min vliegtuie hierdie planvorm, die bekendste voorbeelde is die Spitfire van die Tweede Wêreldoorlog en die Thunderbolt. Tapse vlerke met reguit voor- en agterrande kan 'n elliptiese ligverspreiding nader. As 'n algemene reël produseer reguit, ontoelopende vlerke 5% en tapse vlerke produseer 1-2% meer geïnduseerde sleep as 'n elliptiese vlerk. Daarom het hulle beter aërodinamiese kwaliteit.
proporsionaliteit
'n Hoë aspekverhouding vlerk sal minder geïnduseerde sleuring produseer as 'n lae aspekverhouding vlerk omdat daar minder lugversteuring aan die punt van 'n langer, dunner vlerk is. Daarom is die geïnduseerdeweerstand kan omgekeerd eweredig aan proporsionaliteit wees, maak nie saak hoe paradoksaal dit mag klink nie. Die hysbakverspreiding kan ook verander word deur uit te was, die vlerk om te draai om die val na die vlerke te verminder, en deur die vleuel naby die vlerke te verander. Dit laat jou toe om meer hysbak nader aan die vlerkwortel en minder aan die vlerk te kry, wat lei tot 'n afname in die sterkte van die vlerkkolke en, dienooreenkomstig, tot 'n verbetering in die aërodinamiese kwaliteit van die vliegtuig.
In die geskiedenis van vliegtuigontwerp
Op sommige vroeë vliegtuie was die vinne op die punte van die sterte gemonteer. Latere vliegtuie het 'n ander vlerkvorm om die intensiteit van die draaikolke te verminder en maksimum lig-tot-sleep-verhouding te bereik.
Dak-waaier-brandstoftenks kan ook 'n mate van voordeel bied deur chaotiese lugvloei om die vlerk te voorkom. Nou word hulle in baie vliegtuie gebruik. Die aërodinamiese kwaliteit van die DC-10 is tereg as revolusionêr in hierdie verband beskou. Die moderne lugvaartmark is egter lankal aangevul met baie meer gevorderde modelle.
Sleep-om-te-sleep-formule: verduidelik in eenvoudige terme
Om die totale weerstand te bereken is dit nodig om die sogenaamde parasitiese weerstand in ag te neem. Aangesien geïnduseerde sleurkrag omgekeerd eweredig is aan die kwadraat van lugspoed (teen 'n gegewe hysbak), terwyl parasitiese sleurkrag direk eweredig daaraan is, toon die algehele sleurkromme die minimum spoed. Vliegtuig,teen sulke spoed vlieg, werk met optimale aërodinamiese eienskappe. Volgens bogenoemde vergelykings vind die spoed van minimum weerstand plaas teen 'n spoed waarteen die geïnduseerde weerstand gelyk is aan die parasitiese weerstand. Dit is die spoed waarteen die optimum gliphoek vir ledige vliegtuie bereik word. Om nie ongegrond te wees nie, oorweeg die formule op die voorbeeld van 'n vliegtuig:
Die voortsetting van die formule is ook nogal nuuskierig (foto hieronder). Deur hoër te vlieg, waar die lug dunner is, sal die spoed waarteen die minimum sleurbeweging plaasvind, verhoog, en dus laat dit vinniger reis op dieselfde hoeveelheid van brandstof.
As 'n vliegtuig teen sy maksimum toelaatbare spoed vlieg, dan sal die hoogte waarteen die lugdigtheid dit van die beste aërodinamiese kwaliteit sal voorsien. Optimale hoogte teen maksimum spoed en optimale spoed by maksimum hoogte kan tydens vlug verander.
Stamina
Snelheid vir maksimum uithouvermoë (d.w.s. tyd in die lug) is die spoed vir minimum brandstofverbruik en minder spoed vir maksimum reikafstand. Brandstofverbruik word bereken as die produk van die vereiste krag en die spesifieke brandstofverbruik per enjin (brandstofverbruik per eenheid krag). Die vereiste krag is gelyk aan die sleeptyd.
Geskiedenis
Die ontwikkeling van moderne aërodinamika het eers in die XVII begineeue, maar aërodinamiese kragte word al duisende jare lank deur mense in seilbote en windpompe gebruik, en beelde en verhale van vlug verskyn in alle geskiedkundige dokumente en kunswerke, soos die antieke Griekse legende van Icarus en Daedalus. Die fundamentele konsepte van kontinuum, weerstand en drukgradiënte kom voor in die werk van Aristoteles en Archimedes.
In 1726 het sir Isaac Newton die eerste persoon geword wat die teorie van lugweerstand ontwikkel het, wat dit een van die eerste argumente oor aërodinamiese eienskappe maak. Die Nederlands-Switserse wiskundige Daniel Bernoulli het in 1738 'n verhandeling geskryf genaamd Hydrodynamica waarin hy die fundamentele verband tussen druk, digtheid en vloeisnelheid vir onsamedrukbare vloei beskryf, vandag bekend as Bernoulli se beginsel, wat een metode verskaf vir die berekening van aërodinamiese hysbak. In 1757 het Leonhard Euler die meer algemene Euler-vergelykings gepubliseer, wat op beide saamdrukbare en onsamedrukbare vloei toegepas kan word. Die Euler-vergelykings is uitgebrei om die effekte van viskositeit in die eerste helfte van die 1800's in te sluit, wat aanleiding gegee het tot die Navier-Stokes-vergelykings. Aërodinamiese werkverrigting/aërodinamiese kwaliteit van die pool is ongeveer dieselfde tyd ontdek.
Op grond van hierdie gebeure, sowel as navorsing wat in hul eie windtonnel gedoen is, het die Wright-broers die eerste vliegtuig op 17 Desember 1903 gevlieg.
Tipe lugdinamika
Aërodinamiese probleme word geklassifiseer volgens vloeitoestande of vloei-eienskappe, insluitend eienskappe soos snelheid, saamdrukbaarheid en viskositeit. Hulle word meestal in twee tipes verdeel:
- Eksterne aërodinamika is die studie van vloei rondom soliede voorwerpe van verskillende vorms. Voorbeelde van eksterne aerodinamika is die assessering van opheffing en sleep op 'n vliegtuig, of die skokgolwe wat voor 'n missiel se neus vorm.
- Interne aërodinamika is die studie van vloei deur gange in soliede voorwerpe. Interne lugdinamika dek byvoorbeeld die studie van lugvloei deur 'n straalenjin of deur 'n lugversorgingskoorsteen.
Aërodinamiese probleme kan ook geklassifiseer word volgens vloeispoed onder of naby die spoed van klank.
Die probleem word genoem:
- subsonies, as alle snelhede in die probleem minder is as die spoed van klank;
- transonies as daar snelhede beide onder en bo die spoed van klank is (gewoonlik wanneer die kenmerkende spoed ongeveer gelyk is aan die spoed van klank);
- supersoonlik, wanneer die kenmerkende vloeisnelheid groter is as die spoed van klank;
- hipersoonlik, wanneer die vloeisnelheid baie groter is as die spoed van klank.
Aerodinamici stem nie saam oor die presiese definisie van hipersoniese vloei nie.
Die effek van viskositeit op vloei dikteer 'n derde klassifikasie. Sommige probleme kan slegs baie klein viskose effekte hê, in welke geval die viskositeit as weglaatbaar beskou kan word. Benaderings tot hierdie probleme word onviscid genoemstrome. Vloei waarvoor viskositeit nie afgeskeep kan word nie, word viskose vloei genoem.
saamdrukbaarheid
'n Onsaamdrukbare vloei is 'n vloei waarin die digtheid konstant is in tyd en ruimte. Alhoewel alle werklike vloeistowwe saamdrukbaar is, word vloei dikwels as onsamedrukbaar benader as die effek van 'n verandering in digtheid slegs klein veranderinge in die berekende resultate veroorsaak. Dit is meer waarskynlik wanneer die vloeitempo ver onder die spoed van klank is. Die uitwerking van saamdrukbaarheid is meer betekenisvol by spoed naby aan of hoër as die spoed van klank. Die Mach-nommer word gebruik om die moontlikheid van onsaamdrukbaarheid te evalueer, anders moet saamdrukbaarheidseffekte ingesluit word.
Volgens die teorie van aerodinamika word die vloei as saamdrukbaar beskou as die digtheid langs die stroomlyn verander. Dit beteken dat, in teenstelling met 'n onsamedrukbare vloei, veranderinge in digtheid in ag geneem word. Oor die algemeen is dit die geval wanneer die Mach-getal van 'n gedeelte of die hele vloei 0.3 oorskry. Die Mach-waarde van 0.3 is eerder arbitrêr, maar dit word gebruik omdat 'n gasvloei onder hierdie waarde minder as 5% digtheidsveranderinge toon. Ook vind die maksimum digtheidsverandering van 5% by die stagnasiepunt plaas (die punt op die voorwerp waar die vloeisnelheid nul is), terwyl die digtheid rondom die res van die voorwerp baie laer sal wees. Transoniese, supersoniese en hipersoniese vloeie is almal saamdrukbaar.
Gevolgtrekking
Aerodinamika is vandag een van die belangrikste wetenskappe in die wêreld. Sy voorsien onsdie bou van kwaliteit vliegtuie, skepe, motors en komiese shuttles. Dit speel 'n groot rol in die ontwikkeling van moderne soorte wapens - ballistiese missiele, boosters, torpedo's en hommeltuie. Dit alles sou onmoontlik wees as dit nie vir moderne gevorderde konsepte van aërodinamiese kwaliteit was nie.
Dus het idees oor die onderwerp van die artikel verander van pragtige, maar naïewe fantasieë oor Icarus, na funksionele en werklik werkende vliegtuie wat aan die begin van die vorige eeu ontstaan het. Vandag kan ons ons nie ons lewens voorstel sonder motors, skepe en vliegtuie nie, en hierdie voertuie verbeter steeds met nuwe deurbrake in aërodinamika.
Die aërodinamiese eienskappe van sweeftuie was 'n ware deurbraak in hul tyd. Aanvanklik is alle ontdekkings op hierdie gebied gemaak deur middel van abstrakte, soms geskei van die werklikheid, teoretiese berekeninge, wat deur Franse en Duitse wiskundiges in hul laboratoriums uitgevoer is. Later is al hul formules vir ander, meer fantastiese (volgens die standaarde van die 18de eeu) gebruik, soos om die ideale vorm en spoed van toekomstige vliegtuie te bereken. In die 19de eeu het hierdie toestelle begin om in groot hoeveelhede gebou te word, begin met sweeftuie en lugskepe, die Europeërs het geleidelik oorgeskakel na die konstruksie van vliegtuie. Laasgenoemde is eers uitsluitlik vir militêre doeleindes gebruik. Die aces van die Eerste Wêreldoorlog het gewys hoe belangrik die kwessie van oorheersing in die lug vir enige land is, en die ingenieurs van die tussenoorlogse tydperk het ontdek dat sulke vliegtuie nie net effektief is vir die weermag nie, maar ook vir burgerlikes.doelwitte. Met verloop van tyd het burgerlugvaart ons lewens stewig betree, en vandag kan nie 'n enkele staat daarsonder klaarkom nie.
