Aerodinamikai húzás. Frontális ellenállás. Szélcsatorna

Az aerodinamikai húzás a rokonával ellentétes erő bármely tárgy mozgása. A szilárd felület két rétege között létezhet. Más ellenállási halmazokkal, például a száraz súrlódással ellentétben, amelyek szinte függetlenek a sebességtől, az ellenállási erők engedelmeskednek ennek az értéknek. Annak ellenére, hogy a cselekvés végső oka viszkózus súrlódás, a turbulencia nem függ attól. Az ellenállási erő arányos a lamináris áramlási sebességgel.

A koncepció

Az aerodinamikai húzás olyan erő, amely bármilyen mozgó szilárd anyagra hat a bejövő áramlási folyadék irányában. A közeli mező közelítése szempontjából az ellenállás A tárgy felületén lévő nyomáseloszlás következtében fellépő erők eredménye, amelyet D szimbolizál. A bőr súrlódása miatt, amely a viszkozitás eredménye, a. Alternatív megoldásként az áramlási mező szempontjából kiszámított ellenállási erő három természeti jelenség eredményeként merül fel: lökéshullámok, örvényréteg és viszkozitás. Mindez megtalálható az aerodinamikai ellenállások táblázatában.

Áttekintés

A test felületére ható nyomás eloszlása hatással van a nagy erőkre. Ezek viszont össze lehet foglalni. Ennek az értéknek a lefelé ható összetevői alkotják az ellenállási teljesítményt, a DRP-t, a testet érintő nyomáseloszlás miatt. Ezeknek az erőknek a természete egyesíti a lökéshullám hatásait, az örvényrendszer létrehozását és a nyommechanizmusokat.

A folyadék viszkozitása jelentős hatással van az ellenállásra. Hiányában ennek a komponensnek a nyomóerői lassulnak le a jármű, semlegesíti a hátsó részben található erő, amely előre tolja a járművet. Ezt nyomásvisszanyerésnek nevezzük, amelynek eredményeként az aerodinamikai húzás nulla. Vagyis a test által a légáramláson végzett munka visszafordítható és helyreáll, mivel nincsenek súrlódási hatások az áramlás energiájának hővé alakítására.

A nyomásvisszanyerés viszkózus mozgás esetén is működik. Ez az érték azonban hatalomhoz vezet. Ez a húzás domináns összetevője a megosztott áramlású területekkel rendelkező járművek esetében, amelyekben a nyomás helyreállítása meglehetősen hatástalan.

A súrlódási erő, amely tangenciális erő a repülőgép felületén, a határréteg konfigurációjától és a viszkozitástól függ. Az aerodinamikai húzás, Df, a lápkészletek vetületeként számítják ki lefelé, becsülve a test felszínén.

A súrlódás és a nyomás ellenállásának összegét viszkózus ellenállásnak nevezzük. Termodinamikai szempontból a ingoványhatások visszafordíthatatlan jelenségek, ezért entrópiát hoznak létre. A számított viszkózus ellenállás Dv ennek az értéknek a változásait használja az ellenállási erő pontos előrejelzésére.

Itt is meg kell adni a gáz levegő sűrűségének képletét: P * V =m / M * R * T.

Amikor a repülőgép emelést termel, van egy másik eleme a visszautasításnak. Indukált rezisztencia, Di. Ez a felvonó gyártását kísérő örvényrendszer nyomáseloszlásának megváltozása miatt merül fel. A felemelkedés alternatív perspektíváját úgy érik el, hogy figyelembe veszik a légáramlás lendületének változását. A szárny elfogja a levegőt, és lefelé kényszeríti. Ez azzal a ténnyel jár, hogy a szárnyra egyenlő és ellentétes húzóerő hat, ami az emelőerő.

A légáramlás lefelé irányuló lendületének változása az inverz érték csökkenéséhez vezet. Ez az alkalmazott szárnyra ható erő eredménye. Egyenlő, de ellentétes tömeg hat a hátsó részre, ami az indukált ellenállás. A felszállás vagy leszállás során általában a repülőgépek legfontosabb alkotóeleme. Egy másik húzóobjektum, a hullámhúzás (DW) a repülési szerelő transzonikus és szuperszonikus sebességén fellépő lökéshullámok miatt következik be. Ezek a tengelyek változásokat okoznak a határrétegben és a nyomás eloszlásában a test felületén.

Történelem

Arisztotelész óta ismert az a gondolat, hogy a levegőn áthaladó mozgó test (sűrűségképlet) vagy más folyadék ellenállással találkozik. Louis Charles Breguet 1922-ben írt cikke az ellenállás optimalizálásával kezdte meg az erőfeszítéseket. A szerző továbbra is életre keltette ötleteit, 1920-ban és 1930-ban több rekordot jelentő repülőgépet hozott létre. Ludwig Prandtl határréteg-elmélete 1920-ban ösztönözte a súrlódás minimalizálását.

Egy másik fontos megrendelési felhívást Sir Melville Jones tett, aki elméleti koncepciókat mutatott be, hogy meggyőzően bemutassa a megrendelés fontosságát a repülőgépek tervezésében. 1929-ben a Royal Aeronautical Society-nek bemutatott "áramvonalas Repülőgép" munkája gyümölcsöző volt. Javasolt egy ideális repülőgépet, amelynek minimális ellenállása lenne, ami a "tiszta" monoplán és a behúzható futómű fogalmához vezetne.

Jones munkájának egyik aspektusa, amely leginkább megdöbbentette az akkori tervezőket, az volt a grafikonja, hogy a lóerő mennyire függ a sebességtől egy valódi és ideális síkon. Ha megnézzük a repülőgép adatpontját, és vízszintesen extrapoláljuk az ideális görbére, hamarosan láthatjuk az azonos teljesítmény nyereségét. Amikor Jones befejezte előadását, az egyik hallgató ugyanolyan jelentőségű eredményeket nevezett meg, mint a Carnot-ciklus a termodinamikában.

Lift által indukált ellenállás

Az emelés által okozott visszapattanás egy háromdimenziós testen, például egy repülőgép szárnyán vagy törzsén történő lejtés eredményeként következik be. Az indukált fékezés főleg két összetevőből áll:

• Húzás a záró örvények létrehozása miatt.
• További viszkózus ellenállás jelenléte, amely nincs jelen, ha a felvonó nulla.

A test emelésének eredményeként jelen lévő áramlási mezőben lévő hátsó örvények a levegő turbulens keveredése miatt fordulnak elő a tárgy felett és alatt, amely az emelőerő létrehozásának eredményeként több különböző irányba áramlik.

Más paraméterekkel, amelyek ugyanazok maradnak, mint a test által létrehozott emelés, a lejtés által okozott ellenállás is növekszik. Ez azt jelenti, hogy a szárny támadási szögének növekedésével az emelési együttható növekszik, csakúgy, mint a visszautasítás. Az istálló elején a ferde aerodinamikai erő hirtelen csökken, csakúgy, mint a felvonó által okozott húzás. De ez az érték növekszik a testet követő turbulens, nem összehangolt áramlás kialakulása miatt.

Parazita húzás

Ez az az ellenállás, amelyet egy szilárd tárgy folyadékon keresztül történő mozgatása okoz. A parazita húzás több összetevőből áll, beleértve a viszkózus nyomás alatti mozgást és a felületi érdesség (a bőr súrlódása)miatt. Ezenkívül több test relatív közelségben való jelenléte úgynevezett interferencia-ellenállást okozhat, amelyet néha ennek a kifejezésnek a részeként írnak le.

A repülésben az indukált visszaverődés alacsonyabb sebességnél általában erősebb, mert az emelés fenntartásához nagy támadási szög szükséges. A növekvő sebességgel azonban csökkenthető, valamint az indukált ellenállás. A parazita visszautasítás azonban nagyobb lesz, mert a folyadék gyorsabban áramlik a kiálló tárgyak körül, növelve a súrlódást.

Nagyobb sebességnél (transzonikus) a Hullámellenállás új szintet ér el. Az ellenállás ezen formái a sebességtől függően arányosan változnak a többihez képest. Így az Általános ellenállási görbe minimumot mutat bizonyos légsebességgel-a repülőgép optimális hatékonysággal vagy megközelítéssel rendelkezik. A pilóták ezt a sebességet a maximális állóképesség (minimális üzemanyag-fogyasztás) vagy a siklási tartomány maximalizálására használják motorhiba esetén.

Teljesítménygörbe a repülésben

A parazita és az indukált ellenállás kölcsönhatása a légsebességtől függően jellemző vonalként ábrázolható. A repülésben ezt gyakran teljesítménygörbének nevezik. Fontos, hogy a pilóták, mert azt mutatja, hogy az alábbiakban egy bizonyos sebesség, és fenntartani azt counterintuitively igényel nagyobb tolóerő csökken impetuosity, nem kevesebb. A következmények egy személy, hogy "a színfalak mögött" repülés fontosak, és tanítják részeként pilóta képzés. Szubszonikus légsebességnél, ahol ennek a görbének az U alakja jelentős, a Hullámellenállás még nem vált tényezővé. , ezért nem jelenik meg a görbén.

Fékezés transzonikus és szuperszonikus áramlásban

A hullámhúzás a tömörítés során olyan húzás, amely akkor jön létre, amikor a test összenyomható folyadékban mozog, a vízben lévő hang gyorsaságához közeli sebességgel. Az aerodinamikában a hullámhúzás a vezetési módtól függően sok alkatrészből áll.

Ban ben transzonikus repülési aerodinamika, a hullámhúzás a lökettengelyek kialakulásának eredménye a folyadékban, amely a szuperszonikus áramlás helyi területeinek létrehozásakor keletkezik. A gyakorlatban ez a mozgás olyan testeken történik, amelyek jelentősen a jel gyorsasága alatt mozognak, mivel a levegő helyi sebessége növekszik. A jármű feletti teljes szuperszonikus áramlás azonban csak akkor alakul ki, ha az érték sokkal tovább halad. A transzonikus sebességgel repülő repülőgépek gyakran hullámállapotot tapasztalnak a normál repülés során. A transzonikus repülés során az ilyen visszautasítást általában transzonikus összenyomhatósági ellenállásnak nevezik. A repülési sebesség növekedésével jelentősen növekszik, ezeken a sebességeken más formák dominálnak.

A szuperszonikus repülés során a hullámhúzás a folyadékban lévő ütőtengelyek eredménye, amelyek a testhez vannak rögzítve, az elülső és a hátsó szélein kialakítva. Szuperszonikus áramlásokban vagy kellően nagy forgási szögű hajótestekben laza ütés vagy ívelt hullámok alakulnak ki. Ezenkívül a helyi transzonikus áramlási régiók alacsonyabb szuperszonikus sebességgel fordulhatnak elő. Néha további lengőtengelyek kialakulásához vezetnek, amelyek más emelő testek felületén vannak jelen, hasonlóan a transzonikus áramlásokhoz. Nagy teljesítményű üzemmódokban a hullámellenállási áramokat általában két komponensre osztják:

• Szuperszonikus emelkedés, az értéktől függően.
• A kötet, amely a koncepciótól is függ.

A Sears és a Haak egy rögzített hosszúságú forgótest minimális hullámállóságára zárt formájú megoldást talált, és "Sears-Haak distribution". Hasonlóképpen, rögzített térfogat esetén a minimális Hullámellenállás alakja — "Von Karman Ogive".

Buzeman kétfedelű repülőgépe elvileg nem tartozik ilyen intézkedés alá egyáltalán, ha működik a tervezési sebesség, de ez is nem képes generálni lift.

Áruk

A szélcsatorna egy olyan eszköz, amelyet a szilárd tárgyak mellett mozgó levegő hatásának tanulmányozására használnak. Ez a kialakítás egy cső alakú átjáróból áll, amelynek közepén a tesztobjektum van felszerelve. A levegő egy erős ventilátorrendszer vagy más eszköz segítségével mozog az objektumon. A vizsgálati létesítmény, amelyet gyakran csőmodellnek neveznek, megfelelő érzékelőkkel van felszerelve a légierő, a nyomáseloszlás vagy más aerodinamikai jellemzők mérésére. Ez azért is szükséges, hogy időben észrevegyük és kijavítsuk a problémát a rendszerben.

Milyen típusú repülőgépek vannak

Először forduljunk a történethez. A legkorábbi szélcsatornákat a XIX. század végén találták ki, a repülés kutatásának első napjaiban. Ekkor sokan megpróbálták kifejleszteni a levegőnél nehezebb repülőgépeket. A szélcsatornát a szokásos paradigma megfordításának eszközeként fogalmazták meg. Ahelyett, hogy mozdulatlanul állna, és egy tárgyat mozgatna rajta, ugyanaz a hatás érhető el, ha a tárgy mozdulatlanul áll, és a levegő nagyobb sebességgel mozog, mint. Így egy helyhez kötött megfigyelő tanulmányozhat egy repülő terméket működés közben, és megmérheti a rá kiszabott gyakorlati aerodinamikát.

A csövek fejlesztése kísérte a repülőgép fejlődését. Nagy aerodinamikai termékeket építettek a második világháború alatt. Az ilyen csőben történő tesztelést stratégiailag fontosnak tartották a szuperszonikus repülőgépek és rakéták fejlesztése során a hidegháború idején. A mai napig a repülőgép bármi lehet. Szinte az összes legfontosabb fejlesztés már megvalósult a mindennapi életben.

Később a szélcsatorna tanulmányozása magától értetődővé vált. A szél mesterséges szerkezetekre vagy tárgyakra gyakorolt hatását akkor kellett vizsgálni, amikor az épületek elég magasak lettek ahhoz, hogy nagy felületeket képezzenek a szélnek, és az ebből eredő erőknek az épület belső elemeinek kellett ellenállniuk. Az ilyen készletek meghatározására azért volt szükség, hogy az építési szabályzatok meghatározhassák a szerkezetek szükséges szilárdságát. Az ilyen teszteket eddig továbbra is nagy vagy szokatlan épületeknél használják.

Még később ellenőrzéseket alkalmaztak az autók aerodinamikai húzására. De ez nem az erők mint olyan meghatározása volt, hanem annak megállapítása a csökkentés módjai a hatalom, szükséges mozgassa az autót az utak mentén egy adott sebességgel. Ezekben a vizsgálatokban az út és a jármű közötti kölcsönhatás jelentős szerepet játszik. A vizsgálati eredmények értelmezésekor ezt figyelembe kell venni.

Valós helyzetben az úttest a járműhöz képest mozog, de a levegő az autópályához képest álló helyzetben van. De egy szélcsatornában a levegő az úthoz képest mozog. Míg az utóbbi álló helyzetben van a járműhöz képest. Néhány teszt autóipari szélcsatorna mozgó öveket tartalmaz a tesztjármű alatt. Ennek célja, hogy közelebb kerüljön a tényleges állapothoz. Hasonló eszközöket használnak a szélcsatorna konfigurációk felszállás és leszállás repülőgép.

Felszerelés

A sporteszközök mintái is évek óta gyakoriak. Ezek közé tartoztak a golfütők és labdák, Olimpiai bobok és kerékpárosok, valamint versenyautó sisakok. Az utóbbi aerodinamikája különösen fontos a nyitott Fülkés járműveknél (Indycar, Formula One). A sisak túlzott emelőereje jelentős terhelést okozhat a vezető nyakán, az áramlás elválasztása a hátsó oldalon turbulens tömítés, ennek eredményeként nagy sebességgel romlik a látás.

A nagy sebességű digitális számítógépeken a számítási folyadékdinamika (CFD) modellezésének fejlődése csökkentette a szélcsatorna tesztelésének szükségességét. A CFD eredmények azonban még mindig nem teljesen megbízhatóak, ezt az eszközt használják hogy ellenőrizze CFD előrejelzések.