Аэродинамическое сопротивление тел — эффекты отрыва потока. Сопротивления трения и давления

Несмотря на то что прилегающий к поверхности пограничный слой имеет толщину несколько миллиметров, характер потока в этом пограничном слое, где проявляются силы вязкого трения жидкости, в значительной мере влияет на режим всего потока. Возникновение сопротивления в двухмерном несжимаемом потоке можно объяснить только с помощью трения жидкости.

Образование пограничного слоя (переход от ламинарного состояния потока к турбулентному)

Эпюра распределения скорости потока в пограничном слое для простого случая продольного обтекания пластины показана на рисунке 1.

Рисунок 1 — Схематичное изображение пограничного слоя при обтекании пластины в продольном направлении (размеры по оси y сильно увеличены)

В этом случае скорость во внешнем потоке V_∞ а значит, и давление p_∞ постоянны. Обладающий вязким трением поток прилипает к поверхности стенки. Первоначально вектор скорости потока параллелен стенке, и поток находится в стационарном состоянии. Такой режим течения потока называется ламинарным. Толщина пограничного слоя, т.е. той области, в которой наблюдается влияние вязкого трения, увеличивается в направлении перемещения потока по закону:

					(1)

То есть толщина пограничного слоя δ увеличивается от переднего края обтекаемой поверхности к заднему, и это увеличение тем больше, чем меньше скорость набегающего потока V_∞ и больше коэффициент кинематической вязкости ν.

Стабильность ламинарного режима течения потока в пограничном слое достигается только при определенных условиях в отношении шероховатости поверхности. По мере увеличения длины обтекаемой поверхности по ходу потока x > x_u наблюдается переход режима течения в пограничном слое в так называемое турбулентное состояние. Большое значение для такого перехода имеет число Рейнольдса. Для рассмотренного случая обтекания пластины, расположенной вдоль потока переход ламинарного режима течения в пограничном слое в турбулентный происходит при числе Рейнольдса

Rexu = V∞xu/ν = 5·105,

зависящем от длины обтекаемой поверхности по ходу потока. Это относится только к случаю, когда отсутствует градиент давления вдоль пластины. При наличии градиента давления в направлении распространения потока уменьшение давления вызывает стабилизацию ламинарного пограничного слоя, в то время как увеличение давления ведет к очень быстрому переходу его в турбулентное состояние. Помехи ламинарному потоку, например, шероховатость стенок, ускоряют процесс перехода. В общем случае можно констатировать, что переход от ламинарного режима течения потока к турбулентному происходит в зоне минимального давления, если число Рейнольдса при этом имеет не слишком малое значение.

После перехода поток в принципе имеет нестационарное состояние. В нестационарной зоне поток хотя еще прилегает к стенке и параллелен ей, но к средней скорости u прибавляются скорости пульсаций u′, V′, w′ во всех трех направлениях осей координат. Для параллельной стенке компоненты скорости (см. рисунок 1) имеет силу следующее выражение:

				(2)

где

				(3)

Такой режим течения потока называется турбулентным. Вследствие пульсаций в пограничном слое происходит интенсивная диффузия. В результате этого дополнительного к касательному напряжению, возникающему из-за молекулярного трения (см. Свойства несжимаемых жидкостей, уравнение 1), добавляется касательное напряжение вследствие турбулентных взаимодействий:

						(4)

В этом уравнении u′ и v′ — скорости пульсаций соответственно в направлении осей координат х и у. Поперечная черта означает, что речь идет о средних за бесконечно малый промежуток времени значениях скоростей (пульсаций в соответствии с уравнением 3). τ_turb всегда имеет положительное значение. Следовательно, турбулентные пульсации действуют так же, как заметное повышение вязкости обтекающей среды. А значит, толщина пограничного слоя для показанной на рисунке 1 пластины в направлении распространения потока после точки перехода увеличивается быстрее, чем до нее. Закон изменения толщины пограничного слоя после перехода его в турбулентное состояние имеет вид:

						(5)

Из-за диффузии эпюра скоростей при турбулентном потоке в пограничном слое более выпуклая, чем при ламинарном потоке (см. рисунок 1).

Отрыв потока

Ламинарный и турбулентный режимы течения в пограничном слое сильно зависят от изменения давления во внешнем потоке. При возрастании давления в направлении движения потока, особенно вблизи стенки, может иметь место его значительное замедление и в связи с этим появление обратных потоков. Схематично это представлено на рисунке 2, из которого видно, что линия тока отрывается от стенки. Этот процесс называется отрывом. Для точки отрыва А имеет силу выражение

(du/dy)w = 0						(6)

Рисунок 2 — Схема отрыва потока от стенки в пограничном слое

По сравнению с ламинарным пограничным слоем турбулентный выдерживает более сильные повышения давления, не приводящие к его отрыву. Это объясняется тем, что благодаря присущей турбулентному состоянию потока диффузии близким к стенкам слоям подводится усиленный извне импульс. При понижении давления опасность отрыва потока отсутствует.

Сопротивление трения

При наличии градиента скорости вблизи стенки в любом месте обтекаемого тела (рисунок 3) вследствие молекулярной вязкости тангенциальное напряжение τ_w, определяемое уравнением 1 (см. статью Свойства несжимаемых жидкостей), передается от обтекающей среды на стенку.

Рисунок 3 — Схема для определения силы сопротивления трения (на примере двухмерного потока)

Если суммировать компоненты элементарных сил в направлении потока

						(7)

то получится так называемое сопротивление трения. До тех пор, пока не возникли отрывы потока, эта сила является одной из самых весомых составляющих общего аэродинамического сопротивления тела при двухмерном потоке, это хорошо поясняют два приведенных ниже примера.

Рисунок 4 дает представление об изменении аэродинамического сопротивления плоской пластины, установленной вдоль потока (см. рисунок 1).

Рисунок 4 — Полученная экспериментальным путем зависимость коэффициента сопротивления плоских пластин и крыловидных профилей от числа Рейнольдса:

1 — ламинарное состояние потока, обтекающего плоскую пластину; 2 — турбулентное состояние потока, обтекающего плоскую гладкую пластину

Чтобы характеристика носила более общий характер и не зависела от размеров пластины (ширины b и длины L) и условий обтекания (давление q_∞ = ρV_∞²/2), можно использовать безразмерный коэффициент сопротивления

cW = W/[(ρV∞2/2)bL]					(8)

В рассматриваемом случае обтекания пластины сопротивление трения относится к обеим сторонам пластины (W = W_R). Базовой площадью в данном случае является площадь пластины в плане (bL). Коэффициент сопротивления пластины (см. рисунок 4) представлен функцией от числа Рейнольдса, зависящего от длины пластины (Re_L = V_∞L/ν).

В случае, если в пограничном слое на поверхности пластины имеет место ламинарный режим течения, зависимость c_W = f(Re) имеет вид:

 для ReL5				(9)

при переходном от ламинарного к турбулентному режиму течения в пограничном слое:

 для 5·105L 7			(10)

При больших значения числа Рейнольдса

cW = 0,91/(log ReL)2,58 при ReL > 107			(11)

в этом случае коэффициент аэродинамического сопротивления изменяется по асимптотическому закону.

Следует отметить, что если в передней части пластины имеет место ламинарный пограничный слой, а в задней части — турбулентный, то получается показанная на рисунке кривая перехода. Оказывается, что при турбулентном режиме течения в пограничном слое сопротивление трения гораздо больше, чем при ламинарном. Это объясняется тем, что более выпуклые эпюры скоростей в пограничном слое при турбулентном режиме течения проявляются в увеличении градиента скорости вдоль стенки по сравнению с ламинарным. На рисунке 4 показано, что шероховатость стенки существенно увеличивает сопротивление трения. Коэффициент сопротивления сильно увеличивается с возрастанием относительной шероховатости k/L и при этом почти не зависит от числа Рейнольдса. Обтекание пластины, имеющей значительную шероховатость, можно рассматривать как обтекание комбинации из угловатых плохо обтекаемых тел.

Тела с конечной толщиной также обладают сопротивлением трения. Их аэродинамическое сопротивление может иметь малое значение, если удается избежать срывов потока. Этого добиваются за счет пологих форм задней части автомобиля, которые имеют весьма незначительный градиент давления в направлении потока. Это же относится к крыловидным профилям и обтекаемым телам, обладающим малым аэродинамическим сопротивлением. На рисунке 4 показаны коэффициенты сопротивления для некоторых крыловидных профилей. Профили NACA 0012, 4412, 23012 имеют в основном турбулентные пограничные слои и ведут себя аналогично пластине, в передней части которой существует турбулентный пограничный слой. Профиль NACA 6 имеет на больших участках ламинарные пограничные слои и в отношении аэродинамического сопротивления существенно лучше.

Сопротивление давления

Плохо обтекаемые тела, такие, как круглый цилиндр, шар или установленная поперек потока пластина, имеют совершенно иной механизм возникновения аэродинамического сопротивления. При обтекании потоком с обратной стороны таких тел во внешнем потоке возникает столь существенное повышение давления, что это приводит к отрыву потока (см. статью Основы аэродинамики автомобиля, рисунок 2). В результате эпюра распределения давления по поверхности тела по сравнению с теоретическим случаем обтекания потоком, не обладающим вязким трением, очень существенно изменяется.

В качестве примера на рисунке 5 представлено распределение давления по поверхности круглого цилиндра.

Рисунок 5 — Распределение давления и характер линий тока для круглого цилиндра при различных числах Рейнольдса:

а — идеальный, не обладающий вязкостью поток, Re_D → ∞; б — ламинарный пограничный слой в предкритическом состоянии, Re_D = 1,9·10⁵; в — турбулентный пограничный слой в послекритическом состоянии, Re_D = 6,7·10⁵

На передней, обращенной к потоку стороне распределение давления в основном соответствует теоретическому распределению давления при обтекании потоком невязкой жидкости, в то время как на обратной стороне вызванное отрывом изменение структуры потока приводит к значительному снижению давления. Эпюра распределения давления относительно оси y становится несимметричной. Суммируя составляющие элементарных сил давления в направлении потока, можно записать (см. рисунок 3):

WD = ∫p sinα dF						(12)

Определяемая по формуле 12 величина W_D называется сопротивлением давления. Хотя тангенциальные напряжения, действующие на стенку, вызывают появление сопротивления трения W_R, однако для плохообтекаемых тел сопротивление давления является преобладающим. Полное аэродинамическое сопротивление движению тела складывается из сумму указанных составляющих:

W = WD + WR						(13)

Коэффициент сопротивления определяют как отношение силы W к скоростному напору ρV_∞²/2 и площади лобового сопротивления F_st:

cWst = W/[(ρV∞2/2)Fst]					(14)

На рисунке 6 показана зависимость коэффициента аэродинамического сопротивления от числа Рейнольдса Re_D = V_∞ D/ν для круглого цилиндра и для установленной поперек потока пластины.

Рисунок 6 — Коэффициенты аэродинамического сопротивления тел в зависимости от числа Рейнольдса (для случаев б и в, показанных на рисунке 5, поток двухмерный)

За исключением области очень малых чисел Рейнольдса отрыв потока, обтекающего пластину, всегда происходит одинаково, и коэффициент c_W не зависит от числа Рейнольдса. В отличие от тел, имеющих острые кромки, отрыв потока от поверхностей тел, имеющих скругления, не зафиксирован.

Положение места срыва потока определяется состоянием пограничного слоя. При малых значениях числа Рейнольдса пограничный слой ламинарный (сравните случай «б» на рисунке 5 и 6). Отрыв происходит очень близко к максимальному сечению тела. Возникающая зона вихревого следа широкая, и коэффициент аэродинамического сопротивления имеет большое значение. При критическом значении числа Рейнольдса Re_{D, krit} = 5·10⁵ происходит внезапное преобразование потока. Турбулентный пограничный слой дольше прилегает к поверхности обтекаемого тела (сравните случай «в» на на рисунке 5 и 6). Возникающая зона вихревого следа узкая, и коэффициент аэродинамического сопротивления резко уменьшается.

За исключением особых случаев при проектировании автомобиля стремятся предотвратить внезапное изменение коэффициента c_W в зависимости от числа Рейнольдса. Поэтому для отрыва потока предусматривают определенные места, например, в начале скоса контура задней части автомобиля. Формообразование до места срыва потока направлено на то, чтобы при любых условиях осуществить по возможности продолжающееся повышение давления. Чтобы аэродинамическое сопротивление оставалось небольшим, образующаяся зона вихревого следа должна быть по возможности меньше. С учетом площади лобового сопротивления коэффициенты аэродинамического сопротивления современных европейских автомобилей (исключая спортивные автомобили), по данным Гухо, находятся в пределах 0,37 W числа Рейнольдса и не имеют резких колебаний при его изменении. Это значит, что преобладающей частью полного аэродинамического сопротивления этих автомобилей является сопротивление давления. Для некоторых обтекаемых форм согласно данным Гухо коэффициенты аэродинамического сопротивления имеют значения 0,15 W . Для таких автомобилей относительная часть сопротивления давления существенно меньше, поэтому в общем аэродинамическом сопротивлении такого автомобиля увеличивается доля сопротивления трения и, как следствие, коэффициенты аэродинамического сопротивления сильно зависят от числа Рейнольдса.

Рассматривая срывное обтекание, можно выделить два различных типа отрывов, приводящих к появлению сопротивления давления. Если кромка отрыва расположена поперечно к направлению потока, то согласно рисунку 7 сначала позади тела возникают вихри, оси которых, в основном перпендикулярны к внешнему потоку.

Рисунок 7 — Отрыв потока от тела с задней частью, оканчивающейся вертикальной стенкой (кромка отрыва перпендикулярна к потоку)

Компоненты скорости в направлении осей вихрей очень малы. Представленное на рисунке 7 симметричное поле потока в области отрыва имеет место только при очень малых значениях числа Рейнольдса (для круглого цилиндра при Re_D). При больших числах Рейнольдса происходит периодический отрыв вихрей. Поток в области срыва становится нестационарным. Имеющаяся в начальный момент кинетическая энергия поля завихрения за счет сильной диффузии очень быстро рассеивается и необратимо преобразуется в теплоту. Это проявляется в сильной потере давления позади тела, а потеря энергии соответствует мощности, необходимой для преодоления сопротивления давления. За телом образуется вихревой след, внутри которого в определенный момент времени существуют довольно равномерно распределенное пониженное давление и очень малые скорости потока.

Другой тип отрыва потока имеет место, если кромка отрыва (рисунок 8) наклонена относительно направления потока.

Рисунок 8 — Отрыв потока от тела со скошенной формой задней части (кромка отрыва расположена под углом к потоку)

В этом случае также образуются вихри, но их оси имеют направление, примерно совпадающее с направлением кромки отрыва. В вихревом поле оторвавшегося потока имеет место значительная по значению составляющая скорости в направлении кромки отрыва, т.е. в направлении оси вихря. За счет этого получается упорядоченный стационарный объемный отрыв. Он также вызывает появление с обратной стороны тела пониженного давления, а значит, ведет к возникновению сопротивления давления. На наклонной поверхности образуется также упорядоченный прилегающий поток. Распределение давления на такой поверхности в области завихрения имеет значительные минимумы пониженного давления. Этот тип отрыва потока очень хорошо известен в авиации в связи с обтеканием треугольных крыльев. В поле потока сзади тела потери полного давления относительно малы. Поле завихрения обладает достаточно большой кинетической энергией, которая соответствует мощности, необходимой для преодоления сопротивления давления.

Между двумя описанными типами отрыва потока позади плохообтекаемого тела существует тесная взаимосвязь, которая в авиации уже хорошо изучена. С увеличением угла установки треугольного крыла (что соответствует уменьшению скоса задней части автомобиля, см. рисунок 8) наблюдается изменение структуры в вихрях, которое называется срывом вихря. Процесс во всех его подробностях до сих пор еще не познан до конца. Но он ведет к разрушению упорядоченного объемного вихревого потока изнутри вихря, что в итоге приводит к образованию беспорядочного вихревого следа. Систематические исследования для автомобилей со скошенной формой задка проведены Янссеном, Гухо и Морелем. При этом рассмотрены оба типа отрывов. При переходе одной формы потока в другую получаются характерные изменения сопротивления давления, известные из рассмотрения треугольного крыла.

В заключение рассмотрения вопроса об аэродинамическом сопротивлении тела следует отметить, что формообразование тела до его максимального поперечного сечения оказывает лишь относительно малое влияние на полное аэродинамическое сопротивление. Более существенное значение для силы сопротивления воздуха имеет оформление части тела, следующей за максимальным сечением. Ее формообразование в большей степени определяет силу аэродинамического сопротивления.

Вопрос не столько в том, чтобы хорошо распределить набегающий поток, гораздо большее значение имеет то, каким образом разделенный телом поток сольется вместе позади него.

Наилучшим решением являются обтекаемые тела с очень вытянутой задней частью.

О законах и особенностях внешнего обтекания автомобилей читайте также

1. Свойства несжимаемых жидкостей
2. Вопросы механики обтекания автомобилей
3. Основные уравнения потока

Аэродинамическое сопротивление.

Лобовое сопротивление. Аэродинамическая труба

Аэродинамическое сопротивление является силой, действующей противоположно относительного движения любого объекта. Оно может существовать между двумя слоями твердой поверхности. В отличие от других резистивных множеств, таких как сухое трение, которые почти не зависят от скорости, силы сопротивления подчиняются данному значению. Несмотря на то, что конечной причиной действия является вязкое трение, турбулентность не зависит от нее. Сила сопротивления пропорциональна скорости ламинарного потока.

Понятие

Аэродинамическое сопротивление — это сила, которая действует на любом двигающемся твердом теле в направлении текучей среды набегающего потока. С точки зрения приближения ближнего поля, сопротивление является результатом сил из-за распределения давления по поверхности объекта, символизируемых D. Из-за трения кожи, которое является результатом вязкости, обозначается De. Альтернативно, рассчитанная, с точки зрения поля течения, сила сопротивления возникает в результате трех природных явлений: ударных волн, вихревого слоя и вязкости. Это все можно найти в таблице аэродинамических сопротивлений.

Обзор

Распределение давления, действующего на поверхность тела, оказывает влияние на большие силы. Они, в свою очередь, могут быть суммированы. Компоненты данного значения, которые действуют ниже по течению, составляют мощность сопротивления, Drp, из-за распределения давления, которое влияет на организм. Природа этих сил объединяет эффекты ударной волны, генерацию вихревой системы и механизмы следа.

Вязкость жидкости оказывает существенное влияние на сопротивление. При отсутствии данного компонента силы давления, действующие для замедления транспортного средства, нейтрализуются мощностью, которая находится в кормовой части и толкает транспортное средство вперед. Это называется восстановлением давления, в результате чего аэродинамическое сопротивление равно нулю. То есть работа, которую тело выполняет над воздушным потоком, является обратимой и восстанавливается, поскольку нет никаких эффектов трения, чтобы преобразовать энергию потока в тепло.

Восстановление давления действует даже в случае вязкого движения. Данное значение, однако, приводит к мощности. Она является доминирующей составляющей лобового сопротивления в случае транспортных средств с областями разделенного потока, в которых восстановление напора считается довольно неэффективным.

Сила трения, которая представляет собой тангенциальную мощь на поверхности самолета, зависит от конфигурации пограничного слоя и вязкости. Аэродинамическое сопротивление, Df, рассчитывается как проекция трясинных множеств вниз по течению, оцененная по поверхности тела.

Сумма отпора трения и давления называется вязким сопротивлением. В термодинамической перспективе трясинные эффекты представляют собой необратимые явления и, следовательно, они создают энтропию. Расчетное вязкое сопротивление Dv использует изменения данного значения, чтобы точно предсказать силу отпора.

Здесь также необходимо привести формулу плотности воздуха для газа: Р*V=m/M * R*T.

Когда самолет производит подъемную силу, возникает другой компонент отпора. Индуцированное сопротивление, Di. Оно возникает из-за изменения распределения давления вихревой системы, которая сопровождает производство лифта. Альтернативная перспектива подъема достигается при рассмотрении изменения импульса воздушного потока. Крыло перехватывает воздух и заставляет его двигаться вниз. Это приводит к тому, что на крыло действует равная и противоположная сила лобового сопротивления, которая является подъемной мощностью.

Изменение импульса воздушного потока вниз приводит к уменьшению обратного значения. Именно оно является результатом силы, действующей вперед на прикладываемое крыло. Равная, но противоположная масса действует на заднюю часть, которая является индуцированным сопротивлением. Оно имеет тенденцию быть наиболее важным компонентом для самолетов во время взлета или посадки. Другой объект перетаскивания, волновое сопротивление (Dw) возникает из-за ударных волн при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях механика полета. Данные валы вызывают изменения в пограничном слое и распределение давления по поверхности тела.

История

Идея о том, что движущееся тело, проходящее через воздух (формула плотности) или другую жидкость, встречает сопротивление, была известна со времен Аристотеля. В статье Луи Чарльза Бреге, написанной в 1922 году, начались усилия по снижению сопротивления путем оптимизации. Автор продолжал воплощать свои идеи в жизнь, создав несколько рекордных самолетов в 1920 и 1930 годах. Теория пограничного слоя Людвига Прандтля в 1920 году дала стимул минимизировать трение.

Еще один важный призыв к упорядочению был сделан сэром Мелвиллом Джонсом, который представил теоретические концепции, чтобы убедительно продемонстрировать важность упорядочения в конструкции самолета. В 1929 году его работа «Обтекаемый аэроплан», представленная Королевскому авиационному обществу, была плодотворной. Он предложил идеальный самолет, который имел бы минимальное сопротивление, что привело бы к концепции «чистого» моноплана и убирающейся ходовой части.

Одним из аспектов работы Джонса, которая больше всего шокировала дизайнеров того времени, был его график зависимости мощности лошади от скорости для реальной и идеальной плоскости. Если посмотреть на точку данных для самолета и экстраполировать ее горизонтально до идеальной кривой, можно увидеть выигрыш вскорости для той же мощности. Когда Джонс закончил свою презентацию, один из слушателей назвал результаты того уровня важности, что и цикл Карно в термодинамике.

Лифт-индуцированное сопротивление

Отпор, вызванный подъемом, возникает в результате создания склона на трехмерном теле, таком как крыло или фюзеляж самолета. Индуцированное торможение состоит в основном из двух компонентов:

• Перетаскивание из-за создания замыкающих вихрей.
• Наличие дополнительного вязкого сопротивления, которого нет, когда подъем равен нулю.

Задние вихри в поле потока, присутствующие в результате подъема тела, происходят из-за турбулентного перемешивания воздуха сверху и снизу объекта, который течет в несколько разных направлениях в результате создания подъемной силы.

При других параметрах, которые остаются такими же, как и подъем, создаваемый телом, увеличивается и сопротивление, вызванное склоном. Это означает, что с повышением угла атаки крыла коэффициент подъема усиливается, как и отпор. В начале сваливания склонная аэродинамическая сила резко уменьшается, как и сопротивление, вызванное подъемом. Но данное значение увеличивается из-за образования турбулентного неприсоединенного потока вслед за телом.

Паразитное перетаскивание

Это сопротивление, вызванное перемещением твердого объекта через жидкость. Паразитное перетаскивание состоит из нескольких компонентов, включая перемещение при вязком давлении и из-за шероховатости поверхности (трением обшивки). Кроме того, присутствие нескольких тел в относительной близости может вызывать так называемое интерференционное сопротивление, которое иногда описывается как компонент данного термина.

В авиации индуцированный отпор имеет тенденцию быть мощнее на более низких скоростях, потому что для поддержания подъемной силы требуется большой угол атаки. Однако с увеличением скорости он может быть уменьшен, как и индуцированное сопротивление. Паразитный отпор, однако, становится больше, потому что жидкость течет быстрее вокруг выступающих объектов, усиливая трение.

На более высоких скоростях (трансзвуковых) волновое сопротивление выходит на новый уровень. Каждая из этих форм отпора изменяется пропорционально другим в зависимости от скорости. Таким образом, общая кривая сопротивления показывает минимум при некоторой воздушной стремительности — самолет будет иметь оптимальную эффективность или приближаться к ней. Пилоты будут использовать эту скорость, чтобы максимизировать выносливость (минимальный расход топлива) или дальность скольжения в случае отказа двигателя.

Кривая мощности в авиации

Взаимодействие паразитного и индуцированного сопротивления в зависимости от воздушной скорости можно представить в виде характеристической линии. В авиации это часто называют кривой мощностью. Она важна для пилотов, поскольку показывает, что ниже определенной воздушной скорости и для ее поддержания противоинтуитивно требуется больше тяги при уменьшении стремительности, а не меньше. Последствия того, что человек находится «за кулисами» в полете, важны и преподаются как часть обучения пилотов. На дозвуковых воздушных скоростях, где U-образная форма этой кривой значительна, волновое сопротивление еще не стало фактором. Именно поэтому оно не показывается на кривой.

Торможение в трансзвуковом и сверхзвуковом потоке

Волновое перетягиванием при сжатии — это перетаскивание, которое создается, когда тело движется в сжимаемой жидкости и со скоростями, близкими к стремительности звука в воде. В аэродинамике волновое сопротивление состоит из множества компонентов в зависимости от режима движения.

В трансзвуковой аэродинамике полета волновое сопротивление является результатом образования ударных валов в жидкости, образующихся при создании локальных областей сверхзвукового потока. На практике такое движение возникает на телах, движущихся значительно ниже стремительности сигнала, поскольку локальная быстрота воздуха увеличивается. Тем не менее полный сверхзвуковой поток над транспортным средством не будет развиваться до тех пор, пока значение не пройдет намного дальше. Самолеты, летящие на околозвуковой скорости, часто испытывают волновое состояние при нормальном ходе полета. В трансзвуковом полете такой отпор обычно называется трансзвуковым сопротивлением сжимаемости. Он значительно усиливается по мере увеличения скорости полета, доминируя над другими формами на этих скоростях.

В сверхзвуковом полете волновое сопротивление является результатом ударных валов, присутствующих в жидкости и прикрепленных к телу, образующихся на передней и задней его кромках. В сверхзвуковых потоках или в корпусах с достаточно большими углами поворота вместо этого будут образовываться незакрепленные ударные или изогнутые волны. Кроме того, локальные области трансзвукового потока могут возникать при более низких сверхзвуковых скоростях. Иногда они приводят к развитию дополнительных ударных валов, присутствующих на поверхностях других подъемных тел, аналогичных тем, которые обнаруживаются в трансзвуковых потоках. В мощных режимах течения волнового сопротивления обычно разделяются на две составляющие:

• Сверхзвуковой подъем в зависимости от значения.
• Объем, который также зависит от понятия.

Решение замкнутой формы для минимального волнового сопротивления тела вращения с фиксированной длиной было найдено Сирсом и Хааком и известно как «Распределение Сирса-Хаака». Точно так же для фиксированного объема форма для минимального волнового сопротивления — «Von Karman Ogive».

Биплан Буземана, в принципе, вообще не подвержен такому действию при работе на проектной скорости, но и не способен генерировать подъемную силу.

Изделия

Аэродинамическая труба представляет собой инструмент, используемый в исследованиях для изучения влияния воздуха движущихся мимо твердых предметов. Такая конструкция состоит из трубчатого прохода с тестируемым объектом, установленным посередине. Воздух перемещается мимо предмета с помощью мощной системы вентиляторов или других средств. Испытательный объект, часто называемый моделью трубы, оснащен соответствующими датчиками для измерения воздушных сил, распределения давления или других аэродинамических характеристик. Это необходимо также для того чтобы вовремя заметить и исправить проблему в системе.

Какие бывают летательные аппараты

Давайте обратимся к истории сначала. Самые ранние аэродинамические трубы были изобретены в конце XIX века, в первые дни авиационных исследований. Именно тогда многие пытались разработать успешные летательные аппараты тяжелее воздуха. Аэродинамическая труба была задумана как средство обращения обычной парадигмы. Вместо того, чтобы стоять на месте и двигать через него объект, тот же эффект был бы получен, если бы предмет стоял неподвижно, а воздух двигался со скоростью выше. Таким образом стационарный наблюдатель может изучить летающее изделие в действии и измерить практическую аэродинамику, налагаемую на него.

Развитие труб сопровождало разработку самолета. Большие аэродинамические изделия были построены во время Второй мировой войны. Испытания в такой трубе считались стратегически важными во время разработки сверхзвуковых самолетов и ракет в годы холодной войны. На сегодняшний день летательные аппараты бывают какими угодно. И практически все важнейшие разработки уже внедрены в повседневную жизнь.

Позже исследование аэродинамической трубы стало само собой разумеющимся. Влияние ветра на искусственные сооружения или объекты необходимо было изучить, когда здания стали достаточно высокими, чтобы представить большие поверхности ветру, и возникающие силы должны были сопротивляться внутренними элементами здания. Дефиниция таких множеств потребовалась до того, чтобы строительные нормы могли определить требуемую прочность сооружений. И такие испытания продолжают использоваться для больших или необычных зданий до сих пор.

Еще позже проверки были применены к аэродинамическому сопротивлению автомобилей. Но это было не для того, чтобы определить силы как таковые, а для установления способов снижения мощности, необходимой для движения машины по дорожным полотнам с заданной скоростью. В этих исследованиях взаимодействие между дорогой и транспортным средством играет значительную роль. Именно его необходимо учитывать при интерпретации результатов испытаний.

В реальной ситуации проезжая часть движется относительно транспортного средства, но воздух неподвижен по отношению к трассе. Но в аэродинамической трубе воздух движется относительно дороги. В то время как последняя неподвижна по относительно транспортного средства. Некоторые проверочные автомобильные аэродинамические трубы включают в себя движущиеся ремни под испытательным транспортным средством. Это для того чтобы приблизиться к фактическому состоянию. Похожие устройства используются в аэродинамической трубе конфигураций взлета и посадки самолетов.

Снаряжение

Пробы спортивного оборудования также были распространены многие годы. Они включали в себя клюшки и мячи для гольфа, олимпийские бобслеи и велосипедисты, а также шлемы гоночных автомобилей. Аэродинамика последних особенно важна в транспорте с открытой кабиной (Indycar, Formula One). Чрезмерное подъемное усилие на шлеме может вызвать значительную нагрузку на шею водителя, а разделение потока на задней стороне — турбулентное уплотнение и, как следствие, ухудшение зрения на высоких скоростях.

Прогресс в моделировании вычислительной гидродинамики (CFD) на высокоскоростных цифровых компьютерах снизил потребность в испытаниях в аэродинамической трубе. Однако результаты CFD все еще не полностью надежны, данный инструмент используется для проверки прогнозов CFD.

Тема №75.4 Аэродинамическое сопротивление горных выработок

5.4.1 Природа и виды аэродинамического сопротивления

В воздухе действуют силы межмолекулярного сцепления, которые определяют его молекулярную вязкость и появление тангенциальных напряжений. Вязкость воздуха обуславливает его прилипание к стенкам выработки, что в свою очередь, вызывает торможение, прилегающих к стекам слоев воздуха, уменьшающееся по мере удаления то стенки. В результате этого появляются касательные напряжения и соответствующие им силы препятствующие движению, которые получили название сил трения. Вследствие наличия внутреннего трения энергия, сообщаемая воздуху извне и приводящая его в движение, рассеивается в виде тепла, и поток безвозвратно теряет ее.

При движении воздуха отдельные его объемы, набегая на омываемые потоком тела, оказывают на них давление и испытывают аналогичную реакцию со стороны этих тел. При этом объемы воздуха тормозятся и теряют часть своей энергии. В результате возникает вторая составляющая силы аэродинамического сопротивления, называемая

силой давления. Таким образом, сила аэродинамического сопротивления состоит из двух составляющих силы трения и силы давления. Сила аэродинамического сопротивления в выработке и соотношение ее составляющих зависят от шероховатости поверхности выработки, ее поперечного сечения и длины, наличия в ней поворотов, сужений, расширений, различных предметов. По этим факторам условно различают три вида аэродинамического сопротивления: сопротивление трения, лобовые сопротивления и местные сопротивления.

5.4.2 Сопротивление трения

Рассмотрим случай движения воздуха по прямолинейной горизонтальной выработке постоянного сечения. В потоке движущегося по горной выработке воздуха действуют как силы трения, вызванные влиянием вязкости, ток и силы давления на погруженные в поток выступы шероховатости. То есть силы трения, и силы давления распространяются по всей поверхности выработки и везде проявляются совместно. На практике обе силы оценивают совместно и называют сопротивлением трения.

В условиях горных выработок основное сопротивление движению воздуха оказывают элементы крепи. Поток воздуха, подойдя к элементу крепи, поджимается, в результате чего лобовая часть элемента испытывает давление. За элементом крепи вследствие срыва потока образуется свободная струя и мертвая зона, заполненная воздухом, находящимся в вихревом движении. Далее в зависимости от расстояния до следующего элемента крепи либо находится, либо область ограниченного потока, либо начинается его поджатие.

Определение сопротивления трения

Из курса гидравлики известно, что потеря давления, обусловленная преодолением сопротивления трения при движении жидкости по трубопроводу, определяется по формуле

(5.34)

где λ- безразмерный коэффициент, учитывающий шероховатость труб;

L- длина прямолинейного участка трубопровода, м;

D- диаметр трубопровода, м ;

v- скорость движения жидкости, м/с;

γ-объемный вес воды, кг/м³;

g- ускорение силы тяжести, м/с².

Законы, описывающие движение воды по трубам и воздуха по горным выработкам аналогичны. Поэтому, после незначительных преобразований равенство (5.34) можно использовать для определения потерь напора на трение воздуха о стенки выработки. Диаметр трубопровода можно выразить через гидравлический диаметр выработки

Д=4S/Р (5.35)

где S — поперечное сечение вы работки в свету, м²;

Р — периметр вы работки, м.

Скорость движения воздуха по выработке выразим через расход и поперечное сечение

V=Q/S (5.36)

C учетом равенств (5.35) (5.36) равенство (5.34) примет вид

, кг/м² (5.37)

В равенстве (5. 37) отношение , получило название коэффициента аэродинамического сопротивления горной выработки и обозначается через. Размерность этой величины кг с²/м⁴. С учетом принятого обозначения получим

, кг/м² (5.38)

Формула (5.38) используется при расчете депрессии горных выработок и широко используется при проектировании вентиляции шахт. Значения величины  для выработок приведены в Руководстве по проектированию вентиляции шахт.

Для конкретно взятой выработки величина , входящая в формулу (5.38) является постоянной величиной. Эта величина называется аэродинамическим сопротивлением горной выработки, обозначается через R и имеет размерность кг*с²/м⁸.

Тогда h=R*Q² (5.39)

Равенство (5.39) широко используется при расчете вентиляционных сетей.

3. Лобовые сопротивления в горных выработках

Лобовым называется сопротивление, оказываемое потоку находящимся в нем телом. В условиях горных выработок лобовым сопротивлением называется сопротивление тел, размеры которых поперек потока значительно превосходят размеры выступов шероховатости (вагонетки, электрооборудование, армировка шахтных стволов и т. д.). Понятие лобового сопротивления в определенной степени условно. Например, лобовое сопротивление оказывают выступы шероховатости стенок выработки. Однако их сопротивление относится к сопротивлению трения.

перевод на английский, синонимы, антонимы, примеры предложений, значение, словосочетания

Однако новые технологии произвели на свет такой мяч, у которого существенно снижено лобовое аэродинамическое сопротивление . Это значит, что мяч летит быстрее и дольше остается в воздухе.	But what the subsequent technology has produced is a ball with much reduced aerodynamic drag, which means it flies faster, and stays in the air longer.
Один из них состоял в том, чтобы уменьшить любое дополнительное аэродинамическое сопротивление масляного радиатора, в этом случае в значительной степени устраняя его, помещая его в тот же обтекатель, что и двигатель.	One was to reduce any extra aerodynamic drag of the oil radiator, in this case largely eliminating it by placing it within the same cowling as the engine.
Аэродинамическое сопротивление — это сила, противоположная направлению движения, и, следовательно, источник потерь энергии в полете.	Aerodynamic drag is the force opposite to the direction of motion, and hence the source of energy loss in flight.
При нормальной скорости движения на ровном месте аэродинамическое сопротивление является наибольшей силой, препятствующей движению вперед.	At normal bicycling speeds on level ground, aerodynamic drag is the largest force resisting forward motion.
Здесь аэродинамическое сопротивление на самом деле помогает и может способствовать торможению до 1,0 Gs, что эквивалентно тормозам на большинстве дорожных спортивных автомобилей.	Here the aerodynamic drag actually helps, and can contribute as much as 1.0 Gs of braking, which is the equivalent of the brakes on most road sports cars.
Пилот лег плашмя на нижнее крыло, как и планировалось, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление .	The pilot lay flat on the lower wing, as planned, to reduce aerodynamic drag.
Аэродинамическое сопротивление увеличивается с квадратом скорости, поэтому оно становится критически важным на более высоких скоростях.	Aerodynamic drag increases with the square of speed; therefore it becomes critically important at higher speeds.
Аэродинамическое сопротивление может быть уменьшено за счет обтекаемых конструктивных особенностей.	Aerodynamic drag can be reduced by streamlined design features.
На него повлияли современные аэродинамические принципы, разработанные для авиации и баллистики, чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление на высоких скоростях.	It was influenced by modern aerodynamic principles developed for aviation and ballistics to reduce aerodynamic drag at high velocities.
Когда пилот сталкивается с порывом ветра, он усиливает обороты двигателя, выключает аэродинамические тормоза, убирает шасси, чтобы уменьшить сопротивление , развить скорость и поддерживать высоту.	When a pilot encounters wind shear, one advances the power, retracts the speedbrakes and retracts the gear to reduce drag, build speed and maintain altitude.
Обледенение может резко увеличить вес самолета, а за счет изменения формы его аэродинамических профилей также уменьшить подъемную силу и увеличить лобовое сопротивление .	Icing can dramatically increase an aircraft’s weight, and by changing the shape of its airfoils also reduce lift and increase drag.
По мере того как робот спускается, сопротивление помогает уменьшить скорость, с которой он спускается, поскольку крыло реконфигурируется из-за увеличения сопротивления на нижней части аэродинамических профилей.	As the robot descends, drag helps to reduce the speed at which it descends as the wing is reconfigured due to increased drag on the bottom of the airfoils.
Двумя основными аэродинамическими силами, действующими на любой самолет, являются подъемная сила, поддерживающая его в воздухе, и сопротивление , противодействующее его движению.	The two main aerodynamic forces acting on any aircraft are lift supporting it in the air and drag opposing its motion.
Однако на сверхзвуковых конструкциях часто используется возможность использовать более тонкий аэродинамический профиль, чтобы фактически уменьшить лобовое сопротивление .	However, on supersonic designs the opportunity is often taken to use a thinner aerofoil instead, in order to actually reduce drag.
Другие аэродинамические компоненты, которые можно найти на нижней стороне, чтобы улучшить прижимную силу и / или уменьшить сопротивление , включают разделители и генераторы вихрей.	Other aerodynamic components that can be found on the underside to improve downforce and/or reduce drag, include splitters and vortex generators.
Основы птичьего полета аналогичны основам летательного аппарата, в котором аэродинамическими силами, поддерживающими полет, являются подъем и сопротивление .	The fundamentals of bird flight are similar to those of aircraft, in which the aerodynamic forces sustaining flight are lift and drag.
Аэродинамический профиль-это обтекаемая форма,которая способна генерировать значительно большую подъемную силу, чем сопротивление .	An airfoil is a streamlined shape that is capable of generating significantly more lift than drag.
Общая аэродинамическая сила, действующая на тело, обычно рассматривается как имеющая две составляющие: подъемную силу и сопротивление .	The total aerodynamic force acting on a body is usually thought of as having two components, lift and drag.
На большей части поверхности большинства аэродинамических профилей пограничный слой естественно турбулентен, что увеличивает сопротивление трения кожи.	Over most of the surface of most airfoils, the boundary layer is naturally turbulent, which increases skin friction drag.
Хильда Лайон, которая отвечала за аэродинамическое развитие, обнаружила, что эта форма создавала минимальное сопротивление .	Hilda Lyon, who was responsible for the aerodynamic development, found that this shape produced the minimum amount of drag.
Сопротивление может также представлять проблему в полете, и аэродинамически эффективные формы тела птиц подчеркивают этот момент.	Drag may also present a problem in flight, and the aerodynamically efficient body shapes of birds highlight this point.
Лобовое сопротивление — это сила, действующая по касательной к кажущейся скорости потока жидкости, наблюдаемой аэродинамическим профилем.	Drag is the forces that acts tangential to the apparent fluid flow speed seen by the airfoil.
Шар, движущийся по воздуху, испытывает две основные аэродинамические силы: подъем и сопротивление .	A ball moving through air experiences two major aerodynamic forces, lift and drag.
Лобовое сопротивление можно уменьшить, усадив гонщика в более аэродинамически обтекаемое положение.	Drag can be reduced by seating the rider in a more aerodynamically streamlined position.
Лобовое сопротивление также можно уменьшить, накрыв велосипед аэродинамическим обтекателем.	Drag can also be reduced by covering the bicycle with an aerodynamic fairing.
Другая возможность заключается в уменьшении соотношения сторон утки, опять же с большим аэродинамическим сопротивлением и, возможно, более высоким углом сваливания, чем у крыла.	Another possibility is to decrease the aspect ratio of the canard, with again more lift — induced drag and possibly a higher stall angle than the wing.
Он используется для почти сверхзвукового полета и обеспечивает более высокое отношение подъемной силы к сопротивлению при почти сверхзвуковом полете, чем традиционные аэродинамические крылья.	It is used for near — supersonic flight, and produces a higher lift — to — drag ratio at near supersonic flight than traditional aerofoils.
Аэродинамическая эффективность крыла выражается в его отношении подъемной силы к сопротивлению .	A wing’s aerodynamic efficiency is expressed as its lift — to — drag ratio.
Однако низкая плотность сечения АПКР приводила к высокому аэродинамическому сопротивлению .	However, the low sectional density of the APCR resulted in high aerodynamic drag.
Полет в условиях скольжения аэродинамически неэффективен, так как отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению уменьшается.	Flying in a slip is aerodynamically inefficient, since the lift — to — drag ratio is reduced.
Техническое решение направлено на снижение аэродинамического сопротивления .	The technical solution is directed towards reducing aerodynamic drag.
Перевернутый маятник связан с ракетой или наведением ракеты, где центр тяжести расположен позади центра сопротивления , вызывающего аэродинамическую неустойчивость.	The inverted pendulum is related to rocket or missile guidance, where the center of gravity is located behind the center of drag causing aerodynamic instability.
Законцовки крыльев расположены на запястьях передних конечностей и служат для формирования аэродинамического профиля, который минимизирует эффект индуцированного сопротивления из-за образования вихрей на концах крыльев.	The wingtips are situated at the forelimb wrists and serve to form an airfoil which minimizes the effect of induced drag due to the formation of wingtip vortices.
Более аэродинамическая форма имела коэффициент лобового сопротивления Cd=0,28.	The more aerodynamic shape had a drag coefficient of Cd=0.28.
Можно считать, что чистые аэродинамические силы сопротивления действуют в одной точке, называемой центром давления.	The net aerodynamic drag forces may be considered to act at a single point, called the center of pressure.
Однако дополнительного сопротивления от проводов было недостаточно, чтобы компенсировать аэродинамические недостатки от наличия двух аэродинамических профилей, мешающих друг другу.	The extra drag from the wires was not enough to offset the aerodynamic disadvantages from having two airfoils interfering with each other however.
Таким образом, SpaceShipOne достигает значительно большего аэродинамического сопротивления при входе в атмосферу, не испытывая при этом значительных тепловых нагрузок.	Thus SpaceShipOne achieves much more aerodynamic drag on reentry while not experiencing significant thermal loads.
Кривая подъема и сопротивления , полученная при испытаниях в аэродинамической трубе, показана справа.	A lift and drag curve obtained in wind tunnel testing is shown on the right.
Как правило, такие трансзвуковые аэродинамические профили, а также сверхзвуковые аэродинамические профили имеют низкий развал, чтобы уменьшить расходимость сопротивления .	Generally such transonic airfoils and also the supersonic airfoils have a low camber to reduce drag divergence.
Аэродинамические силы, обусловленные атмосферой, в основном проявляются в виде лобового сопротивления , но могут быть и от боковых ветров.	Aerodynamic forces due to the atmosphere are mostly in the form of drag, but can also be from crosswinds.
В этом поколении имел коэффициент аэродинамического сопротивления Cd=0. 27, и используется недавно разработанный платформе среднеразмерного позже поделился со второго поколения.	This generation GS had a drag coefficient of Cd=0.27, and used a newly designed midsize platform later shared with the second generation IS.
Энергия, необходимая для преодоления только аэродинамического сопротивления на заданном расстоянии, в 1,4 раза больше при скорости 65 миль / ч и в 1,9 раза больше при скорости 75 миль / ч.	The energy required to overcome aerodynamic drag alone over a given distance is 1.4x greater at 65mph and 1.9x greater at 75mph.
Даже при нулевой скорости полета несущий винт достаточно эффективен, так как имеет почти такой же коэффициент аэродинамического сопротивления , как и парашют, несмотря на значительно меньшую прочность.	Even at zero airspeed, the rotor is quite effective as it has nearly the drag coefficient of a parachute despite having much lower solidity.
Он имеет эффект задержки ударных волн и сопутствующего увеличения аэродинамического сопротивления , вызванного сжимаемостью жидкости вблизи скорости звука, улучшая производительность.	It has the effect of delaying the shock waves and accompanying aerodynamic drag rise caused by fluid compressibility near the speed of sound, improving performance.
Обтекание обрывистых тел – то есть без обтекаемой формы или заглохших аэродинамических профилей-может также создавать подъемную силу, в дополнение к сильной силе сопротивления .	The flow around bluff bodies – i.e. without a streamlined shape, or stalling airfoils – may also generate lift, in addition to a strong drag force.
Снижение аэродинамического сопротивления было еще одной основной целью проекта.	Reducing aerodynamic drag was another primary design goal.
Сообщалось, что любые изменения, хотя и минимальные, оказали положительное влияние на снижение аэродинамического сопротивления грузовика.	Any changes, however minimal, were reported to have had a positive influence on reducing the truck’s aerodynamic resistance.
Эллиптическая плоскость является наиболее эффективной аэродинамической формой для раскрученного крыла, что приводит к наименьшему количеству индуцированного сопротивления .	An elliptical planform is the most efficient aerodynamic shape for an untwisted wing, leading to the lowest amount of induced drag.
Самолет имеет обычное хвостовое оперение и сверхкритическое крыло для снижения аэродинамического сопротивления .	The aircraft has a conventional tail and a supercritical wing for reduced aerodynamic drag.
Самолет имеет обычное хвостовое оперение и сверхкритическое крыло для снижения аэродинамического сопротивления .	Meguro also changed the way the music flowed when compared to the last two Persona games.
Schlörwagen 1939 — последующих испытаний в аэродинамической трубе позволили получить коэффициент аэродинамического сопротивления 0.113.	1939 Schlörwagen — Subsequent wind tunnel tests yielded a drag coefficient of 0.113.

Лобовое сопротивление

Википедия

Ноябрь 23, 2021

Для термина «Сопротивление» см. также другие значения.

Лобовое сопротивление — сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. Лобовое сопротивление складывается из двух типов сил: сил касательного (тангенциального) трения, направленных вдоль поверхности тела, и сил давления, направленных по нормали к поверхности. Сила сопротивления является диссипативной силой и всегда направлена против вектора скорости тела в среде. Наряду с подъёмной силой является составляющей полной аэродинамической силы.

Четыре силы, действующие на самолёт

Сила лобового сопротивления обычно представляется в виде суммы двух составляющих: сопротивления при нулевой подъёмной силе и индуктивного сопротивления. Каждая составляющая характеризуется своим собственным безразмерным коэффициентом сопротивления и определённой зависимостью от скорости движения.

Лобовое сопротивление может способствовать как обледенению летательных аппаратов (при низких температурах воздуха), так и вызывать нагревание лобовых поверхностей ЛА при сверхзвуковых скоростях ударной ионизацией.

Траектории трёх объектов (угол запуска — 70°, Distance — расстояние, Height — высота). Чёрный объект не испытывает никакого сопротивления и движется по параболе, на голубой объект действует закон Стокса, на зелёный объект — закон вязкости Ньютона

Поток и форма препятствия	Сопротивление формы	Влияние вязкости на трение
	0%	~100 %
	~10%	~90 %
	~90%	~10 %
	100%	0%

Содержание

• 1Сопротивление при нулевой подъёмной силе
• 2Индуктивное сопротивление в аэродинамике
• 3Суммарное сопротивление
• 4См. {3}}{2}}S}).

  Индуктивное сопротивление (англ.lift-induced drag) — это следствие образования подъёмной силы на крыле конечного размаха. Несимметричное обтекание крыла приводит к тому, что поток воздуха сбегает с крыла под углом к набегающему на крыло потоку (т. н. скос потока). Таким образом, во время движения крыла происходит постоянное ускорение массы набегающего воздуха в направлении, перпендикулярном направлению полёта, и направленном вниз. Это ускорение, во-первых, сопровождается образованием подъёмной силы, а во-вторых — приводит к необходимости сообщать ускоряющемуся потоку кинетическую энергию. Количество кинетической энергии, необходимое для сообщения потоку скорости, перпендикулярной направлению полёта, и будет определять величину индуктивного сопротивления. На величину индуктивного сопротивления оказывает влияние не только величина подъёмной силы (так, в случае отрицательной работы подъёмной силы направление вектора индуктивного сопротивления противоположно вектору силы, обусловленной тангенсальным трением), но и её распределение по размаху крыла. {2}}{2}}S}}}

  Таким образом, индуктивное сопротивление вносит существенный вклад при полёте на малой скорости (и, как следствие, на больших углах атаки). Оно также увеличивается при увеличении веса самолёта.

  Является суммой всех видов сил сопротивления:

  F=F0+Fi{\displaystyle F=F_{0}+F_{i}}

  Так как сопротивление при нулевой подъёмной силеF0{\displaystyle F_{0}} пропорционально квадрату скорости, а индуктивноеFi{\displaystyle F_{i}} — обратно пропорционально квадрату скорости, то они вносят разный вклад при разных скоростях. С ростом скоростиF0{\displaystyle F_{0}} растёт, аFi{\displaystyle F_{i}} — падает, и график зависимости суммарного сопротивленияF{\displaystyle F} от скорости («кривая потребной тяги») имеет минимум в точке пересечения кривыхF0{\displaystyle F_{0}} иFi{\displaystyle F_{i}}, при которой обе силы сопротивления равны по величине. При этой скорости самолёт обладает наименьшим сопротивлением при заданной подъёмной силе (равной весу), а значит, наивысшим аэродинамическим качеством.

  Мощность, требуемая для преодоления силы паразитного сопротивления, пропорциональна кубу скорости, а мощность, требуемая для преодоления индуктивного сопротивления, обратно пропорциональна скорости, поэтому суммарная мощность тоже имеет нелинейную зависимость от скорости. При некоторой скорости мощность (а значит, и расход топлива) становится минимальной — это скорость наибольшей продолжительности полёта (барражирования). Скорость, при которой достигается минимум отношения мощности (расхода топлива) к скорости полёта, является скоростью максимальной дальности полёта или крейсерской скоростью.

  Сопротивление воздуха

  • Эффект Бартини
  • Парадокс Даламбера
  • Закон Стокса
  • Коэффициент аэродинамического сопротивления автомобиля
  • Юрьев Б. Н. Экспериментальная аэродинамика. Часть II Индуктивное сопротивление, НКОП СССР, 1938, 275 с.
  • Аэродинамическое сопротивление — статья из Большой советской энциклопедии.
  • — статья из Физической энциклопедии

  Для улучшения этой статьи желательно: Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное. Пожалуйста, после исправления проблемы исключите её из списка параметров. После устранения всех недостатков этот шаблон может быть удалён любым участником.

  Лобовое, сопротивление, Язык, Следить, Править, Текущая, версия, страницы, пока, не, проверялась, опытными, участниками, может, значительно, отличаться, от, версии, проверенной, апреля, 2019, проверки, требуют, правок, Для, термина, Сопротивление, см, также, д. Lobovoe soprotivlenie Yazyk Sledit Pravit Tekushaya versiya stranicy poka ne proveryalas opytnymi uchastnikami i mozhet znachitelno otlichatsya ot versii proverennoj 4 aprelya 2019 proverki trebuyut 12 pravok Dlya termina Soprotivlenie sm takzhe drugie znacheniya Lobovoe soprotivlenie sila prepyatstvuyushaya dvizheniyu tel v zhidkostyah i gazah Lobovoe soprotivlenie skladyvaetsya iz dvuh tipov sil sil kasatelnogo tangencialnogo treniya napravlennyh vdol poverhnosti tela i sil davleniya napravlennyh po normali k poverhnosti Sila soprotivleniya yavlyaetsya dissipativnoj siloj i vsegda napravlena protiv vektora skorosti tela v srede Naryadu s podyomnoj siloj yavlyaetsya sostavlyayushej polnoj aerodinamicheskoj sily Chetyre sily dejstvuyushie na samolyot Sila lobovogo soprotivleniya obychno predstavlyaetsya v vide summy dvuh sostavlyayushih soprotivleniya pri nulevoj podyomnoj sile i induktivnogo soprotivleniya Kazhdaya sostavlyayushaya harakterizuetsya svoim sobstvennym bezrazmernym koefficientom soprotivleniya i opredelyonnoj zavisimostyu ot skorosti dvizheniya Lobovoe soprotivlenie mozhet sposobstvovat kak obledeneniyu letatelnyh apparatov pri nizkih temperaturah vozduha tak i vyzyvat nagrevanie lobovyh poverhnostej LA pri sverhzvukovyh skorostyah udarnoj ionizaciej Traektorii tryoh obektov ugol zapuska 70 Distance rasstoyanie Height vysota Chyornyj obekt ne ispytyvaet nikakogo soprotivleniya i dvizhetsya po parabole na goluboj obekt dejstvuet zakon Stoksa na zelyonyj obekt zakon vyazkosti Nyutona Potok i forma prepyatstviya Soprotivlenie formy Vliyanie vyazkosti na trenie0 100 10 90 90 10 100 0 Soderzhanie 1 Soprotivlenie pri nulevoj podyomnoj sile 2 Induktivnoe soprotivlenie v aerodinamike 3 Summarnoe soprotivlenie 4 Sm takzhe 5 Literatura 6 SsylkiSoprotivlenie pri nulevoj podyomnoj sile PravitEta sostavlyayushaya soprotivleniya ne zavisit ot velichiny sozdavaemoj podyomnoj sily i skladyvaetsya iz profilnogo soprotivleniya kryla soprotivleniya elementov konstrukcii samolyota ne vnosyashih vklad v podyomnuyu silu i volnovogo soprotivleniya Poslednee yavlyaetsya sushestvennym pri dvizhenii s okolo i sverhzvukovoj skorostyu i vyzvano obrazovaniem udarnoj volny unosyashej znachitelnuyu dolyu energii dvizheniya Volnovoe soprotivlenie voznikaet pri dostizhenii samolyotom skorosti sootvetstvuyushej kriticheskomu chislu Maha kogda chast potoka obtekayushego krylo samolyota priobretaet sverhzvukovuyu skorost Kriticheskoe chislo M tem bolshe chem bolshe ugol strelovidnosti kryla chem bolee zaostrena perednyaya kromka kryla i chem ono tonshe Sila soprotivleniya napravlena protiv skorosti dvizheniya eyo velichina proporcionalna harakternoj ploshadi S plotnosti sredy r i kvadratu skorosti V F C F r V 2 2 S displaystyle F C F frac rho V 2 2 S C F displaystyle C F bezrazmernyj aerodinamicheskij koefficient soprotivleniya poluchaetsya iz kriteriev podobiya naprimer chisel Rejnoldsa i Fruda v aerodinamike Opredelenie harakternoj ploshadi zavisit ot formy tela v prostejshem sluchae shar ploshad poperechnogo secheniya dlya krylev i opereniya ploshad kryla opereniya v plane dlya propellerov i nesushih vintov vertolyotov libo ploshad lopastej libo ometaemaya ploshad vinta dlya podvodnyh obektov obtekaemoj formy ploshad smachivaemoj poverhnosti dlya prodolgovatyh tel vrasheniya orientirovannyh vdol potoka fyuzelyazh obolochka dirizhablya privedyonnaya volyumetricheskaya ploshad ravnaya V2 3 gde V obyom tela Moshnost trebuemaya dlya preodoleniya dannoj sostavlyayushej sily lobovogo soprotivleniya proporcionalna kubu skorosti P F V C F r V 3 2 S displaystyle P F cdot V C F dfrac rho V 3 2 S Induktivnoe soprotivlenie v aerodinamike PravitInduktivnoe soprotivlenie angl lift induced drag eto sledstvie obrazovaniya podyomnoj sily na kryle konechnogo razmaha Nesimmetrichnoe obtekanie kryla privodit k tomu chto potok vozduha sbegaet s kryla pod uglom k nabegayushemu na krylo potoku t n skos potoka Takim obrazom vo vremya dvizheniya kryla proishodit postoyannoe uskorenie massy nabegayushego vozduha v napravlenii perpendikulyarnom napravleniyu polyota i napravlennom vniz Eto uskorenie vo pervyh soprovozhdaetsya obrazovaniem podyomnoj sily a vo vtoryh privodit k neobhodimosti soobshat uskoryayushemusya potoku kineticheskuyu energiyu Kolichestvo kineticheskoj energii neobhodimoe dlya soobsheniya potoku skorosti perpendikulyarnoj napravleniyu polyota i budet opredelyat velichinu induktivnogo soprotivleniya Na velichinu induktivnogo soprotivleniya okazyvaet vliyanie ne tolko velichina podyomnoj sily tak v sluchae otricatelnoj raboty podyomnoj sily napravlenie vektora induktivnogo soprotivleniya protivopolozhno vektoru sily obuslovlennoj tangensalnym treniem no i eyo raspredelenie po razmahu kryla Minimalnoe znachenie induktivnogo soprotivleniya dostigaetsya pri ellipticheskom raspredelenii podyomnoj sily po razmahu Pri proektirovanii kryla etogo dobivayutsya sleduyushimi metodami vyborom racionalnoj formy kryla v plane primeneniem geometricheskoj i aerodinamicheskoj krutki ustanovkoj vspomogatelnyh poverhnostej vertikalnyh zakoncovok kryla Induktivnoe soprotivlenie proporcionalno kvadratu podyomnoj sily Y i obratno proporcionalno ploshadi kryla S ego udlineniyu l displaystyle lambda plotnosti sredy r i kvadratu skorosti V F i C F i r V 2 2 S C y 2 p l r V 2 2 S 1 p l Y 2 r V 2 2 S displaystyle F i C F i frac rho V 2 2 S frac C y 2 pi lambda frac rho V 2 2 S frac 1 pi lambda frac Y 2 frac rho V 2 2 S Takim obrazom induktivnoe soprotivlenie vnosit sushestvennyj vklad pri polyote na maloj skorosti i kak sledstvie na bolshih uglah ataki Ono takzhe uvelichivaetsya pri uvelichenii vesa samolyota Summarnoe soprotivlenie PravitYavlyaetsya summoj vseh vidov sil soprotivleniya F F 0 F i displaystyle F F 0 F i Tak kak soprotivlenie pri nulevoj podyomnoj sile F 0 displaystyle F 0 proporcionalno kvadratu skorosti a induktivnoe F i displaystyle F i obratno proporcionalno kvadratu skorosti to oni vnosyat raznyj vklad pri raznyh skorostyah S rostom skorosti F 0 displaystyle F 0 rastyot a F i displaystyle F i padaet i grafik zavisimosti summarnogo soprotivleniya F displaystyle F ot skorosti krivaya potrebnoj tyagi imeet minimum v tochke peresecheniya krivyh F 0 displaystyle F 0 i F i displaystyle F i pri kotoroj obe sily soprotivleniya ravny po velichine Pri etoj skorosti samolyot obladaet naimenshim soprotivleniem pri zadannoj podyomnoj sile ravnoj vesu a znachit naivysshim aerodinamicheskim kachestvom Moshnost trebuemaya dlya preodoleniya sily parazitnogo soprotivleniya proporcionalna kubu skorosti a moshnost trebuemaya dlya preodoleniya induktivnogo soprotivleniya obratno proporcionalna skorosti poetomu summarnaya moshnost tozhe imeet nelinejnuyu zavisimost ot skorosti Pri nekotoroj skorosti moshnost a znachit i rashod topliva stanovitsya minimalnoj eto skorost naibolshej prodolzhitelnosti polyota barrazhirovaniya Skorost pri kotoroj dostigaetsya minimum otnosheniya moshnosti rashoda topliva k skorosti polyota yavlyaetsya skorostyu maksimalnoj dalnosti polyota ili krejserskoj skorostyu Sm takzhe Pravit Vosproizvesti mediafajl Soprotivlenie vozduha Effekt Bartini Paradoks Dalambera Zakon Stoksa Koefficient aerodinamicheskogo soprotivleniya avtomobilyaLiteratura PravitYurev B N Eksperimentalnaya aerodinamika Chast II Induktivnoe soprotivlenie NKOP SSSR 1938 275 s Ssylki PravitAerodinamicheskoe soprotivlenie statya iz Bolshoj sovetskoj enciklopedii Aerodinamicheskoe soprotivlenie statya iz Fizicheskoj enciklopedii Dlya uluchsheniya etoj stati zhelatelno Najti i oformit v vide snosok ssylki na nezavisimye avtoritetnye istochniki podtverzhdayushie napisannoe Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom Istochnik https ru wikipedia org w index php title Lobovoe soprotivlenie amp oldid 116134440, Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите,

  истории

  , книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, секс, порно, скачать, скачать, sex, seks, porn, porno, скачать, бесплатно, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры

  Аэродинамическое сопротивление — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

  Cтраница 2

  Аэродинамическое сопротивление при номинальной ПРОПУСКНОЙ способности 20 — 70 Па Эффективность очистки 93 — 99 проц.  [16]

  Поперечный разрез котла-утилизатора 1КУ — 80.  [17]

  Аэродинамическое сопротивление по газам составляет 50 — 150 JAM. Усиление тяги, которым сопровождается установка котлов-утилизаторов, как правило, улучшает работу мартеновских печей.  [18]

  Аэродинамическое сопротивление таких элементов меньшее, чем у элементов другого профиля, что позволяет уменьшить ветровую нагрузку на ствол в 2 — 3 раза. Этому же способствует уменьшение числа стержней в конструкции ствола. Для изготовления стволов мачт применяются уголковая ( равнобокая и неравнобокая) сталь, швеллеры, гнутые и штампованные профили, трубы из листовой стали. Решетчатые стволы мачт бывают трехгранными и четырехгранными. Их расчаливают оттяжками соответственно по трем и четырем направлениям в плане. При больших узловых нагрузках на ствол делают шесть и даже восемь оттяжек. Четырехгранные стволы обладают большей жесткостью, чем трехгранные.

  В высоких башнях используются шестигранные стволы. Шестигранная башня обладает повышенной жесткостью на кручение.  [19]

  Аэродинамическое сопротивление определяют путем измерения статического давления в секциях обслуживания до и после оросительной камеры. Испытания проводят 2 раза с интервалом не менее 30 мин. Коэффициент эффективности теплообмена рассчитывают по результатам каждого испытания. Если расхождения коэффициентов эффективности теплообмена превышают 20 %, испытания повторяют.  [20]

  Аэродинамическое сопротивление воздухоохладителя, работающего в режиме сухого охлаждения воздуха, определяется по формулам для расчета аэродинамического сопротивления секций подогрева, приведенным выше.  [21]

  Аэродинамическое сопротивление циклона необходимо определить для правильного выбора тяго-дутьевых средств, а также для проведения технико-экономических расчетов.  [22]

  Аэродинамические сопротивления цилиндров определяли путем обдувания воздухом неподвижно закрепленных в трубе тел. Для этого предварительно устанавливали потери давления на длине измерительного участка Артр для последующего исключения их из общих потерь АррСщ на участке с исследуемым цилиндром. На этом же измерительном участке определяли визуально ( по изменению показаний U-образного манометра) скорости трогания грузов.  [23]

  Аэродинамическое сопротивление воздухоохладителей, работающих в режиме охлаждения с одновременным осушением воздуха, — примерно на 50 % выше, чем у этих же воздухоохладителей, но работающих в режиме сухого охлаждения. Рост сопротивления объясняется тем, что выпадающая на оребрейии в лага стесняет — проход воздуха.  [24]

  Аэродинамическое сопротивление воздухоохладителя при работе его-в режиме охлаждения и осушения воздуха принимают на 40 — 50 % большим, чем при работе в режиме сухого охлаждения, а сопротивление орошаемого воздухоохладителя — на 80 — 100 % большим. Указанные соотношения справедливы при просвете между ребрами не менее 4 мм.

   [25]

  Вентиляционная схема синхронной машины и соответствующая схема замещения.  [26]

  Аэродинамическое сопротивление вентилятора может быть вынесено в эквивалентное сопротивление.  [27]

  Аэродинамическое сопротивление насадки из правильно уложенных и беспорядочно лежащих колец Рашига размерами 50 X 50 X 5 мм ( отнесенное к 1 м высоты) при прямотоке теплоносителей в зависимости от скорости газов, средней температуры газов и плотности орошения. Беспорядочно лежащая насадка: I — ср 40 4 — 50 С, II — ср 70 — 80 С; III — правильно уложенная насадка.  [28]

  Аэродинамическое сопротивление теплоносителя в набивках обоих теплообменных аппаратов при этом одинаково, поскольку у теплообменника, с турбулизирующей поверхностью каналов, глубина хода теплоносителя стала меньше, чем у теплообменника с гладкой поверхностью каналов.

  Это уменьшение пропорционально увеличению коэффициента сопротивления.  [29]

  Аэродинамическое сопротивление материала наряду с видом и расположением пор зависит также от его толщины. С повышением толщины слоя увеличивается поверхность трения и тем самым аэродинамическое сопротивление. При этом коэффициент поглощения имеет предельные значения, которые достигаются, когда по мере увеличения толщины слоя аэродинамическое сопротивление становится таким большим, что звуковые волны не могут проникнуть в глубину материала. Зоны слоя, расположенные глубже, становятся, таким образом, неэффективными для звукопоглощения.  [30]

  Страницы:      1    2    3    4

  Причины аэродинамического сопротивления — Science Learning Hub

  Добавить в коллекцию

• + Создать новую коллекцию

Аэродинамика — это изучение того, как воздух обтекает объекты, и сил, которые воздух и объекты воздействуют друг на друга. Сопротивление — это сила ветра или сопротивления воздуха, толкающая в направлении, противоположном движению объекта, в данном случае велосипедиста и велосипеда.

На велосипедиста действуют два типа аэродинамического сопротивления:

• сопротивление давлению
• сопротивление трению кожи.

Сопротивление давления

Основным видом сопротивления, воздействующим на велосипедиста, является сопротивление давления. Это вызвано тем, что частицы воздуха более сжаты (сжаты) на передних поверхностях и больше разнесены на задних поверхностях.

Это происходит, когда слои воздуха отделяются от поверхности и начинают закручиваться – это называется турбулентным потоком.

Эта разница в давлении воздуха означает, что частицы воздуха давят на передние поверхности велосипеда и водителя больше, чем на задние поверхности, поэтому возникает сила сопротивления.

Если трубы рамы велосипеда имеют форму крыла, воздушный поток остается более привязанным к поверхности, поэтому след, оставленный сзади, становится намного уже. Это делает зону низкого давления намного меньше, поэтому сопротивление давлению будет меньше.

Эта зона низкого давления возникает также за руками, ногами, головой и спиной велосипедистов. Труднее изменить форму этих частей, чтобы сохранить поток воздуха и уменьшить сопротивление давлению.

Некоторые вещи можно сделать, чтобы уменьшить сопротивление давлению:

• Использование аэрошлема для уменьшения зоны низкого давления непосредственно за головой.
• Держите тело как можно ниже, чтобы воздух оставался прикрепленным, когда он проходит через спину.
• Кабели, баллоны и компоненты тормозной системы можно спрятать внутри или за рамой, чтобы они уже находились в зоне низкого давления.
• В групповых соревнованиях велосипедисты пользуются зоной низкого давления позади других велосипедистов, двигаясь вплотную позади. Это называется тягой и может уменьшить усилие, необходимое следующему велосипедисту, на 30%.

Сопротивление трения кожи

Когда слои воздуха движутся по шероховатой поверхности, частицы воздуха в слое, ближайшем к поверхности, сталкиваются с поверхностью. Это заставляет частицы воздуха замедляться прямо вниз (а прямо у поверхности они полностью останавливаются!). Затем эти частицы сталкиваются с воздухом слоями немного дальше, что также заставляет их замедляться. По мере удаления от поверхности скорость частиц воздуха не изменяется. Область воздуха, в которой скорость частиц изменилась, называется пограничным слоем.

У велосипедиста толщина пограничного слоя увеличивается с нескольких миллиметров до нескольких сантиметров. Лучший способ уменьшить сопротивление трения кожи — сделать поверхности как можно более гладкими. Ношение обтягивающих комбинезонов сильно влияет на скорость, которую может развить велосипедист.

Лобная область

Лобная область — это область, которую вы видите, если посмотрите на велосипедиста спереди. Уменьшение этой площади означает, что меньше столкновений с ветром.

Способы его уменьшения включают использование рулей или аэродинамических рулей. Низкое опускание в согнутое положение с согнутыми локтями снижает сопротивление, потому что это более обтекаемая форма и меньшая фронтальная площадь.

Расчет сопротивления

Это уравнение используется для расчета сопротивления объекта:

F _{D = ½} C _D AρV ²

• F _{D сила сопротивления.}
• C _D — коэффициент аэродинамического сопротивления (число, показывающее, насколько обтекаемой является форма). Меньшие числа C _D показывают, что сопротивление меньше, например:
  • круглый цилиндр – C _D = 1,2
  • квадратный цилиндр – C _D = 2,0 (острые края — это плохо)
  • овальный цилиндр — C _D = 0,6 (скругленные края — это хорошо)
  • форма крыла — C _D = 0,1
• A — фронтальная площадь объекта (измеряется в квадратных метрах).
• ρ — плотность воздуха (около 1,2 кг на кубический метр).
• V — скорость, с которой движется объект (измеряется в метрах в секунду — м/с).

Это уравнение показывает, что если площадь удвоится, сопротивление также удвоится, поэтому велосипедисту важно держать свое тело низко и держать руки и плечи близко.

Велосипедисты с огромной мощностью и минимальным сопротивлением могут двигаться со скоростью от 50 до 60 км/ч во время гонок на время. Мировой рекорд для велосипедиста на нестандартном велосипеде, следующего за другим транспортным средством, составляет 268,8 км/ч. Это показывает, чего можно было бы достичь, если бы можно было практически устранить аэродинамическое сопротивление.

Сопутствующие занятия

Упражнение «Изучение воздушного потока над формами» требует, чтобы учащиеся исследовали собственное сопротивление качению и сопротивление качению на велосипеде.

В этом упражнении учащиеся узнают, как сделать аэродинамическое крыло, а также сделать бумажные самолетики и управлять ими, что поможет им узнать о форме аэродинамического крыла.

Опубликовано 22 февраля 2011 г. Ссылки Статьи в центре

Перейти к полному глоссарию

Добавить 0 пунктов в коллекцию

1. + Создайте новую коллекцию

Скачать 0.

Загрузить все

. Что такое перетаскивание?

Сопротивление – это аэродинамическая сила, препятствует движению самолета в воздухе. Перетаскивание создается каждая часть самолета (даже двигатели!). Как создается сопротивление?

Сопротивление — это механическая сила. Он возникает в результате взаимодействия и контакт твердого тела с текучей средой (жидкостью или газом). это не порождается силовым полем, в смысле гравитационным поле или электромагнитное поле, где один объект может воздействовать другим объектом без физического контакта. Чтобы перетаскивание было При этом твердое тело должно соприкасаться с жидкостью. Если там нет жидкости, нет сопротивления. Сопротивление создается разницей в скорость между твердым телом и жидкостью. Должно быть движение между объектом и жидкостью. Если нет движения, нет тяга. Не имеет значения, движется ли объект через статическая жидкость или движется ли жидкость мимо статического твердого объекта. Перетаскивание действует в направлении, противоположном движению. (Лифт действует перпендикулярно движению.)

Хотя многие факторы, влияющие на также влияют на сопротивление, есть некоторые дополнительные источники сопротивления самолета.

Мы можем думать о сопротивлении как об аэродинамическом трении, и одно из источниками сопротивления является поверхностное трение между молекулами воздуха и твердой поверхности самолета. Потому что кожа трение – это взаимодействие между твердым телом и газом, величина поверхностного трения зависит от свойств как твердого тела, так и газа. За твердая, гладкая, вощеная поверхность создает меньшее трение кожи, чем шероховатая поверхность. Для газа величина зависит от вязкость воздуха и относительная величина вязких сил к движению потока, выраженная как Рейнольдс номер . Вдоль твердой поверхности пограничный слой генерируется низкоэнергетический поток. И величина кожное трение зависит от состояния этого потока.

Мы также можем рассматривать сопротивление как аэродинамическое сопротивление движение тела в жидкости. Этот источник сопротивления зависит по форме самолета и называется , форма сопротивления . Как воздух обтекания тела, локальная скорость и давление изменены. Поскольку давление является мерой импульса газа молекул, а изменение импульса создает силу, переменное распределение давления будет производить силу на тело. Мы можно определить величину силы интегрирование (или суммирование) местного давления, умноженного на площадь поверхности вокруг всего тела. Составляющая аэродинамической силы, противостоит движению сопротивление; компонент, перпендикулярный движение есть подъем. И подъемная сила, и сила сопротивления действуют через центр давления объекта.

Имеется дополнительный компонент сопротивления, вызванный генерацией поднимать. Аэродинамики назвали этот компонент индуцированное сопротивление. Это сопротивление возникает из-за того, что поток вблизи законцовок крыла искривляется по размаху из-за разницы давлений верх к низу крыла. Закрученные вихри образуются на кончики крыльев, и с этими вихрями связана энергия. индуктивное сопротивление — это показатель количества энергии, потерянной наконечником. вихри. Величина индуктивного сопротивления зависит от величины подъемной силы создается крылом и на крыле геометрия. Длинные тонкие (по хорде) крылья имеют низкое индуктивное сопротивление; короткие крылья с большой хордой имеют высокое индуктивное сопротивление.

Дополнительные источники сопротивления включают волновое сопротивление и прямое сопротивление. Как самолет приближается к скорости звука, ударные волны генерируются вдоль поверхности. Существует дополнительный штраф за сопротивление (называется волновое сопротивление ), что связано с образованием скачка волны. Величина волнового сопротивления зависит от числа Маха номер потока. Сопротивление Ram связано с замедлением вниз по свободному потоку воздуха, когда воздух поступает внутрь самолета. Джет двигатели и воздухозаборники на самолете являются источниками лобового сопротивления.

---




---

Экскурсии с гидом
• Источники сопротивления:
• Факторы, влияющие на сопротивление:
• сил на самолете:
• сил на планере:

---

Руководство для начинающих по аэродинамике

Руководство для начинающих по движению

Руководство для начинающих по моделированию ракет

Руководство по воздушным змеям для начинающих

Руководство для начинающих по аэронавтике

---

---

Наверх

Перейти к…

Домашняя страница руководства для начинающих

---

от Тома Бенсон
Пожалуйста, присылайте предложения/исправления по адресу: [email protected]

 

Обзор аэродинамического сопротивления | Блог системного анализа

Автор Каденс CFD

Ключевые выводы

• Преимущества и недостатки сопротивления.

• Использование уравнения сопротивления для расчета аэродинамического сопротивления.

• Анализ влияния силы сопротивления.

Как аэродинамическое сопротивление влияет на полет

Сопротивление почти всегда используется для описания того, как что-то препятствует продвижению вперед, и это описание, безусловно, применимо к пониманию основ аэродинамики. На самом деле сопротивление является одной из четырех основных сил, которые существенно влияют на склонность аэрокосмических и наземных транспортных средств оставаться на курсе. Важно понимать различные причины и типы аэродинамического сопротивления, а также то, как выполнять точные расчеты, чтобы адекватно учитывать сопротивление в конструкции системы.

Различные типы сопротивления

Существует несколько типов сопротивления, перечисленных ниже, которые воздействуют на объекты, движущиеся в жидкости, например в воздухе.

• Сопротивление трения
  Сопротивление трения возникает из-за движения двух поверхностей или границ объекта и обтекания его воздухом.

• Сопротивление формы
  Возникает из-за формы — площади поперечного сечения — объекта, движущегося в жидкости.

• Интерференционное сопротивление
  Интерференционное сопротивление возникает, когда несколько воздушных потоков движутся с разными скоростями.

• Сопротивление подъемной силы
  Иногда называемое сопротивлением подъемной силы, эта сила возникает в результате подъемной силы. Подъемная сила достигается за счет создания перепада давления над и под объектом — низкого вверху и высокого внизу. При изменении подъемной силы, возможно, из-за регулировки угла атаки, воздух высокого давления пытается переместиться в область низкого давления, что создает сопротивление.

• Сопротивление профиля
  Сумма сопротивления формы и трения называется сопротивлением профиля.

• Волновое сопротивление
  Возникает только тогда, когда объект движется с высокой скоростью, например околозвуковой или сверхзвуковой, когда возникают ударные волны.

Другим часто используемым термином является паразитное сопротивление, которое представляет собой универсальное выражение для сопротивления трения, формы и интерференции или любого сопротивления, обусловленного конструкцией объекта — формой, материалом и т. д. Все типы сопротивления, перечисленные выше, могут быть рассмотрены. отрицательные эффекты, поскольку все они имеют тенденцию замедлять движение самолета вперед по воздуху. Важно понимать это, поскольку аэродинамическое сопротивление должно быть уменьшено, чтобы самолет оставался в воздухе.

Использование уравнения сопротивления для расчета аэродинамического сопротивления

При расчете аэродинамических сил, таких как сопротивление, точность имеет первостепенное значение. И абсолютно лучший метод определения сопротивления — это физическое измерение его в контролируемом эксперименте, когда другие соответствующие параметры могут быть фиксированными или контролируемыми. Для автомобильных систем этой цели служит аэродинамическая труба, поскольку можно изучить реальное транспортное средство.

Аэродинамическая труба для измерения аэродинамического сопротивления

В отличие от автомобилей, самолеты стоят миллионы долларов, а затраты на модернизацию и перепроизводство слишком высоки, чтобы полагаться только на испытания, которые могут привести к значительным модификациям для создания приемлемых конструкций этих систем. Следовательно, необходимо иметь возможность определить, каким силам сопротивления может подвергаться система на этапе проектирования. Для этого используется приведенное ниже уравнение сопротивления.

Уравнение сопротивления

В приведенном выше уравнении опорная площадь представляет собой ортогональную проекцию поверхности объекта на плоскость, параллельную направлению движения. Также показано, что сила сопротивления зависит от плотности и постоянной скорости потока жидкости, а также от коэффициента сопротивления.

Сила сопротивления прямо пропорциональна коэффициенту сопротивления, который определяется как сумма коэффициента сопротивления из-за трения и коэффициента сопротивления из-за формы, как показано ниже.

    C _D = C _{D, ​​трение}  + C _{D, ​​форма}

Решив приведенное выше уравнение для коэффициента сопротивления, можно рассчитать силу сопротивления для различных условий. Чтобы определить коэффициенты аэродинамического сопротивления, небольшие модели различных сечений самолета, например, с симметричными или выпуклыми аэродинамическими профилями, испытывают в аэродинамической трубе пропорционального размера, как показано ниже.

Мемориальная аэродинамическая труба Райта. От НАСА.

Как правило, уравнение сопротивления перестраивается для решения коэффициента сопротивления, что показывает, что коэффициент сопротивления фактически является отношением сопротивления к динамическому давлению, q. После определения ряда коэффициентов аэродинамического сопротивления для конкретного элемента их можно использовать для расчета аэродинамического сопротивления системы в различных условиях на этапе проектирования.

    C _D = F _D /((𝛒 x V ² )/2) x A) = F _D /(q x A)

Использование силы сопротивления для проектирования аэродинамических систем

Проектирование систем, подверженных воздействию аэродинамических сил, включая сопротивление, является сложной задачей и требует многочисленных анализов. Для летательных аппаратов критически важно исследовать пограничный слой между поверхностями объекта и воздушным потоком над ними и вокруг них. Для этого необходимо использовать методы сетки CFD, такие как триангуляция Делоне, FEA или какой-либо другой метод.

Чтобы помочь вам эффективно использовать ваши расчеты аэродинамического сопротивления для создания наилучшего проекта системы, Cadence предлагает передовые программные платформы для создания сетки и анализа CFD. Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать последние обновления CFD, или просмотрите пакет программного обеспечения Cadence для CFD, включая Omnis и Pointwise, чтобы узнать больше о том, какое решение у Cadence есть для вас.

Программное обеспечение CFD Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Доступ к электронной книге

Что такое аэродинамическое сопротивление? — IMI

Если ваш бизнес зависит от грузоперевозок при доставке, внимание к аэродинамическому сопротивлению поможет вам сэкономить на расходах на топливо. Большинство водителей, по крайней мере, слышали о термине аэродинамическое сопротивление, но многие не знают, насколько важны общая форма и размер автомобиля при перемещении из точки А в точку Б. ваш полуприцеп на высокой скорости. Когда ваш автомобиль движется вперед, он создает сопротивление воздуха, которое требует от водителя увеличения ускорения. Преодоление аэродинамического сопротивления может потребовать использования вашего запаса топлива для движения с желаемой скоростью. Тем не менее, вы можете улучшить свой автопарк, если поймете, какие силы воздействуют на ваше транспортное средство, и что вы можете сделать для обеспечения надлежащего воздушного потока.

Вообще говоря, полуприцеп с однородной конструкцией и закругленными передними поверхностями может более эффективно рассекать воздух по сравнению с моделями, имеющими жесткие компоненты рядом с бамперами, решетками и капотами. Но вы можете улучшить аэродинамику своих полуприцепов, модернизировав внешние детали, чтобы ваши полуприцепы оставались гибкими и могли адаптироваться к внезапным изменениям во время перевозки.

КАК АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ВЛИЯЕТ НА ВАШ ГРУЗОВИК?

Существует прямая зависимость между аэродинамикой грузовых автомобилей и топливной экономичностью. Чтобы противостоять встречным силам в передней части автомобиля, водители должны соответствовать или превосходить эффекты сопротивления, нажимая на педаль газа. Чем менее аэродинамичен ваш полуприцеп, тем больше топлива вам нужно будет сжигать, чтобы двигаться с постоянной скоростью.

Полуприцепы — одни из самых больших коммерческих транспортных средств, встречающихся на дорогах, с коробчатыми прицепами, тяжелыми двигателями и кабинами, похожими на тягачи, для буксировки грузов. Хотя вы мало что можете сделать, чтобы изменить форму и размер вашего грузовика, знание того, где происходит повышение давления в полуприцепе, повлияет на модернизацию компонентов и навесного оборудования.

Двумя основными силами аэродинамического сопротивления, влияющими на эффективность использования топлива и характеристики автомобиля, являются сопротивление давления и сопротивление поверхностного трения.

РАССЧИТАЙТЕ СВОИ ЭКОНОМИИ

Узнайте, сколько вы сэкономите на топливе, шинах и техническом обслуживании с IMI FLEXX

Рассчитайте свою экономию

ПОЛУАЭРОДИНАМИКА И СОПРОТИВЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ передней части полуприцепа к задней части. Как правило, возникает ощущение, известное как турбулентный поток, когда закрученные ветры распространяются наружу вдоль грузового отсека автомобиля. Этого дисбаланса давления спереди и сзади вашего коммерческого автомобиля достаточно, чтобы создать нежелательное сопротивление.

Полуприцепы предназначены для перевозки грузов, поэтому большинство моделей рассчитаны на максимальную грузоподъемность. Сопротивление давлению в некотором роде неизбежно при вождении серийного автомобиля, потому что автопарки созданы для мощности, а не для аэродинамических функций.

ПОЛУАЭРОДИНАМИКА И СОПРОТИВЛЕНИЕ ТРЕНИЯ КОЖИ

Сопротивление трения кожи относится к поверхностям вашего полуприцепа и любым дефектам, которые мешают движению воздуха. Вы можете думать о «коже» вашей установки как о любых внешних компонентах, вступающих в контакт с частицами воздуха. Все, что улавливает поток воздуха и препятствует распределению давления, приведет к аэродинамическому сопротивлению.

Одной из примечательных областей полуприцепа, которая изменяет сопротивление, является зазор между тягачом и платформой прицепа.

КАК УЛУЧШИТЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛУГРУЗОВИКА

Владелец бизнеса или руководитель автопарка наверняка всегда ищет новые способы улучшения аэродинамических характеристик полуприцепов. На рынке существует множество вариантов обновления, которые устанавливаются без необходимости постоянных внешних модификаций. Измените форму вашего транспортного средства, используя один или несколько из следующих методов:

ВИХРЕВЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Вихревые генераторы обычно можно увидеть на самолетах, но технология постепенно внедряется в полуприцепы, прицепы и внедорожники. Эти устройства представляют собой небольшие аэродинамические лепестки, которые перенаправляют поток воздуха в области с резкими перепадами давления. Разместите эти установки рядом с промежутками на полуприцепе и вдоль задней части буровой установки, чтобы замедлить разделение потока.

Водители могут за считанные секунды прикрепить вихревые генераторы для стабильности, производительности и большей топливной экономичности.

ОБЛИЦОВКИ И БОКОВЫЕ ЮБКИ

Уменьшить лобовое сопротивление полуприцепа так же просто, как установить панели на автомобиль. Обтекатели и боковые юбки выполняют аналогичную функцию, но имеют разные названия в зависимости от их расположения. Цель обтекателя или боковой юбки — направлять воздух в прямолинейном направлении, помогая вам добиться управляемости и, конечно же, меньшего сопротивления.

Панели обтекателя также известны как «задние хвосты» или «хвосты прицепа». Разместите эти устройства в задней части полуприцепа, чтобы ограничить разрежение, вызывающее нежелательное сопротивление. Просто уберите технику из грузового отсека, когда будете готовы открыть двери для доставки.

Боковые юбки для полуприцепов располагаются между секциями колес прицепа и предотвращают попадание частиц воздуха на заднюю ось.

ПРИВОДНЫЕ КРЫЛЬЯ

Приводные крылья полуприцепов устанавливаются вокруг колесных арок вашего автомобиля. Аэродинамические формы позволяют частицам воздуха прокатываться мимо шин и двигаться по линейной траектории по бокам прицепа. Обратите внимание на разницу в расходе бензина, при этом не позволяя камням, грязи и мусору подниматься вверх.

БРЫЗГОВИКИ С ВЕНТИЛЯЦИОННЫМИ ВЕНТИЛЯЦИЯМИ

Ваш автопарк, скорее всего, вышел с завода с брызговиками из резины или ПВХ. Используйте базовые инструменты, чтобы заменить эти установки на стили с вентиляционными отверстиями, позволяющими беспрепятственно проходить воздуху.

КОЛПАКИ

Ваши заводские диски могут иметь выпуклости, углубления и отверстия, через которые может попасть воздух. Подумайте о том, чтобы добавить колпаки для колес, чтобы закрыть эти отверстия и значительно уменьшить сопротивление вблизи гаек и шин.

КАК АЭРОДИНАМИКА КОММЕРЧЕСКИХ АВТОМОБИЛЕЙ ВЛИЯЕТ НА ЭКОНОМИЮ ТОПЛИВА

Водители часто не подозревают о роли аэродинамики в расходе топлива, пока не сядут за руль автомобиля с модернизированными функциями, навесным оборудованием или аксессуарами. Если добавление восьми колесных колпаков улучшит экономию топлива всего на четверть процентного пункта в год, вы сможете сэкономить 1000 долларов на каждом тракторе в соответствии со следующими параметрами:

1. Пробег 100 000 миль в год
2. Ваша установка проезжает 6 миль на галлон
3. Цены на газ составляют 3 доллара за галлон

Аэродинамическая конструкция грузовика упрощает ограничение лобового сопротивления, так что водители могут двигаться по инерции и меньше нагружать компоненты двигателя во время ускорения. Чем реже приходится пользоваться педалью газа, тем дольше можно обходиться без дозаправки.

ВСЕГДА ЗАБОТИТЕСЬ О ШИНАХ ДЛЯ ПОЛУГРУЗОВЫХ АВТОМОБИЛЕЙ

Аэродинамические решения способствуют экономии топлива, но вы можете еще больше повысить эффективность, заботясь о шинах вашего полуприцепа. Уже более 40 лет мы посвятили себя тому, чтобы знакомить клиентов с инновационными шинами и колесами, которые защищают и сохраняют ваши инвестиции. Если вы хотите, чтобы ваш грузовик с полуприцепом оставался в рабочем состоянии долгие годы, просмотрите наши решения в Интернете и заполните контактную форму для получения дополнительной информации.

Получите самую свежую информацию и новости отрасли.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

аэродинамика сопротивления полета

перетащить На этом рисунке изображен немецкий истребитель Ме-109Г из Вторая Мировая Война. Показана процентная разбивка сопротивление (включая интерференционное сопротивление) компоненты Любое физическое тело, движущееся по воздуху имеет сопротивление, связанное с ним. В аэродинамике сопротивление определяется как сила, препятствующая движению вперед через атмосферу и параллельно направление скорости набегающего потока воздушный поток. Сопротивление должно преодолеваться тягой, чтобы добиться поступательного движения. Сопротивление создается девятью условиями, связанными с движение частиц воздуха над самолетом. Там несколько типов сопротивления: форма, давление, кожа трение, паразитное, индуцированное и волновое. Термин «разделение» относится к плавному течению воздух, поскольку он плотно прилегает к поверхности крыла, а затем внезапно отрываясь от поверхности и создавая хаотический поток. Второе фото слева на полях этой страницы показаны примеры потоков воздуха мимо различных объектов. дно хорошо видно поведение, ламинарный поток (поток в слоях), где поток остается прикрепленным (близко к поверхности) объект. Объект чуть выше имеет ламинарный поток для первая половина объекта, а затем поток начинает отделяться от поверхности и образовывать множество хаотические крошечные вихревые потоки, называемые вихрями. Два объекты прямо над ними имеют большую область раздельный поток. Чем больше область разделения поток, тем больше сопротивление. Вот почему самолет конструкторы идут на такие усилия, чтобы упростить крылья и хвосты и фюзеляжи для минимизации лобового сопротивления. Индуктивное сопротивление Индуктивное сопротивление является побочным продуктом подъемной силы. Индуцированное сопротивление — это сопротивление, создаваемое вихри на конце крыла самолета. Индуктивное сопротивление — это сопротивление из-за подъемной силы. высокое давление под крылом вызывает поток воздуха на кончиках крыльев закручиваться снизу до вершины круговыми движениями. Это приводит к следящий вихрь. Индуктивное сопротивление увеличивается в прямом пропорционально увеличению угла атаки. круговое движение вызывает изменение угла атака возле законцовки крыла, которая вызывает увеличение тяга. Чем больше угол атаки до критический угол (где происходит сваливание), тем больше развиваемая подъемная сила и тем больше индуцированное сопротивление. Все эти типы сопротивления должны быть учтены. при определении сопротивления для дозвукового полета. общее сопротивление представляет собой сумму паразитного и индуцированного тяга. Общее сопротивление = Паразитное сопротивление + Индуцированное сопротивление Но чистое (или полное) сопротивление самолета не просто сумма сопротивления его компонентов. Когда компоненты объединяются в единое целое самолет, один компонент может повлиять на воздушный поток вокруг и над самолетом, и, следовательно, лобовое сопротивление один компонент может повлиять на перетаскивание, связанное с другой компонент. Эти эффекты называются интерференционные эффекты , а изменение суммы сопротивления компонента называется интерференцией перетащите . Таким образом, (Перетаскивание) 1+2 = (Перетаскивание) 1 + (Перетаскивание) 2 + (перетаскивание) помехи Как правило, интерференционное сопротивление увеличивает компонент перетаскивает, но в некоторых случаях, например, добавление концевых баков к крылу, общее сопротивление будет меньше чем сумма сопротивления двух компонентов из-за снижение индуктивного сопротивления. паразит драг Паразитарное сопротивление типичного самолет в крейсерской конфигурации состоит в первую очередь от трения кожи, шероховатости и гидравлическое сопротивление основных компонентов. Есть обычно какое-то дополнительное притяжение паразитов из-за такого такие вещи, как стреловидность фюзеляжа, зазоры руля, базовые зоны и другие посторонние предметы. Так как большинство элементов, составляющих суммарную паразитную тягу зависят от числа Рейнольдса, а поскольку некоторые зависит от числа Маха, необходимо указать условия, при которых паразитарная тяга должна быть оценены. В методе этих заметок выбранными условиями являются число Маха и Число Рейнольдса, соответствующее полету условие интереса. Основная область паразитного перетаскивания для аэродинамический профиль и формы тела могут быть вычислены из следующее выражение: f = k c f S мокрый где кожное трение коэффициент, c f , который основан на открытая смоченная площадь включает в себя воздействие шероховатость, а коэффициент формы k определяет влияние как сверхскорости, так и сопротивления давления. С мокрый это общая смоченная площадь тела или поверхности. Расчет общего паразитное перетаскивание требует, чтобы мы вычислили площадь перетаскивания каждого из основных компонентов (фюзеляж, крыло, гондолы и пилоны, хвостовое оперение), а затем оценить дополнительные компоненты паразитного сопротивления описано выше. Таким образом, мы пишем: C D p = С k i c f i S мокрый i / S ref + C Dupsweep + C Dgap + C Dnac_base + C Dmisc , где первый член включает трение кожи, а сопротивление давлению при нулевой подъемной силе основных компонентов. с f i средняя кожа коэффициент трения для шероховатой пластины с переход по числу Рейнольдса полета. Эквивалент шероховатость определяется по данным летных испытаний. форма сопротивления Форма сопротивление и сопротивление давления практически одинаковы тип тяги. Сопротивление формы или давления вызвано воздух, обтекающий самолет или аэродинамический профиль. Разделение воздуха создает турбулентность и приводит к в карманах низкого и высокого давления, которые оставляют след за самолетом или аэродинамическим профилем (отсюда и название сопротивление давлению). Это препятствует движению вперед и является составляющая полного сопротивления. Поскольку это сопротивление связано к форме или форме самолета, это также называется перетаскиванием формы. Оптимизация самолета будет уменьшить сопротивление формы и части самолета, которые не поддаются упорядочению, заключены в крышки, называемые обтекателями, или капот двигателя, которые имеют обтекаемую форму. Компоненты самолета которые создают аэродинамическое сопротивление, включают (1) крыло и крыло закрылки, (2) фюзеляж, (3) хвостовое оперение, (4) гондолы, (5) шасси, (6) крыльевые баки и внешние магазины и (7) двигатели. Кожа сопротивление трения вызвано фактическим контактом частиц воздуха на поверхности самолет. Это то же самое, что трение между любые два объекта или вещества. Потому что трение кожи сопротивление — это взаимодействие между твердым телом (самолет поверхность) и газ (воздух), величина кожного покрова сопротивление трения зависит от свойств обоих твердое тело и газ. Для твердого самолета кожа художественное сопротивление может быть уменьшено, а скорость полета может быть несколько увеличился за счет сохранения поверхности самолета сильно отполированы и чисты. Для газа, величина сопротивления зависит от вязкости воздух. Вдоль твердой поверхности самолета формируется пограничный слой низкоэнергетического потока. величина кожного трения зависит от состояния этого потока. кожа трение Передняя кромка крыла будет всегда создают определенное сопротивление трения Важная аэродинамическая сила при малоскоростном дозвуковом полете поперечная сила (боковая сила или внутреннее трение), вызванное вязкий поток воздуха над поверхностями автомобиля. Эта сила сдвига называется поверхностным трением. сила или сопротивление поверхностного трения и сильно зависит от число Рейнольдса, шероховатость поверхности и давление градиенты. В дополнение к силам давления, которые действуют везде перпендикулярно (нормально) к телу в движущемся воздухе также присутствуют силы вязкости. Это эти вязкие силы, которые изменяют подъемную силу, существовал бы в идеальных условиях (воздух невязкий и несжимаемый) и помогают создать настоящее сопротивление. Если бы воздушный поток был идеальным, то есть невязким, то воздух просто скользил бы по поверхности гладкой пластины со скоростью V. Во всех точках вдоль поверхность пластины, распределение скоростей (то есть изменение скорости при движении перпендикулярно поверхности) будет равномерное постоянное значение V∞. Никакого перетаскивания не получится если бы воздушный поток был без трения (невязким). Однако в реальных условиях очень тонкая пленка молекулы воздуха прилипают к поверхности. Это очень важное условие отсутствия проскальзывания. В нем говорится, что при поверхности тела скорость воздушного потока равна нулю. По мере удаления от тела скорость воздуха постепенно увеличивается до тех пор, пока в какой-то момент скорость становится постоянной величиной; в случае плоской пластине это значение V. Слой воздуха, где скорость меняется от нуля до постоянной величина называется пограничным слоем. В рамках пограничный слой, существуют относительные скорости между слоями и внутреннее трение подарок. Это внутреннее трение распространяется на поверхность тела. Совокупный эффект всех эти силы трения должны создавать сопротивление на пластина. Это сопротивление называется кожным трением. тяга. Реальное течение жидкости вокруг аэродинамического профиля. Толщина пограничные слои и след сильно преувеличенный. Донное течение по нижней поверхности равно так же, как и на верхней поверхности. Первоначально около передней кромки плоской гладкой пластины поток ламинарный (т. течение слоистое) и пограничный слой тоже устойчивый и слоистый, следовательно, ламинарный пограничный слой. По мере продвижения вниз по течению вязкость сохраняется. действовать, и ламинарный пограничный слой утолщается по мере все больше и больше воздуха замедляется внутренними трение. В конце концов, достигается точка на пластина, на которой ламинарный пограничный слой подвергается переход и становится турбулентным пограничным слоем. Как обычно для турбулентного потока, существует случайный движение в пограничном слое, а также движение вниз по течению. Нет проскальзывания на поверхность плиты. Еще одно важное отличие от ламинарного пограничного слоя заключается в том, что скорость нарастает быстрее по мере удаления от стены, хотя общий пограничный слой толщина больше. Турбулентный пограничный слой чем дальше от стены, тем медленнее активизируется движение воздуха ближе к стене. Это условие может быть можно увидеть, сравнивая профиль ламинара пограничный слой с профилем турбулентного пограничный слой. Число Рейнольдса оказывает важное влияние на пограничный слой. По мере увеличения числа Рейнольдса (вызванное увеличением скорости воздушного потока и/или вязкости), пограничный слой уплотняется медленнее. Однако, хотя Число Рейнольдса становится большим, скорость на поверхность тела должна быть равна нулю. Таким образом, граница слой никогда не исчезает. Интересно отметить, что типичная толщина пограничного слоя на крыле самолета обычно меньше сантиметра (2,5 дюйма). Пока что, скорость должна отличаться от нуля на поверхности крыла до сотен метров в секунду на внешний край пограничного слоя. Очевидно, что огромные силы сдвига (внутреннее трение) должны действовать в этом регионе. Это порождает сопротивление трения кожи. Применительно к крылу в реальном воздушном потоке, то же скорость набегающего потока V и статическая скорость набегающего потока применяется давление p. Воздушное поле впереди аэродинамический профиль лишь незначительно изменен и для всех практических целей, скорости и статические давление такое же, как и в случае идеальной жидкости. Снова точка застоя (точка без движения) происходит на передней кромке аэродинамического профиля и давление достигает своего максимального значения pt при этом точка (полное или застойное давление). Из этого направьте вдоль аэродинамического профиля, картина изменится. Как отмечалось ранее в примере с плоской пластиной, пограничный слой начинает формироваться из-за вязкости. Этот пограничный слой очень тонкий и вне его, течение ведет себя очень похоже на течение идеальной жидкости. Кроме того, статическое давление, действующее на поверхность аэродинамический профиль определяется статическим давлением вне пограничного слоя. Это давление передается через пограничный слой в поверхности и, таким образом, действует так, как если бы пограничный слой был вообще не присутствует. Но пограничный слой чувствует это статическое давление и будет реагировать на него. По передней поверхности аэродинамического профиля до плечо, поддерживающий благоприятный градиент давления существует (давление уменьшается с расстоянием вниз по течению). Воздушный поток ускоряется вдоль аэродинамический профиль. Течение ламинарное и ламинарная граница слой присутствует. Этот ламинарный пограничный слой растет толщиной вдоль профиля. Когда плечо достигнута, однако молекулы воздуха движутся медленнее, чем в случае идеальной жидкости. Это неблагоприятное состояние, поскольку предыдущий идеал поток просто остановился на задней кромке аэродинамический профиль. Казалось бы сейчас, с вязкостью настоящее время, что поток остановится в какой-то момент расстояние до достижения задней кромки. По мере движения воздушного потока от плеча к задней части поверхность аэродинамического профиля, градиент статического давления неблагоприятно (увеличение давления с выходом расстояние). Молекулы воздуха должны сталкиваться с обоими этот неблагоприятный градиент давления и вязкость сил. В точке перехода характер меняется воздушный поток и ламинарный пограничный слой быстро превращается в турбулентный пограничный слой. Этот турбулентный пограничный слой продолжает утолщаться вниз по течению. Борьба с неблагоприятным давлением градиент и вязкость слишком велики для воздушного потока, и в какой-то момент поток воздуха полностью прекращается. пограничный слой остановился, не дойдя до задняя кромка. (Помните, что воздушный поток достиг задняя кромка перед остановкой в ​​идеальной жидкости случай.) Эта точка остановки известна как точка разделения. На всем протяжении линии, начиная с этой точки наружу в воздушный поток, воздушный поток останавливается. Вне по этой линии поток воздуха фактически движется назад, вверх по течению к носу, прежде чем развернуться. Этот представляет собой область водоворотов и водоворотов и представляет собой мертвый воздух, нарушающий поле потока от аэродинамического профиля. Таким образом, поток воздуха снаружи мертвого воздушная область вынуждена обтекать ее. область вихрей называется следом за аэродинамический профиль. До точки разделения разница между распределение статического давления для идеальной жидкости расход и реальный расход воздуха не очень большой но раз происходит отрыв, поле давления сильно модифицированный. В случае идеальной жидкости сеть сила статического давления, действующая на переднюю поверхность аэродинамический профиль (до плеча) параллелен фри стрим как раз против этого и отменил действует на задние поверхности аэродинамического профиля. Под реальных условиях воздушного потока, однако эта симметрия и списание сил разрушено. Сеть сила статического давления, действующая на переднюю поверхность параллельно направлению набегающего потока теперь превышает воздействующая на заднюю поверхность. Чистый результат представляет собой сила сопротивления из-за асимметричного давления распределение называется сопротивлением давлению. Это перетаскивание дополнение к сопротивлению поверхностного трения из-за силы сдвига (внутреннее трение) в границе слой. Кроме того, модификация распределение статического давления вызывает уменьшение подъем давления в случае идеальной жидкости. Эффект вязкости заключается в том, что подъемная сила уменьшается и полное сопротивление, состоящее из сопротивления трения кожи и сопротивление давлению присутствует. Оба они пагубные последствия. Следует подчеркнуть, что подобные процессы происходит на всех компонентах самолета, чтобы той или иной степени, не только аэродинамического профиля. Таким образом, эффекты реального течения жидкости результате вязкости жидкости. Вязкость вызывает пограничный слой и, следовательно, поверхностное трение тяга. Поле течения нарушено из-за вязкость до такой степени, что возникает сопротивление давлению. Кроме того, снижается чистый подъем давления. вмешательство перетащить Поверхности под углом друг к другу как в (C) создают турбулентность в области соединение. Чаще всего это происходит на пересечение фюзеляжа и крыла. На этом рисунке изображен самолет Grumman F9F. Panther Jet с большой степенью филетирования до уменьшить сопротивление поднимать против перетаскивания Самолет при заданной общей массе может эксплуатироваться в горизонтальный полет в диапазоне настроек мощности и скорость полета. Так как подъемная сила и вес должны быть равны в чтобы поддерживать горизонтальный полет, очевидно, что существует зависимость между подъемной силой (L), воздушной скоростью (V) и угол атаки (AT). Эти отношения могут быть «обобщена» следующим выражением. (Примечание: выражение не является точным уравнением). Подъем = Угол Атака х Скорость С угла атака и скорость также имеют отношение к Induced Перетаскивание и паразитное перетаскивание, взаимосвязь Поднятие/перетаскивание показано на графике ниже. Паразит сопротивление увеличивается со скоростью. Индуктивное сопротивление уменьшается со скоростью. СУММА двух перетаскиваний (Общее перетаскивание кривая) показывает, что существует только одна воздушная скорость для данный самолет и загрузка, обеспечивающая МИНИМАЛЬНУЮ общую тяга. Это точка М, которая является максимальным подъемом. передаточное отношение (L/D). Это скорость полета, при которой самолет может планировать дальше всего без двигателя (максимальная дальность полета). Это скорость полета, которая должны быть немедленно установлены в случае отключения питания отказ. Эта максимальная скорость планирования отличается для каждой конструкции самолета. Пилотная эксплуатация Для этой воздушной скорости и пилот должен запомнить его, чтобы исключить необходимость руководства по поиску во время чрезвычайной ситуации. Снижение коэффициента аэродинамического сопротивления самолета со временем

Наука скорости: аэродинамическое сопротивление в езде на велосипеде

Перейти к содержимому Наука скорости: аэродинамическое сопротивление в велоспорте
Наука о скорости: аэродинамическое сопротивление в велоспорте

Что такое аэродинамическое сопротивление?

Аэродинамическое сопротивление — это сила воздуха, действующая на замедление движущегося сквозь него тела.

Чем быстрее вы движетесь, тем больше воздуха вам приходится выбрасывать со своего пути, и тем больше он отталкивает вас назад.

Чем он более «обтекаемый» и чем он меньше, тем меньше лобовое сопротивление. Аэродинамика — это наука о том, как заставить вещи двигаться быстрее за счет уменьшения сопротивления.

В случае велоспорта это означает, что велосипед и велосипедист должны быть как можно более обтекаемыми, чтобы уменьшить сопротивление воздуха и облегчить вращение педалей при одновременном повышении скорости.

Коэффициенты силы

Коэффициенты аэродинамической силы описывают величину сопротивления, которое испытывает тело на разных скоростях.

Например, велосипедист, едущий со скоростью 20 миль в час в неподвижном воздухе, будет испытывать вдвое меньше сопротивления, чем тот, кто едет со скоростью всего 12 миль в час.

Специалисты в области аэродинамического сопротивления для велоспорта и других отраслей промышленности любят говорить о коэффициентах сил, поскольку они остаются более или менее постоянными независимо от скорости ветра, атмосферных условий и масштаба. Чтобы быть точным, при больших изменениях в любом из этих изменений в лежащей в основе аэродинамике могут быть изменения в коэффициентах, но для целей езды на велосипеде мы можем считать, что они постоянны.

Коэффициенты дают нам значимое число, не беспокоясь об условиях тестирования. Мы можем получить коэффициент лобового сопротивления из модели аэродинамической трубы F1 на скорости 180 км/ч в Брэкли и предположить такое же значение для гоночной машины на скорости 280 км/ч в Сан-Паулу.

Сопротивление представляет собой простую функцию динамического давления (), коэффициента сопротивления (: константа для заданной установки и положения тела) и лобовой площади (). Динамическое давление является функцией плотности воздуха () и скорости () в квадрате:

   

Тогда аэродинамическое сопротивление рассчитывается как:

   

Как велосипедист, мы не заинтересованы в отделении коэффициента лобового сопротивления от лобовой области, поэтому мы говорим об одном числе. Сила сопротивления просто раз.

Почему аэродинамическое сопротивление так важно?

В качестве примера возьмем велосипедиста на ровной дороге без ветра с постоянной скоростью. Куда уходит их сила? Все это связано с трением (система цепи, подшипники ступицы, сопротивление качению) и аэродинамическим сопротивлением. Сила — это просто сила, умноженная на скорость. Сила трения остается примерно постоянной со скоростью, но аэродинамическое сопротивление при езде на велосипеде увеличивается пропорционально квадрату скорости. Другими словами, аэродинамическая мощность возрастает пропорционально кубу скорости, в то время как силы трения увеличиваются линейно.

Взяв типичную установку, мы можем определить, как эта мощность распределяется для разных скоростей.

Вклады в мощность при езде на велосипеде и их зависимость от скорости.

Мощность аэродинамического сопротивления увеличивается со скоростью намного быстрее, чем трение: на скорости 5 км/ч только 10% вашей мощности уходит на аэродинамику; на скорости 40 км/ч более 80% вашей мощности требуется только для того, чтобы толкать вас по воздуху.

Это, по большому счету, ваша самая большая проблема.

Хорошей новостью является то, что вы можете уменьшить это значение бесплатно, и вы можете сделать это прямо сейчас. Увеличение выходной мощности требует недель напряженной работы. Чтобы сделать себя более аэродинамичным, совсем не нужно времени. Просто нужно уметь это измерять!

Что все это означает на практике?

Возьмем ровный 40км ТТ. Как сокращение вашего CdA влияет на ваше время?

Влияние CdA на время ТТ на 40 км.

Уменьшение аэродинамического сопротивления на 10 % может сэкономить более 1 минуты 30 секунд.

Хороший комплект аэродинамических колес может стоить вам 2000 долларов и обычно снижает CdA примерно на 0,006. На приведенном выше графике показано, что это сократит ваше время TT на 40 км примерно на 25 секунд.

Оптимизация вашего положения на велосипеде с помощью аэросенсора обычно может сэкономить около 0,015, что может сэкономить вам до 1 минуты 15 секунд.

Настройка оборудования для уменьшения аэродинамического сопротивления при езде на велосипеде

Наиболее важным фактором при выборе правильного оборудования является поиск баланса между весом, аэродинамикой и комфортом.

Например, аэродинамические колеса часто тяжелее стандартных колес, поэтому вам нужно решить, стоит ли дополнительный вес аэродинамического преимущества.

Руль

Поскольку руль находится перед водителем, он оказывает большое влияние на сопротивление.

Аэродинамические рули, конечно, учитывают аэродинамическое сопротивление при езде на велосипеде. Но понятно, что они могут подойти не всем гонщикам. Тем не менее, они допускают более узкое положение рук и способствуют горизонтальному расположению туловища, тем самым уменьшая сопротивление и повышая эффективность у элитных велосипедистов.

Шлемы

Традиционные вентилируемые шлемы снижают аэродинамику, так как всасывают воздух, увеличивая сопротивление и затрудняя скольжение воздуха поверху.

Аэрошлемы, с другой стороны, имеют гладкую поверхность, которая облегчает обтекание верхней части шлема воздухом. Это приводит к меньшему сопротивлению и, следовательно, делает водителя более аэродинамичным. Это также быстрый и простой способ сократить время поездки.

Сколько энергии можно сэкономить при той же скорости?

Используя тот же пример, что и выше, колеса сэкономят вам около 4 Вт, а положение тела сэкономит вам 12 Вт. С датчиком aero , эти улучшения производительности будут немедленными и, в случае вашего положения, бесплатными. Свободная скорость.

Аэродинамика — это наука о скорости, которую должен учитывать каждый велосипедист, если он хочет улучшить свои показатели. Понимая цель и преимущества аэродинамики, велосипедисты могут вносить небольшие изменения, которые могут оказать большое влияние на их езду.

Зарегистрируйтесь

• Аэродинамическое сопротивление при езде на велосипеде сжигает 85% вашей мощности на ровной поверхности.
• 80%  вашего аэродинамического сопротивления исходит только от вашего тела.
• Аэродинамическое сопротивление, безусловно, является самым большим препятствием для ускорения.