Seretan aerodinamik ialah daya yang bertindak bertentangan dengan gerakan relatif mana-mana objek. Ia boleh wujud di antara dua lapisan permukaan pepejal. Tidak seperti set perintang lain, seperti geseran kering, yang hampir bebas daripada kelajuan, daya seret mematuhi nilai tertentu. Walaupun punca utama tindakan adalah geseran likat, pergolakan adalah bebas daripadanya. Daya seret adalah berkadar dengan halaju aliran laminar.
Konsep
Seretan aerodinamik ialah daya yang bertindak ke atas mana-mana jasad pepejal yang bergerak ke arah bendalir yang datang. Dari segi penghampiran medan dekat, seretan ialah hasil daya akibat pengagihan tekanan ke atas permukaan objek, dilambangkan dengan D. Disebabkan oleh geseran kulit, yang merupakan hasil daripada kelikatan, dilambangkan De. Sebagai alternatif, dikira dari sudut pandangan medan aliran, dayarintangan timbul akibat daripada tiga fenomena semula jadi: gelombang kejutan, lapisan vorteks dan kelikatan. Semua ini boleh didapati dalam jadual seretan aerodinamik.
Ikhtisar
Taburan tekanan yang bertindak pada permukaan jasad mempengaruhi daya yang besar. Mereka, seterusnya, boleh disimpulkan. Komponen hiliran nilai ini membentuk kuasa seret, Drp, disebabkan oleh pengagihan tekanan yang mempengaruhi badan. Sifat daya ini menggabungkan kesan gelombang kejutan, penjanaan sistem pusaran dan mekanisme bangun.
Kelikatan bendalir mempunyai kesan ketara pada seretan. Dengan ketiadaan komponen ini, daya tekanan yang bertindak memperlahankan kenderaan dinetralkan oleh kuasa yang berada di bahagian belakang dan menolak kenderaan ke hadapan. Ini dipanggil repressurization, mengakibatkan seretan aerodinamik sifar. Iaitu, kerja yang dilakukan oleh badan pada aliran udara boleh diterbalikkan dan boleh dipulihkan kerana tiada kesan geseran untuk menukar tenaga aliran kepada haba.
Pemulihan tekanan berfungsi walaupun dalam kes pergerakan likat. Nilai ini, bagaimanapun, menghasilkan kuasa. Ia merupakan komponen seretan yang dominan dalam kes kenderaan dengan kawasan aliran berpecah di mana pemulihan kepala dianggap agak tidak cekap.
Daya geseran, iaitu kuasa tangen pada permukaanpesawat, bergantung pada konfigurasi lapisan sempadan dan kelikatan. Seretan aerodinamik, Df, dikira sebagai unjuran hiliran set paya yang dianggarkan dari permukaan badan.
Jumlah rintangan geseran dan tekanan dipanggil rintangan likat. Dari perspektif termodinamik, kesan quagmire adalah fenomena yang tidak dapat dipulihkan dan oleh itu ia mewujudkan entropi. Rintangan likat yang dikira Dv menggunakan perubahan dalam nilai ini untuk meramalkan daya lantunan dengan tepat.
Di sini juga perlu diberikan formula untuk ketumpatan udara untuk gas: РV=m/MRT.
Apabila pesawat menghasilkan daya angkat, terdapat satu lagi komponen tolak balik. Rintangan teraruh, Di. Ia timbul daripada perubahan dalam pengagihan tekanan sistem vorteks yang mengiringi pengeluaran lif. Perspektif angkat alternatif dicapai dengan mempertimbangkan perubahan momentum aliran udara. Sayap itu memintas udara dan memaksanya untuk bergerak ke bawah. Ini menghasilkan daya seret yang sama dan bertentangan yang bertindak pada sayap, iaitu daya angkat.
Menukar momentum aliran udara ke bawah membawa kepada penurunan nilai songsang. Bahawa ia adalah hasil daripada daya yang bertindak ke hadapan pada sayap yang digunakan. Jisim yang sama tetapi bertentangan bertindak di belakang, iaitu seretan teraruh. Ia cenderung menjadi komponen paling penting untuk pesawat semasa berlepas atau mendarat. Satu lagi objek seretan, seretan gelombang (Dw) adalah disebabkan oleh gelombang kejutanpada kelajuan transonik dan supersonik mekanik penerbangan. Gulungan ini menyebabkan perubahan pada lapisan sempadan dan taburan tekanan ke atas permukaan badan.
Sejarah
Idea bahawa jasad yang bergerak melalui udara (formula ketumpatan) atau cecair lain menghadapi rintangan telah diketahui sejak zaman Aristotle. Artikel oleh Louis Charles Breguet yang ditulis pada tahun 1922 memulakan usaha untuk mengurangkan seretan melalui pengoptimuman. Penulis terus menghidupkan ideanya, mencipta beberapa pesawat yang memecahkan rekod pada tahun 1920-an dan 1930-an. Teori lapisan sempadan Ludwig Prandtl pada tahun 1920 memberikan insentif untuk meminimumkan geseran.
Satu lagi panggilan penting untuk penjujukan telah dibuat oleh Sir Melville Jones, yang memperkenalkan konsep teori untuk menunjukkan secara meyakinkan kepentingan penjujukan dalam reka bentuk pesawat. Pada tahun 1929, karya beliau The Streamlined Airplane yang dipersembahkan kepada Royal Aeronautical Society adalah mani. Dia mencadangkan pesawat ideal yang mempunyai daya seret yang minimum, yang membawa kepada konsep pesawat berpasangan "bersih" dan bahagian bawah kereta yang boleh ditarik balik.
Salah satu aspek karya Jones yang paling mengejutkan pereka pada masa itu ialah plot kuasa kudanya berbanding kelajuan untuk pesawat yang sebenar dan ideal. Jika anda melihat titik data untuk pesawat dan mengekstrapolasinya secara mendatar kepada lengkung yang sempurna, anda boleh melihat hasil tidak lama lagi untuk kuasa yang sama. Apabila Jones selesai pembentangannya, salah seorang pendengartahap kepentingan sebagai kitaran Carnot dalam termodinamik.
Rintangan akibat daya angkat
Tindak balas akibat lif terhasil daripada penciptaan cerun pada badan tiga dimensi seperti sayap pesawat atau fiuslaj. Brek teraruh terdiri terutamanya daripada dua komponen:
- Seret kerana mencipta vorteks mengekori.
- Mempunyai seretan likat tambahan yang tiada apabila daya angkat adalah sifar.
Vortik belakang dalam medan aliran yang wujud akibat pengangkatan badan adalah disebabkan oleh percampuran bergelora udara di atas dan di bawah objek, yang mengalir dalam beberapa arah berbeza akibat penciptaan daya angkat.
Dengan parameter lain yang kekal sama dengan daya angkat yang dicipta oleh badan, rintangan yang disebabkan oleh cerun juga meningkat. Ini bermakna apabila sudut serangan sayap meningkat, pekali angkat meningkat, begitu juga lantunan. Pada permulaan gerai, daya aerodinamik yang terdedah berkurangan secara mendadak, begitu juga dengan seretan akibat lif. Tetapi nilai ini meningkat disebabkan oleh pembentukan aliran bergelora yang tidak terikat selepas badan.
Seret palsu
Ini ialah rintangan yang disebabkan oleh pergerakan objek pepejal melalui cecair. Seretan parasit mempunyai beberapa komponen, termasuk pergerakan akibat tekanan likat dan akibat kekasaran permukaan (geseran kulit). Di samping itu, kehadiran beberapa badan dalam jarak relatif boleh menyebabkan apa yang dipanggilrintangan gangguan, yang kadangkala digambarkan sebagai komponen istilah.
Dalam penerbangan, tindak balas teraruh cenderung lebih kuat pada kelajuan yang lebih rendah kerana sudut serangan yang tinggi diperlukan untuk mengekalkan daya angkat. Walau bagaimanapun, apabila kelajuan meningkat, ia boleh dikurangkan, serta seretan teraruh. Seretan parasit, bagaimanapun, menjadi lebih besar kerana bendalir mengalir lebih laju di sekeliling objek yang menonjol, meningkatkan geseran.
Pada kelajuan yang lebih tinggi (transonik), seretan gelombang mencapai tahap yang baharu. Setiap bentuk tolakan ini berbeza secara berkadar dengan yang lain bergantung pada kelajuan. Jadi lengkung seretan keseluruhan menunjukkan minimum pada beberapa kelajuan udara - pesawat akan berada pada kecekapan optimum atau hampir. Juruterbang akan menggunakan kelajuan ini untuk memaksimumkan daya tahan (penggunaan bahan api minimum) atau jarak meluncur sekiranya enjin rosak.
Keluk Kuasa Penerbangan
Interaksi seretan parasit dan teraruh sebagai fungsi kelajuan udara boleh diwakili sebagai garis ciri. Dalam penerbangan, ini sering dirujuk sebagai lengkung kuasa. Ia penting kepada juruterbang kerana ia menunjukkan bahawa di bawah kelajuan udara tertentu, dan secara intuitif, lebih banyak tujahan diperlukan untuk mengekalkannya apabila kelajuan udara berkurangan, tidak kurang. Implikasi berada "di belakang tabir" dalam penerbangan adalah penting dan diajar sebagai sebahagian daripada latihan juruterbang. Pada subsonikkelajuan udara di mana bentuk U lengkung ini adalah ketara, seretan gelombang belum lagi menjadi faktor. Itulah sebabnya ia tidak ditunjukkan pada lengkung.
Membrek dalam aliran transonik dan supersonik
Seretan gelombang mampat ialah seretan yang terhasil apabila jasad bergerak melalui bendalir boleh mampat dan pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan bunyi dalam air. Dalam aerodinamik, seretan gelombang mempunyai banyak komponen bergantung pada mod pemanduan.
Dalam aerodinamik penerbangan transonik, seretan gelombang adalah hasil daripada pembentukan gelombang kejutan dalam cecair, yang terbentuk apabila mencipta kawasan tempatan aliran supersonik. Dalam amalan, gerakan sedemikian berlaku pada badan yang bergerak jauh di bawah kelajuan isyarat, kerana kelajuan tempatan udara meningkat. Walau bagaimanapun, aliran supersonik penuh ke atas kenderaan tidak akan berkembang sehingga nilainya pergi lebih jauh. Pesawat terbang pada kelajuan transonik sering mengalami keadaan gelombang semasa penerbangan biasa. Dalam penerbangan transonik, tolakan ini biasanya dirujuk sebagai seretan kebolehmampatan transonik. Ia bertambah hebat apabila kelajuan penerbangannya meningkat, mendominasi bentuk lain pada kelajuan tersebut.
Dalam penerbangan supersonik, seretan gelombang adalah hasil daripada gelombang kejutan yang terdapat dalam bendalir dan melekat pada badan, terbentuk di tepi hadapan dan belakang badan. Dalam aliran supersonik, atau dalam badan kapal dengan sudut putaran yang cukup besar, sebaliknya akan adakejutan longgar atau gelombang melengkung terbentuk. Di samping itu, kawasan tempatan aliran transonik boleh berlaku pada kelajuan supersonik yang lebih rendah. Kadangkala ia membawa kepada perkembangan gelombang kejutan tambahan yang terdapat pada permukaan badan angkat lain, sama seperti yang terdapat dalam aliran transonik. Dalam rejim aliran berkuasa, rintangan gelombang biasanya dibahagikan kepada dua komponen:
- Peningkatan supersonik bergantung pada nilai.
- Volume, yang juga bergantung pada konsep.
Penyelesaian bentuk tertutup untuk rintangan gelombang minimum badan revolusi dengan panjang tetap ditemui oleh Sears dan Haack dan dikenali sebagai "Taburan Seers-Haack". Begitu juga, untuk volum tetap, bentuk untuk rintangan gelombang minimum ialah "Von Karman Ogive".
Pesawat biplan Busemann, pada dasarnya, tidak tertakluk kepada tindakan sedemikian sama sekali apabila beroperasi pada kelajuan reka bentuk, tetapi juga tidak mampu menjana daya angkat.
Produk
Terowong angin ialah alat yang digunakan dalam penyelidikan untuk mengkaji kesan udara yang bergerak melepasi objek pepejal. Reka bentuk ini terdiri daripada laluan tiub dengan objek yang diuji diletakkan di tengah. Udara dialihkan melepasi objek dengan sistem kipas yang kuat atau cara lain. Objek ujian, sering dirujuk sebagai model paip, dilengkapi dengan penderia yang sesuai untuk mengukur tentera udara, pengagihan tekanan, atau lain-lain.ciri aerodinamik. Ini juga perlu untuk melihat dan membetulkan masalah dalam sistem tepat pada masanya.
Apakah jenis pesawat
Mari kita lihat sejarah dahulu. Terowong angin terawal dicipta pada penghujung abad ke-19, pada zaman awal penyelidikan penerbangan. Ketika itulah ramai yang cuba membangunkan pesawat yang lebih berat daripada udara yang berjaya. Terowong angin telah difikirkan sebagai cara untuk membalikkan paradigma konvensional. Daripada berdiri diam dan menggerakkan objek melaluinya, kesan yang sama akan diperoleh jika objek itu berdiri diam dan udara bergerak pada kelajuan yang lebih tinggi. Dengan cara ini, pemerhati pegun boleh mengkaji produk terbang dalam tindakan dan mengukur aerodinamik praktikal yang dikenakan ke atasnya.
Pembangunan paip mengiringi pembangunan pesawat. Barangan aerodinamik yang besar telah dibina semasa Perang Dunia II. Ujian dalam tiub sedemikian dianggap penting secara strategik semasa pembangunan pesawat supersonik dan peluru berpandu semasa Perang Dingin. Hari ini, pesawat adalah apa sahaja. Dan hampir semua perkembangan terpenting telah pun diperkenalkan ke dalam kehidupan seharian.
Penyelidikan terowong angin kemudiannya menjadi perkara biasa. Kesan angin pada struktur atau objek buatan manusia perlu dikaji apabila bangunan menjadi cukup tinggi untuk membentangkan permukaan yang besar kepada angin, dan daya yang terhasil terpaksa ditentang oleh unsur dalaman bangunan. Takrifan set sedemikian diperlukan sebelum kod bangunan bolehtentukan kekuatan struktur yang diperlukan. Dan ujian sedemikian terus digunakan untuk bangunan besar atau luar biasa sehingga hari ini.
Malah kemudiannya, semakan telah digunakan pada seretan aerodinamik kereta. Tetapi ini bukan untuk menentukan kuasa sedemikian, tetapi untuk mewujudkan cara untuk mengurangkan kuasa yang diperlukan untuk menggerakkan kereta di sepanjang jalan pada kelajuan tertentu. Dalam kajian ini, interaksi antara jalan dan kenderaan memainkan peranan yang penting. Dialah yang mesti diambil kira semasa mentafsir keputusan ujian.
Dalam situasi sebenar, jalan raya bergerak relatif kepada kenderaan, tetapi udara masih relatif kepada jalan raya. Tetapi dalam terowong angin, udara bergerak berbanding jalan raya. Manakala yang terakhir adalah pegun berbanding kenderaan. Beberapa terowong angin kenderaan ujian termasuk tali pinggang bergerak di bawah kenderaan ujian. Ini adalah untuk mendekati keadaan sebenar. Peranti serupa digunakan dalam konfigurasi berlepas dan mendarat terowong angin.
Peralatan
Sampel peralatan sukan juga telah menjadi kebiasaan selama bertahun-tahun. Ia termasuk kayu dan bola golf, bobsled Olimpik dan penunggang basikal, dan topi keledar kereta lumba. Aerodinamik yang terakhir adalah penting terutamanya dalam kenderaan dengan teksi terbuka (Indycar, Formula Satu). Daya angkat yang berlebihan pada topi keledar boleh menyebabkan tekanan yang ketarapada leher pemandu, dan pemisahan aliran di bahagian belakang adalah pengedap bergelora dan, akibatnya, penglihatan terjejas pada kelajuan tinggi.
Kemajuan dalam simulasi dinamik bendalir pengiraan (CFD) pada komputer digital berkelajuan tinggi telah mengurangkan keperluan untuk ujian terowong angin. Bagaimanapun keputusan CFD masih tidak boleh dipercayai sepenuhnya, alat ini digunakan untuk mengesahkan ramalan CFD.
