Daya seretan ini berlaku dalam kapal terbang disebabkan sayap atau badan lif yang mengubah hala udara untuk menyebabkan daya angkat, dan dalam kereta dengan sayap airfoil yang mengubah hala udara untuk menyebabkan daya ke bawah. Samuel Langley menyedari bahawa plat nisbah aspek yang lebih rata dan lebih tinggi mempunyai daya angkat yang lebih tinggi dan seretan yang lebih rendah dan telah diperkenalkan pada tahun 1902. Tanpa penciptaan kualiti aerodinamik pesawat, reka bentuk pesawat moden adalah mustahil.
Mengangkat dan bergerak
Jumlah daya aerodinamik yang bertindak ke atas jasad biasanya dianggap terdiri daripada dua komponen: angkat dan anjakan. Mengikut takrifan, komponen daya yang selari dengan aliran balas dipanggil sesaran, manakala komponen yang berserenjang dengan aliran balas dipanggil angkat.
Asas aerodinamik ini sangat penting untuk analisis kualiti aerodinamik sayap. Lift dihasilkan dengan menukar arah aliran di sekeliling sayap. Ubaharah menghasilkan perubahan dalam kelajuan (walaupun tiada perubahan dalam kelajuan, seperti yang dilihat dalam gerakan bulat seragam), iaitu pecutan. Oleh itu, untuk menukar arah aliran, daya diperlukan untuk digunakan pada bendalir. Ini jelas kelihatan pada mana-mana pesawat, lihat sahaja gambaran skematik kualiti aerodinamik An-2.
Tetapi tidak semuanya begitu mudah. Meneruskan tema kualiti aerodinamik sayap, perlu diperhatikan bahawa penciptaan angkat udara di bawahnya adalah pada tekanan yang lebih tinggi daripada tekanan udara di atasnya. Pada sayap rentang terhingga, perbezaan tekanan ini menyebabkan udara mengalir dari akar sayap permukaan bawah ke pangkal permukaan atasnya. Aliran udara terbang ini bergabung dengan udara mengalir untuk menyebabkan perubahan dalam kelajuan dan arah yang memutarkan aliran udara dan mencipta vorteks di sepanjang tepi belakang sayap. Pusaran yang dicipta tidak stabil, mereka cepat bergabung untuk mencipta pusaran sayap. Pusaran yang terhasil mengubah kelajuan dan arah aliran udara di belakang tepi belakang, memesongkannya ke bawah dan seterusnya menyebabkan kepak di belakang sayap. Dari sudut pandangan ini, sebagai contoh, pesawat MS-21 mempunyai tahap nisbah angkat-ke-seret yang tinggi.
Kawalan aliran udara
Pusaran seterusnya mengubah aliran udara di sekeliling sayap, mengurangkan keupayaan sayap untuk menjana daya angkat, jadi ia memerlukan sudut serangan yang lebih tinggi untuk daya angkat yang sama, yang mencondongkan jumlah daya aerodinamik ke belakang dan meningkatkan komponen seretan kuasa itu. Sisihan sudut boleh diabaikanmenjejaskan daya angkat. Walau bagaimanapun, terdapat peningkatan dalam seretan yang sama dengan hasil lif dan sudut yang menyebabkan ia menyimpang. Memandangkan pesongan itu sendiri adalah fungsi lif, seretan tambahan adalah berkadar dengan sudut pendakian, yang boleh dilihat dengan jelas dalam aerodinamik A320.
Contoh sejarah
Sayap planet segi empat tepat menghasilkan lebih banyak getaran pusaran berbanding sayap kon atau elips, itulah sebabnya banyak sayap moden ditiruskan untuk meningkatkan nisbah angkat-ke-seret. Walau bagaimanapun, kerangka udara elips adalah lebih cekap kerana basuhan teraruh (dan dengan itu sudut serangan berkesan) adalah malar merentasi seluruh rentang sayap. Disebabkan oleh komplikasi pembuatan, beberapa pesawat mempunyai bentuk pelan ini, contoh yang paling terkenal ialah Perang Dunia II Spitfire dan Thunderbolt. Sayap tirus dengan tepi hadapan dan mengekor lurus boleh menghampiri taburan lif berbentuk elips. Sebagai peraturan umum, sayap lurus dan tidak berurat menghasilkan 5% dan sayap tirus menghasilkan seretan teraruh 1-2% lebih banyak daripada sayap elips. Oleh itu, ia mempunyai kualiti aerodinamik yang lebih baik.
Perkadaran
Sayap nisbah aspek yang tinggi akan menghasilkan kurang seretan teraruh daripada sayap nisbah aspek rendah kerana terdapat kurang gangguan udara di hujung sayap yang lebih panjang dan nipis. Oleh itu, yang diinduksirintangan boleh berkadar songsang dengan perkadaran, tidak kira betapa paradoksnya ia mungkin kedengaran. Pengagihan lif juga boleh diubah dengan mencuci keluar, memusingkan sayap ke sekeliling untuk mengurangkan penurunan ke arah sayap, dan dengan menukar airfoil berhampiran sayap. Ini membolehkan anda mendapatkan lebih daya angkat lebih dekat dengan akar sayap dan kurang ke sayap, yang membawa kepada penurunan kekuatan vortek sayap dan, dengan itu, kepada peningkatan dalam kualiti aerodinamik pesawat.
Dalam sejarah reka bentuk pesawat
Pada beberapa pesawat awal, sirip dipasang pada hujung ekor. Pesawat kemudiannya mempunyai bentuk sayap yang berbeza untuk mengurangkan keamatan vorteks dan mencapai nisbah angkat-ke-seret maksimum.
Tangki bahan api pendesak atas bumbung juga boleh memberikan beberapa manfaat dengan menghalang aliran udara huru-hara di sekeliling sayap. Kini ia digunakan dalam banyak pesawat. Kualiti aerodinamik DC-10 sepatutnya dianggap revolusioner dalam hal ini. Walau bagaimanapun, pasaran penerbangan moden telah lama diisi semula dengan model yang lebih maju.
Formula seret-untuk-seret: dijelaskan secara ringkas
Untuk mengira jumlah rintangan adalah perlu untuk mengambil kira rintangan parasit yang dipanggil. Memandangkan seret teraruh adalah berkadar songsang dengan kuasa dua halaju udara (pada lif tertentu), manakala seret parasit adalah berkadar terus dengannya, lengkung seretan keseluruhan menunjukkan kelajuan minimum. kapal terbang,terbang pada kelajuan sedemikian, beroperasi dengan kualiti aerodinamik yang optimum. Menurut persamaan di atas, kelajuan rintangan minimum berlaku pada kelajuan di mana rintangan teraruh adalah sama dengan rintangan parasit. Ini ialah kelajuan di mana sudut gelinciran optimum dicapai untuk pesawat terbiar. Agar tidak berasas, pertimbangkan formula pada contoh pesawat:
Kesinambungan formula juga agak ingin tahu (gambar di bawah). Terbang lebih tinggi, di mana udara lebih nipis, akan meningkatkan kelajuan seretan minimum berlaku, dan dengan itu ia membolehkan perjalanan lebih pantas pada jumlah yang sama bahan api.
Jika pesawat terbang pada kelajuan maksimum yang dibenarkan, maka ketinggian di mana ketumpatan udara akan memberikannya kualiti aerodinamik yang terbaik. Ketinggian optimum pada kelajuan maksimum dan kelajuan optimum pada ketinggian maksimum mungkin berubah semasa penerbangan.
Stamina
Kelajuan untuk daya tahan maksimum (iaitu masa di udara) ialah kelajuan untuk penggunaan bahan api minimum dan kelajuan kurang untuk julat maksimum. Penggunaan bahan api dikira sebagai hasil daripada kuasa yang diperlukan dan penggunaan bahan api khusus bagi setiap enjin (penggunaan bahan api seunit kuasa). Kuasa yang diperlukan adalah sama dengan masa seretan.
Sejarah
Perkembangan aerodinamik moden bermula hanya pada XVIIberabad-abad, tetapi kuasa aerodinamik telah digunakan oleh manusia selama beribu-ribu tahun dalam perahu layar dan kincir angin, dan imej dan cerita penerbangan muncul dalam semua dokumen sejarah dan karya seni, seperti legenda Yunani kuno Icarus dan Daedalus. Konsep asas kontinum, rintangan dan kecerunan tekanan muncul dalam karya Aristotle dan Archimedes.
Pada tahun 1726, Sir Isaac Newton menjadi orang pertama yang membangunkan teori rintangan udara, menjadikannya salah satu hujah pertama tentang kualiti aerodinamik. Ahli matematik Belanda-Swiss Daniel Bernoulli menulis sebuah risalah pada tahun 1738 yang dipanggil Hydrodynamica di mana beliau menerangkan hubungan asas antara tekanan, ketumpatan dan halaju aliran untuk aliran tidak boleh mampat, yang dikenali hari ini sebagai prinsip Bernoulli, yang menyediakan satu kaedah untuk mengira daya angkat aerodinamik. Pada tahun 1757, Leonhard Euler menerbitkan persamaan Euler yang lebih umum, yang boleh digunakan untuk kedua-dua aliran boleh mampat dan tidak boleh mampat. Persamaan Euler telah diperluaskan untuk memasukkan kesan kelikatan pada separuh pertama tahun 1800-an, menimbulkan persamaan Navier-Stokes. Prestasi aerodinamik/kualiti aerodinamik kutub ditemui pada masa yang sama.
Berdasarkan peristiwa ini, serta penyelidikan yang dilakukan dalam terowong angin mereka sendiri, Wright bersaudara menerbangkan pesawat pertama pada 17 Disember 1903.
Jenis aerodinamik
Masalah aerodinamik dikelaskan mengikut keadaan aliran atau sifat aliran, termasuk ciri-ciri seperti halaju, kebolehmampatan dan kelikatan. Mereka paling kerap dibahagikan kepada dua jenis:
- Aerodinamik luaran ialah kajian aliran di sekeliling objek pepejal pelbagai bentuk. Contoh aerodinamik luaran ialah penilaian daya angkat dan seretan pada pesawat, atau gelombang kejutan yang terbentuk di hadapan hidung peluru berpandu.
- Aerodinamik dalaman ialah kajian aliran melalui laluan dalam objek pepejal. Contohnya, aerodinamik dalaman meliputi kajian aliran udara melalui enjin jet atau melalui cerobong penyaman udara.
Masalah aerodinamik juga boleh dikelaskan mengikut kelajuan aliran di bawah atau berhampiran kelajuan bunyi.
Masalahnya dipanggil:
- subsonik, jika semua halaju dalam masalah kurang daripada kelajuan bunyi;
- transonik jika terdapat kelajuan di bawah dan di atas kelajuan bunyi (biasanya apabila kelajuan ciri lebih kurang sama dengan kelajuan bunyi);
- supersonik, apabila halaju aliran ciri lebih besar daripada kelajuan bunyi;
- hipersonik, apabila halaju aliran jauh lebih besar daripada kelajuan bunyi.
Ahli aerodinamik tidak bersetuju dengan definisi sebenar aliran hipersonik.
Kesan kelikatan pada aliran menentukan pengelasan ketiga. Sesetengah masalah mungkin hanya mempunyai kesan likat yang sangat kecil, dalam hal ini kelikatan boleh dianggap boleh diabaikan. Anggaran kepada masalah ini dipanggil inviscidarus. Aliran yang kelikatannya tidak boleh diabaikan dipanggil aliran likat.
Kebolehmampatan
Aliran tak boleh mampat ialah aliran yang ketumpatannya tetap dalam masa dan ruang. Walaupun semua cecair sebenar boleh dimampatkan, aliran selalunya dianggarkan sebagai tidak boleh mampat jika kesan perubahan ketumpatan hanya menyebabkan perubahan kecil dalam keputusan yang dikira. Ini lebih berkemungkinan apabila kadar aliran jauh di bawah kelajuan bunyi. Kesan kebolehmampatan adalah lebih ketara pada kelajuan hampir atau lebih tinggi daripada kelajuan bunyi. Nombor Mach digunakan untuk menilai kemungkinan ketidakmampatan, jika tidak, kesan kebolehmampatan mesti disertakan.
Mengikut teori aerodinamik, aliran dianggap boleh dimampatkan jika ketumpatan berubah di sepanjang garis arus. Ini bermakna, berbeza dengan aliran tidak boleh mampat, perubahan ketumpatan diambil kira. Secara umum, ini adalah kes apabila nombor Mach sebahagian atau semua aliran melebihi 0.3. Nilai Mach 0.3 agak sewenang-wenangnya, tetapi ia digunakan kerana aliran gas di bawah nilai ini menunjukkan perubahan ketumpatan kurang daripada 5%. Juga, perubahan ketumpatan maksimum sebanyak 5% berlaku pada titik genangan (titik pada objek di mana halaju aliran adalah sifar), manakala ketumpatan di sekeliling objek yang lain akan jauh lebih rendah. Aliran transonik, supersonik dan hipersonik semuanya boleh dimampatkan.
Kesimpulan
Aerodinamik ialah salah satu sains terpenting di dunia hari ini. Dia menyediakan kitamembina pesawat, kapal, kereta dan pengangkutan komik yang berkualiti. Ia memainkan peranan yang besar dalam pembangunan jenis senjata moden - peluru berpandu balistik, penggalak, torpedo dan dron. Semua ini adalah mustahil jika bukan kerana konsep canggih moden bagi kualiti aerodinamik.
Oleh itu, idea tentang subjek artikel berubah daripada fantasi yang indah tetapi naif tentang Icarus, kepada pesawat yang berfungsi dan benar-benar berfungsi yang timbul pada awal abad yang lalu. Hari ini kita tidak dapat membayangkan kehidupan kita tanpa kereta, kapal dan pesawat, dan kenderaan ini terus bertambah baik dengan penemuan baharu dalam aerodinamik.
Kualiti aerodinamik peluncur adalah satu kejayaan sebenar pada zaman mereka. Pada mulanya, semua penemuan dalam bidang ini dibuat dengan cara abstrak, kadang-kadang bercerai dari realiti, pengiraan teori, yang dijalankan oleh ahli matematik Perancis dan Jerman di makmal mereka. Kemudian, semua formula mereka digunakan untuk tujuan lain yang lebih hebat (mengikut piawaian abad ke-18), seperti mengira bentuk dan kelajuan ideal pesawat masa depan. Pada abad ke-19, peranti ini mula dibina dalam kuantiti yang banyak, bermula dengan glider dan kapal udara, orang Eropah secara beransur-ansur beralih kepada pembinaan pesawat. Yang terakhir ini pertama kali digunakan secara eksklusif untuk tujuan ketenteraan. Ace Perang Dunia Pertama menunjukkan betapa pentingnya isu penguasaan di udara bagi mana-mana negara, dan jurutera zaman antara perang mendapati bahawa pesawat sedemikian berkesan bukan sahaja untuk tentera, tetapi juga untuk orang awam.matlamat. Dari masa ke masa, penerbangan awam telah memasuki kehidupan kita dengan kukuh, dan hari ini tiada satu negeri pun boleh melakukannya tanpanya.
