Aerodinamik qarshilik har qanday jismning nisbiy harakatiga teskari ta'sir qiluvchi kuchdir. U qattiq sirtning ikki qatlami orasida mavjud bo'lishi mumkin. Tezlikdan deyarli mustaqil bo'lgan quruq ishqalanish kabi boshqa rezistiv to'plamlardan farqli o'laroq, tortishish kuchlari berilgan qiymatga bo'ysunadi. Harakatning yakuniy sababi yopishqoq ishqalanish bo'lsa-da, turbulentlik unga bog'liq emas. Qarshilik kuchi laminar oqim tezligiga proportsional.
Konseptsiya
Aerodinamik qarshilik - bu kelayotgan suyuqlik yo'nalishi bo'yicha har qanday harakatlanuvchi qattiq jismga ta'sir qiluvchi kuch. Yaqin maydonga yaqinlashish nuqtai nazaridan tortishish ob'ekt yuzasida bosimning taqsimlanishidan kelib chiqadigan kuchlarning natijasi bo'lib, D bilan ifodalanadi. Yopishqoqlik natijasi bo'lgan teri ishqalanishi tufayli De bilan belgilanadi. Shu bilan bir qatorda, oqim maydoni, kuch nuqtai nazaridan hisoblanganqarshilik uchta tabiiy hodisa natijasida yuzaga keladi: zarba to'lqinlari, vorteks qatlami va yopishqoqlik. Bularning barchasini aerodinamik qarshilik jadvalida topish mumkin.
Umumiy Tasavvur
Jism yuzasiga ta'sir etuvchi bosimning taqsimlanishi katta kuchlarga ta'sir qiladi. Ular, o'z navbatida, umumlashtirish mumkin. Ushbu qiymatning quyi oqim komponentlari tanaga ta'sir qiladigan bosimning taqsimlanishi tufayli tortishish kuchini, Drp ni tashkil qiladi. Bu kuchlarning tabiati zarba toʻlqini effektlari, vorteks tizimini yaratish va uygʻonish mexanizmlarini birlashtiradi.
Suyuqlikning yopishqoqligi tortishish kuchiga sezilarli ta'sir qiladi. Ushbu komponent yo'q bo'lganda, avtomobilni sekinlashtirishga ta'sir qiluvchi bosim kuchlari orqa qismda bo'lgan va avtomobilni oldinga siljitadigan kuch bilan neytrallanadi. Bu repressurizatsiya deb ataladi, bu esa nol aerodinamik qarshilikka olib keladi. Ya'ni, tananing havo oqimi ustida bajaradigan ishi qaytariladi va tiklanadi, chunki oqim energiyasini issiqlikka aylantirish uchun hech qanday ishqalanish ta'siri yo'q.
Bosimning tiklanishi hatto yopishqoq harakatda ham ishlaydi. Biroq, bu qiymat kuchga olib keladi. Bu boshni tiklash unchalik samarasiz deb hisoblangan oqimlari ajratilgan transport vositalarida tortishishning asosiy komponentidir.
Ishqalanish kuchi, bu sirtdagi tangensial kuchsamolyot, chegara qatlamining konfiguratsiyasi va yopishqoqligiga bog'liq. Aerodinamik qarshilik, Df, tana yuzasidan hisoblangan botqoq to'plamlarining oqim oqimiga proyeksiyasi sifatida hisoblanadi.
Ishqalanish va bosim qarshiligi yig’indisiga yopishqoq qarshilik deyiladi. Termodinamik nuqtai nazardan, botqoq effektlari qaytarib bo'lmaydigan hodisalardir va shuning uchun ular entropiyani yaratadilar. Hisoblangan yopishqoq qarshilik Dv bu qiymatdagi o'zgarishlarni qaytarish kuchini aniq bashorat qilish uchun ishlatadi.
Bu erda gaz uchun havo zichligi formulasini ham berish kerak: RV=m/MRT.
Samolyot liftni ishlab chiqarganda, orqaga qaytarishning yana bir komponenti mavjud. Induktsiya qilingan qarshilik, Di. Bu liftni ishlab chiqarish bilan birga keladigan vorteks tizimining bosim taqsimotining o'zgarishidan kelib chiqadi. Muqobil ko'tarish istiqboliga havo oqimining momentumidagi o'zgarishlarni hisobga olgan holda erishiladi. Qanot havoni ushlab turadi va uni pastga siljishga majbur qiladi. Natijada qanotga teng va qarama-qarshi tortish kuchi ta'sir qiladi, bu esa ko'tariladi.
Havo oqimining impulsini o'zgartirish teskari qiymatning pasayishiga olib keladi. Bu qo'llaniladigan qanotda oldinga harakat qiladigan kuchning natijasidir. Teng, lekin qarama-qarshi massa orqa tomonda harakat qiladi, bu esa induktsiyalangan tortishishdir. U uchish yoki qo'nish paytida samolyot uchun eng muhim komponent bo'lib qoladi. Yana bir tortishish ob'ekti, to'lqin tortishish (Dw) zarba to'lqinlari bilan bog'liqparvoz mexanikasining transonik va supersonik tezligida. Ushbu rulonlar chegara qatlamining o'zgarishiga va tana yuzasida bosimning taqsimlanishiga olib keladi.
Tarix
Havo (zichlik formulasi) yoki boshqa suyuqlik orqali oʻtayotgan harakatlanuvchi jismning qarshilikka duch kelishi haqidagi gʻoya Aristotel davridan beri maʼlum. Lui Charlz Breguetning 1922-yilda yozilgan maqolasi optimallashtirish orqali tortishni kamaytirishga harakat qila boshladi. Muallif o‘z g‘oyalarini hayotga tatbiq etishda davom etib, 1920-1930-yillarda bir qancha rekord darajadagi samolyotlarni yaratdi. 1920 yilda Lyudvig Prandtlning chegara qatlami nazariyasi ishqalanishni minimallashtirishga turtki bo'ldi.
Sequencing uchun yana bir muhim chaqiriq ser Melvill Jons tomonidan qilingan boʻlib, u samolyot dizaynida ketma-ketlikning ahamiyatini ishonchli tarzda koʻrsatish uchun nazariy tushunchalarni kiritgan. 1929 yilda uning Qirollik Aeronavtika Jamiyatiga taqdim etilgan "Tezlashtirilgan samolyot" asari muhim ahamiyatga ega bo'ldi. U “toza” monoplan va orqaga tortiladigan shablon tushunchasiga olib keladigan eng kam qarshilikka ega bo‘lgan ideal samolyotni taklif qildi.
Djons ishining oʻsha davr dizaynerlarini hayratga solgan jihatlaridan biri uning haqiqiy va ideal samolyot uchun ot kuchi va tezligi haqidagi syujeti edi. Agar siz samolyot uchun ma'lumotlar nuqtasini ko'rib chiqsangiz va uni gorizontal ravishda mukammal egri chiziqqa ekstrapolyatsiya qilsangiz, tez orada xuddi shu quvvat uchun to'lovni ko'rishingiz mumkin. Jons taqdimotini tugatgandan so'ng, tinglovchilardan biritermodinamikadagi Karno sikli kabi muhimlik darajasi.
Koʻtarishdan kelib chiqqan qarshilik
Koʻtarilish natijasida yuzaga keladigan teskari zarba samolyot qanoti yoki fyuzelyaji kabi uch oʻlchamli jismda qiyalik hosil boʻlishidan kelib chiqadi. Induktsiyali tormozlash asosan ikkita komponentdan iborat:
- Tergovchi girdoblar yaratilgani uchun torting.
- Koʻtarilish nolga teng boʻlgan qoʻshimcha yopishqoq qarshilik mavjud.
Jismning koʻtarilishi natijasida yuzaga keladigan oqim maydonidagi orqa vortekslar obʼyekt ustidagi va ostidagi havoning turbulent aralashuvi bilan bogʻliq boʻlib, u koʻtaruvchining hosil boʻlishi natijasida turli yoʻnalishlarda oqadi..
Tana tomonidan yaratilgan lift bilan bir xil bo'lib qoladigan boshqa parametrlar bilan nishabdan kelib chiqadigan qarshilik ham ortadi. Bu shuni anglatadiki, qanotning hujum burchagi oshgani sayin, ko'tarilish koeffitsienti ham, orqaga qaytish ham ortadi. To'xtash joyining boshlanishida moyil aerodinamik kuch, ko'tarilishdan kelib chiqadigan tortishish keskin kamayadi. Ammo bu qiymat tanadan keyin turbulent biriktirilmagan oqim hosil bo'lishi tufayli ortadi.
Soxta tortish
Bu qattiq jismning suyuqlik orqali harakatlanishi natijasida yuzaga keladigan qarshilik. Parazit tortishish bir nechta komponentlarga ega, shu jumladan yopishqoq bosim va sirt pürüzlülüğü (terining ishqalanishi) tufayli harakatlanish. Bundan tashqari, nisbiy yaqinlikdagi bir nechta jismlarning mavjudligi deb atalmish sabab bo'lishi mumkinaralashuvga chidamlilik, bu ba'zan atamaning tarkibiy qismi sifatida tavsiflanadi.
Aviatsiyada induksiyalangan teskari tebranish past tezlikda kuchliroq bo'ladi, chunki ko'tarilishni ushlab turish uchun yuqori hujum burchagi kerak. Biroq, tezlik oshgani sayin, u kamayishi mumkin, shuningdek, induktsiyalangan qarshilik. Parazit tortishish kuchayadi, chunki suyuqlik chiqadigan jismlar atrofida tezroq oqib, ishqalanishni oshiradi.
Yuqorroq tezlikda (transonik) toʻlqin tortishish kuchi yangi darajaga koʻtariladi. Ushbu qaytarilish shakllarining har biri tezligiga qarab boshqalarga mutanosib ravishda o'zgaradi. Shunday qilib, umumiy tortishish egri chizig'i ba'zi havo tezligida minimalni ko'rsatadi - samolyot optimal samaradorlikda yoki unga yaqin bo'ladi. Uchuvchilar bu tezlikdan dvigatel ishlamay qolganda chidamlilikni (minimal yonilg‘i sarfini) oshirish yoki sirpanish masofasini oshirish uchun foydalanadilar.
Aviation Power Curve
Havo tezligiga bogʻliq boʻlgan parazit va qoʻzgʻatilgan tortishishning oʻzaro taʼsiri xarakterli chiziq sifatida koʻrsatilishi mumkin. Aviatsiyada bu ko'pincha kuch egri chizig'i deb ataladi. Bu uchuvchilar uchun juda muhim, chunki u ma'lum bir havo tezligidan pastroq va aksincha, havo tezligi pasayganda uni ushlab turish uchun ko'proq harakat talab qilinishini ko'rsatadi, kam emas. Parvozda "sahna ortida" bo'lishning oqibatlari muhim va ular uchuvchilarni tayyorlashning bir qismi sifatida o'rgatiladi. Subsonikdabu egri chiziqning U-shakli muhim bo'lgan havo tezligi, to'lqin tortishish hali omilga aylangani yo'q. Shuning uchun u egri chiziqda ko'rsatilmagan.
Tranonik va tovushdan tez oqimda tormozlash
Siqish toʻlqinining tortishish kuchi - bu jism siqiladigan suyuqlik ichidan va suvdagi tovush tezligiga yaqin tezlikda harakat qilganda hosil boʻladigan qarshilik. Aerodinamikada harakatlanish rejimiga qarab to‘lqin tortishish ko‘plab komponentlarga ega.
Transonik parvoz aerodinamikasida toʻlqin tortishish suyuqlikdagi zarba toʻlqinlarining hosil boʻlishi natijasi boʻlib, ular tovushdan tez oqimning mahalliy hududlarini yaratishda hosil boʻladi. Amalda bunday harakat signal tezligidan ancha past harakatlanuvchi jismlarda sodir bo'ladi, chunki havoning mahalliy tezligi ortadi. Biroq, avtomobil ustidagi to'liq tovushdan tez oqim, qiymat ancha uzoqlashmaguncha rivojlanmaydi. Transonik tezlikda uchadigan samolyotlar odatda parvoz paytida to'lqin sharoitlariga duch kelishadi. Transonik parvozda bu repulsiya odatda transonik siqilish qarshilik deb ataladi. Parvoz tezligi oshgani sayin u keskin kuchayadi va bu tezlikda boshqa shakllarda ustunlik qiladi.
Ovozdan tez parvozda toʻlqin tortishish suyuqlikda mavjud boʻlgan va tanaga biriktirilgan zarba toʻlqinlarining natijasi boʻlib, tananing oldingi va orqa chetlarida hosil boʻladi. Ovozdan tez oqimlarda yoki etarlicha katta aylanish burchaklariga ega bo'lgan korpuslarda buning o'rniga bo'ladibo'sh zarba yoki kavisli to'lqinlar hosil bo'ladi. Bundan tashqari, transonik oqimning mahalliy joylari pastroq supersonik tezlikda paydo bo'lishi mumkin. Ba'zan ular transonik oqimlarda topilganlarga o'xshash boshqa ko'taruvchi jismlarning sirtlarida mavjud bo'lgan qo'shimcha zarba to'lqinlarining rivojlanishiga olib keladi. Kuchli oqim rejimlarida to'lqin qarshiligi odatda ikkita komponentga bo'linadi:
- Qiymatga qarab supersonik koʻtarilish.
- Ovoz balandligi, bu ham kontseptsiyaga bog'liq.
Belgilangan uzunlikdagi inqilob jismining minimal to'lqin qarshiligi uchun yopiq shakldagi yechim Sears va Haack tomonidan topilgan va "Seers-Haack Distribution" nomi bilan tanilgan. Xuddi shunday, belgilangan hajm uchun minimal to'lqin qarshiligi shakli "Von Karman Ogive"dir.
Busemanning biplani, printsipial jihatdan, dizayn tezligida ishlaganda bunday ta'sirga umuman tobe emas, balki ko'tarish qobiliyatiga ham ega emas.
Mahsulotlar
Shamol tunneli - qattiq jismlar yonidan oʻtgan havo taʼsirini oʻrganish uchun tadqiqotda foydalaniladigan vosita. Ushbu dizayn sinov ostidagi ob'ekt o'rtada joylashgan quvurli o'tishdan iborat. Havo ob'ekt yonidan kuchli fan tizimi yoki boshqa vositalar yordamida harakatlanadi. Ko'pincha quvur modeli deb ataladigan sinov ob'ekti havo kuchlarini, bosim taqsimotini yoki boshqa narsalarni o'lchash uchun tegishli sensorlar bilan jihozlangan.aerodinamik xususiyatlar. Bu tizimdagi muammoni vaqtida payqash va uni tuzatish uchun ham zarur.
Samolyot turlari qanday
Avval tarixga qaraylik. Eng qadimgi shamol tunnellari 19-asrning oxirida, aviatsiya tadqiqotlarining dastlabki kunlarida ixtiro qilingan. O'shanda ko'pchilik havodan og'irroq samolyotlarni muvaffaqiyatli yaratishga harakat qilishgan. Shamol tunneli an'anaviy paradigmani o'zgartirish vositasi sifatida yaratilgan. Bir joyda turish va ob'ektni u orqali harakatlantirish o'rniga, agar ob'ekt bir joyda tursa va havo yuqori tezlikda harakat qilsa, xuddi shunday effektga erishiladi. Shunday qilib, statsionar kuzatuvchi uchar mahsulotni harakatda o‘rganishi va unga yuklangan amaliy aerodinamikani o‘lchashi mumkin.
Quvurlarning rivojlanishi samolyotning rivojlanishi bilan birga keldi. Katta aerodinamik buyumlar Ikkinchi jahon urushi davrida qurilgan. Sovuq urush davrida tovushdan tez uchadigan samolyotlar va raketalarni yaratishda bunday trubkada sinov strategik ahamiyatga ega bo'lgan. Bugungi kunda samolyotlar har qanday narsadir. Va deyarli barcha eng muhim ishlanmalar allaqachon kundalik hayotga kiritilgan.
Keyinchalik shamol tunnelini tadqiq qilish tabiiy masalaga aylandi. Shamolning sun'iy tuzilmalar yoki ob'ektlarga ta'sirini binolarning balandligi shamolga katta sirtlarni ko'rsatish uchun etarli bo'lganda o'rganish kerak edi va buning natijasida paydo bo'lgan kuchlarga binoning ichki elementlari qarshilik ko'rsatishi kerak edi. Bunday to'plamlarning ta'rifi qurilish me'yorlaridan oldin talab qilingantuzilmalarning kerakli mustahkamligini aniqlash. Va bunday sinovlar bugungi kungacha katta yoki noodatiy binolar uchun qo'llanilishida davom etmoqda.
Keyinchalik ham avtomobillarning aerodinamik qarshiligiga tekshirishlar qoʻllanila boshlandi. Ammo bu kuchlarni aniqlash uchun emas, balki ma'lum bir tezlikda avtomobilni yo'l to'shaklari bo'ylab harakatlantirish uchun zarur bo'lgan quvvatni kamaytirish yo'llarini o'rnatish edi. Ushbu tadqiqotlarda yo'l va avtomobil o'rtasidagi o'zaro ta'sir muhim rol o'ynaydi. Sinov natijalarini sharhlashda aynan u e'tiborga olinishi kerak.
Haqiqiy vaziyatda yo'l qismi transport vositasiga nisbatan harakatlanadi, lekin havo hali ham yo'lga nisbatan. Ammo shamol tunnelida havo yo'lga nisbatan harakat qiladi. Ikkinchisi avtomobilga nisbatan statsionar bo'lsa-da. Ba'zi sinov vositasi shamol tunnellari sinov vositasi ostida harakatlanuvchi kamarlarni o'z ichiga oladi. Bu haqiqiy holatga yaqinlashish uchun. Shunga o'xshash qurilmalar shamol tunnelining uchish va qo'nish konfiguratsiyasida qo'llaniladi.
Uskunalar
Sport anjomlari namunalari ham ko'p yillar davomida keng tarqalgan. Ular golf klublari va to'plari, Olimpiya bobsled va velosipedchilar va poyga avtomobillari dubulg'alarini o'z ichiga olgan. Ikkinchisining aerodinamikasi, ayniqsa, ochiq kabinali transport vositalarida (Indycar, Formula One) muhim ahamiyatga ega. Dubulg'aga haddan tashqari ko'tarish kuchi sezilarli stressga olib kelishi mumkinhaydovchining bo'ynida va orqa tarafdagi oqimni ajratish turbulent muhr va natijada yuqori tezlikda ko'rishni buzadi.
Yuqori tezlikda ishlaydigan raqamli kompyuterlarda hisoblash suyuqliklari dinamikasi (CFD) simulyatsiyalaridagi yutuqlar shamol tunnelini sinovdan o'tkazish zaruratini kamaytirdi. Biroq CFD natijalari hali ham toʻliq ishonchli emas, bu vosita CFD bashoratlarini tekshirish uchun ishlatiladi.
