Паразитическое сопротивление

Кривая сопротивления подъемного тела в устойчивом полете

Паразитное перетаскивание - это перетаскивание, которое действует на объект, когда объект движется через жидкость. В случае аэродинамического сопротивления жидкостью является атмосфера. Паразитические сопротивления представляют собой сочетание сопротивления формы и трение кожи сопротивления . ^[1] Паразитное сопротивление не является результатом создания подъемной силы на объекте и, следовательно, считается паразитным.

Другие компоненты полного сопротивления, сопротивления, вызванного подъемной силой , волнового сопротивления и сопротивления гидроцилиндра (см. Давление гидроцилиндра ), являются отдельными типами сопротивления и не являются компонентами паразитного сопротивления.

Описание [ править ]

В полете сопротивление, вызванное подъемной силой, является результатом подъемной силы, которая должна создаваться, чтобы аппарат мог поддерживать горизонтальный полет. Индуцированное сопротивление больше на более низких скоростях, когда требуется большой угол атаки . По мере увеличения скорости индуцированное сопротивление уменьшается, но паразитное сопротивление увеличивается, потому что жидкость ударяет по объекту с большей силой и движется по поверхности объекта с большей скоростью. По мере увеличения скорости в околозвуковой и сверхзвуковой режимах волновое сопротивлениевозрастает в важности. Каждый из этих компонентов перетаскивания изменяется пропорционально другим в зависимости от скорости. Таким образом, комбинированная кривая общего сопротивления показывает минимум на некоторой воздушной скорости; самолет, летящий с такой скоростью, будет близок к оптимальной эффективности. Пилоты будут использовать эту скорость для увеличения дальности планирования в случае отказа двигателя. Однако, чтобы максимизировать продолжительность планирования (минимальное снижение), скорость самолета должна быть на уровне минимального сопротивления, которое происходит на более низких скоростях, чем минимальное сопротивление. ^{[ необходима цитата ]}

В точке минимального сопротивления C _{D, o} (коэффициент сопротивления летательного аппарата при нулевой подъемной силе) равен C _{D, i} (коэффициент индуцированного сопротивления или коэффициент сопротивления, создаваемого подъемной силой). В точке минимальной мощности C _{D, o} равно одной трети C _{D, i} . Это можно доказать, выведя следующие уравнения: ^{[ требуется пояснение ]}

${\ displaystyle F_ {перетащить} = qA_ {s} C_ {D}}$

куда:

${\ displaystyle q = {\ frac {1} {2}} \ rho u ^ {2}}$

это динамическое давление и

${\ Displaystyle C_ {D} = C_ {D, o} + C_ {D, i}}$

куда

${\ displaystyle C_ {D, {\ text {i}}} = {\ frac {C_ {L} ^ {2}} {\ pi A \! \! {\ text {R}}}}}$,

${\ displaystyle A \! \! {\ text {R}} = {\ frac {b ^ {2}} {S}} \,}$это соотношение сторон ,

Перетаскивание формы [ править ]

Перетаскивание формы или перетаскивание давлением возникает из-за формы объекта. Общий размер и форма тела являются наиболее важными факторами сопротивления формы; тела с большим представленным поперечным сечением будут иметь более высокое сопротивление, чем более тонкие тела; гладкие («обтекаемые») объекты имеют меньшее сопротивление формы. Сопротивление формы следует уравнению сопротивления , что означает, что оно увеличивается с увеличением скорости и, таким образом, становится более важным для высокоскоростных самолетов. ^{[ необходима цитата ]}

Форма лобового сопротивления зависит от продольного сечения кузова. Разумный выбор профиля кузова важен для низкого коэффициента лобового сопротивления . Линии тока должны быть непрерывными, и следует избегать отделения пограничного слоя с сопутствующими ему вихрями . ^{[ необходима цитата ]}

Сопротивление трением кожи [ править ]

Сопротивление поверхностным трением возникает из-за трения жидкости о «кожу» объекта, который движется через нее. Кожное трение возникает из-за взаимодействия между жидкостью и кожей тела и напрямую связано со смоченной поверхностью, площадью поверхности тела, которая контактирует с жидкостью. Воздух, соприкасающийся с телом, будет прилипать к поверхности тела, и этот слой будет иметь тенденцию прилипать к следующему слою воздуха, а тот, в свою очередь, к другим слоям, следовательно, тело увлекает за собой некоторое количество воздуха. Сила, необходимая для перетаскивания «прикрепленного» слоя воздуха к телу, называется сопротивлением поверхностного трения. Сопротивление поверхностного трения придает некоторый импульс массе воздуха, когда она проходит через нее, и этот воздух оказывает на тело тормозящую силу. Как и в случае с другими компонентами паразитного сопротивления,трение кожи следует зауравнение сопротивления и возрастает пропорционально квадрату скорости . ^{[ необходима цитата ]}

Кожное трение вызывается вязким сопротивлением в пограничном слое вокруг объекта. Пограничный слой в передней части объекта обычно ламинарный и относительно тонкий, но становится турбулентным и более толстым к задней части. Положение точки перехода от ламинарного течения к турбулентному зависит от формы объекта. Есть два способа уменьшить сопротивление трения: первый - придать движущемуся телу такую ​​форму, чтобы было возможно ламинарное течение. Второй метод - увеличить длину и уменьшить поперечное сечение движущегося объекта, насколько это возможно. Для этого дизайнер может рассмотреть коэффициент тонкости., который представляет собой длину самолета, деленную на его диаметр в самом широком месте (L / D). Для дозвуковых потоков в основном сохраняется 6: 1. Увеличение длины увеличивает число Рейнольдса. С Рейнольдсом нет. в знаменателе отношения коэффициента поверхностного трения по мере увеличения его значения (в ламинарном диапазоне) полное сопротивление трения уменьшается. При уменьшении площади поперечного сечения уменьшается сила сопротивления на теле, поскольку меньше возмущение воздушного потока. Что касается крыльев самолета, то уменьшение длины (хорды) крыльев уменьшит «индуцированное» сопротивление, если не сопротивление трения. ^{[ необходима цитата ]}

Коэффициент поверхностного трения определяется как${\ displaystyle C_ {f}}$

${\ Displaystyle C_ {F} \ Equiv {\ frac {\ tau _ {w}} {q}},}$

где - местное напряжение сдвига стенки , q - динамическое давление набегающего потока . ^[2] Для пограничных слоев без градиента давления в направлении x это связано с толщиной импульса как${\ Displaystyle \ тау _ {ш}}$

${\ displaystyle C_ {f} = 2 {\ frac {d \ theta} {dx}}.}$

Для сравнения: бурное эмпирическое соотношение, известное как закон одной седьмой степени (полученное Теодором фон Карманом ), выглядит следующим образом:

${\ displaystyle C_ {f, tur} = {\ frac {0,074} {Re ^ {0,2}}},}$

где - число Рейнольдса . ^[3]${\ displaystyle Re}$

Для ламинарного обтекания пластины коэффициент поверхностного трения можно определить по следующей формуле: ^[4]

${\ displaystyle C_ {f, lam} = {\ frac {1.328} {\ sqrt {Re}}}}$

Перетаскивание профиля [ править ]

Сопротивление профиля - это термин, обычно применяемый к паразитному сопротивлению, действующему на крыло. В двумерном крыле нет сопротивления, вызываемого подъемной силой, поэтому все сопротивление является сопротивлением профиля. В случае трехмерного крыла полное сопротивление за вычетом сопротивления, вызванного подъемной силой, является сопротивлением профиля ^[5] - оно определяется как сумма сопротивления формы и поверхностного трения. ^[6]

См. Также [ править ]

• Канал NACA
• Линия трения кожи

Ссылки [ править ]