Zvarritja aerodinamike është një forcë që vepron në kundërshtim me lëvizjen relative të çdo objekti. Mund të ekzistojë midis dy shtresave të sipërfaqes së ngurtë. Ndryshe nga grupet e tjera rezistente, si fërkimi i thatë, të cilat janë pothuajse të pavarura nga shpejtësia, forcat e tërheqjes i binden një vlere të caktuar. Megjithëse shkaku përfundimtar i veprimit është fërkimi viskoz, turbulenca është e pavarur prej saj. Forca e tërheqjes është proporcionale me shpejtësinë e rrjedhës laminare.
Koncept
Zvarritja aerodinamike është forca që vepron në çdo trup të ngurtë që lëviz në drejtim të lëngut që vjen. Për sa i përket përafrimit të fushës së afërt, tërheqja është rezultat i forcave për shkak të shpërndarjes së presionit mbi sipërfaqen e objektit, i simbolizuar nga D. Për shkak të fërkimit të lëkurës, i cili është rezultat i viskozitetit, shënohet De. Përndryshe, e llogaritur nga pikëpamja e fushës së rrjedhës, forcarezistenca lind si rezultat i tre dukurive natyrore: valët e goditjes, shtresa e vorbullës dhe viskoziteti. E gjithë kjo mund të gjendet në tabelën e tërheqjes aerodinamike.
Përmbledhje
Shpërndarja e presionit që vepron në sipërfaqen e një trupi ndikon në forca të mëdha. Ato, nga ana tjetër, mund të përmblidhen. Komponentët në rrjedhën e poshtme të kësaj vlere përbëjnë fuqinë e tërheqjes, Drp, për shkak të shpërndarjes së presionit që ndikon në trup. Natyra e këtyre forcave kombinon efektet e valës së goditjes, gjenerimin e sistemit të vorbullës dhe mekanizmat e zgjimit.
Viskoziteti i një lëngu ka një efekt të rëndësishëm në zvarritjen. Në mungesë të këtij komponenti, forcat e presionit që veprojnë për të ngadalësuar automjetin neutralizohen nga fuqia që është në pjesën e pasme dhe e shtyn automjetin përpara. Ky quhet represurizim, duke rezultuar në zvarritje aerodinamike zero. Kjo do të thotë, puna që trupi bën në rrjedhën e ajrit është e kthyeshme dhe e rikuperueshme pasi nuk ka efekte fërkimi për të kthyer energjinë e rrjedhës në nxehtësi.
Rikuperimi i presionit funksionon edhe në rast të lëvizjeve viskoze. Megjithatë, kjo vlerë rezulton në fuqi. Është komponenti dominues i zvarritjes në rastin e automjeteve me zona të ndara rrjedhjeje ku rikuperimi i kokës konsiderohet të jetë mjaft joefikas.
Forca e fërkimit, e cila është fuqia tangjenciale në sipërfaqeavion, varet nga konfigurimi i shtresës kufitare dhe viskoziteti. Zvarritja aerodinamike, Df, llogaritet si projeksioni në rrjedhën e poshtme të grupeve të moçaleve të vlerësuara nga sipërfaqja e trupit.
Shuma e rezistencës së fërkimit dhe presionit quhet rezistencë viskoze. Nga një këndvështrim termodinamik, efektet e moçalit janë dukuri të pakthyeshme dhe për këtë arsye ato krijojnë entropi. Rezistenca viskoze e llogaritur Dv përdor ndryshimet në këtë vlerë për të parashikuar me saktësi forcën e rikthimit.
Këtu është gjithashtu e nevojshme të jepet formula për densitetin e ajrit për gazin: РV=m/MRT.
Kur një avion prodhon ngritje, ekziston një komponent tjetër i shtytjes. Rezistenca e shkaktuar, Di. Ajo lind nga ndryshimi i shpërndarjes së presionit të sistemit të vorbullës që shoqëron prodhimin e ashensorit. Një perspektivë alternative e ngritjes arrihet duke marrë parasysh ndryshimin në momentin e rrjedhës së ajrit. Krahu kap ajrin dhe e detyron atë të lëvizë poshtë. Kjo rezulton në një forcë tërheqëse të barabartë dhe të kundërt që vepron në krah, e cila është ngritëse.
Ndryshimi i momentit të rrjedhës së ajrit poshtë çon në një ulje të vlerës së kundërt. Se është rezultat i forcës që vepron përpara në krahun e aplikuar. Një masë e barabartë, por e kundërt vepron në anën e pasme, e cila është tërheqja e induktuar. Ka tendencë të jetë komponenti më i rëndësishëm për avionët gjatë ngritjes ose uljes. Një tjetër objekt tërheqës, tërheqja e valës (Dw) është për shkak të valëve të goditjesme shpejtësi transonike dhe supersonike të mekanikës së fluturimit. Këto rrotulla shkaktojnë ndryshime në shtresën kufitare dhe shpërndarjen e presionit mbi sipërfaqen e trupit.
Histori
Ideja se një trup në lëvizje që kalon përmes ajrit (formula e dendësisë) ose lëng tjetër ndeshet me rezistencë, është e njohur që nga koha e Aristotelit. Një artikull nga Louis Charles Breguet i shkruar në 1922 filloi një përpjekje për të reduktuar zvarritjen përmes optimizimit. Autori vazhdoi të realizonte idetë e tij, duke krijuar disa avionë që thyen rekord në vitet 1920 dhe 1930. Teoria e shtresës kufitare e Ludwig Prandtl në 1920 dha një nxitje për të minimizuar fërkimin.
Një thirrje tjetër e rëndësishme për renditjen u bë nga Sir Melville Jones, i cili prezantoi koncepte teorike për të demonstruar bindshëm rëndësinë e renditjes në dizajnimin e avionëve. Në vitin 1929, vepra e tij The Streamlined Airplane e paraqitur në Shoqërinë Mbretërore Aeronautike ishte e rëndësishme. Ai propozoi një avion ideal që do të kishte zvarritje minimale, duke çuar në konceptin e një monoplani "të pastër" dhe një kamionçinë të anulueshme.
Një nga aspektet e punës së Jones që tronditi më shumë projektuesit e kohës ishte komploti i tij i fuqisë së kuajve kundrejt shpejtësisë për një aeroplan real dhe ideal. Nëse shikoni pikën e të dhënave për një avion dhe e ekstrapoloni atë horizontalisht në një kurbë të përsosur, mund të shihni fitimin së shpejti për të njëjtën fuqi. Kur Jones kishte përfunduar prezantimin e tij, një nga dëgjuesitniveli i rëndësisë si cikli Carnot në termodinamikë.
Rezistencë e shkaktuar nga ngritja
Reagimi i shkaktuar nga ngritja rezulton nga krijimi i një pjerrësie në një trup tredimensional, si p.sh. krahët e avionit ose trupi i avionit. Frenimi i nxitur përbëhet kryesisht nga dy komponentë:
- Zvarrit për shkak të krijimit të vorbullave pasuese.
- Ka tërheqje viskoze shtesë që nuk është aty kur ngritja është zero.
Vorbullat e pasme në fushën e rrjedhës të pranishme si rezultat i ngritjes së trupit janë për shkak të përzierjes së turbullt të ajrit mbi dhe poshtë objektit, i cili rrjedh në disa drejtime të ndryshme si rezultat i krijimit të ashensorit..
Me parametra të tjerë që mbeten të njëjtë me ngritjen e krijuar nga trupi, rritet edhe rezistenca e shkaktuar nga pjerrësia. Kjo do të thotë se me rritjen e këndit të sulmit të krahut, rritet koeficienti i ngritjes, ashtu si edhe rikthimi. Në fillimin e stallës, forca e prirur aerodinamike zvogëlohet në mënyrë dramatike, ashtu si zvarritja e shkaktuar nga ngritja. Por kjo vlerë rritet për shkak të formimit të një rryme turbulente të palidhur pas trupit.
Zvarritje e rreme
Kjo është rezistenca e shkaktuar nga lëvizja e një objekti të ngurtë përmes një lëngu. Zvarritja parazitare ka disa komponentë, duke përfshirë lëvizjen për shkak të presionit viskoz dhe për shkak të vrazhdësisë së sipërfaqes (fërkimit të lëkurës). Përveç kësaj, prania e disa trupave në afërsi relative mund të shkaktojë të ashtuquajturatrezistencë ndaj ndërhyrjeve, e cila ndonjëherë përshkruhet si një komponent i termit.
Në aviacion, reagimi i shkaktuar priret të jetë më i fortë me shpejtësi më të ulëta, sepse kërkohet një kënd i lartë sulmi për të ruajtur ngritjen. Megjithatë, me rritjen e shpejtësisë, ajo mund të reduktohet, si dhe zvarritja e shkaktuar. Zvarritja parazitare, megjithatë, bëhet më e madhe sepse lëngu rrjedh më shpejt rreth objekteve të spikatura, duke rritur fërkimin.
Me shpejtësi më të larta (transonike), tërheqja e valëve arrin një nivel të ri. Secila prej këtyre formave të zmbrapsjes ndryshon proporcionalisht me të tjerat në varësi të shpejtësisë. Pra, kurba e përgjithshme e tërheqjes tregon një minimum në disa shpejtësi - avioni do të jetë në ose afër efikasitetit optimal. Pilotët do ta përdorin këtë shpejtësi për të maksimizuar qëndrueshmërinë (konsumin minimal të karburantit) ose për të rrëshqitur distancën në rast të një dështimi të motorit.
Kurba e fuqisë së aviacionit
Ndërveprimi i zvarritjes parazitare dhe të induktuar si funksion i shpejtësisë së ajrit mund të përfaqësohet si një vijë karakteristike. Në aviacion, kjo shpesh quhet kurba e fuqisë. Është e rëndësishme për pilotët sepse tregon se nën një shpejtësi të caktuar ajri, dhe në mënyrë të kundërt, kërkohet më shumë shtytje për ta mbajtur atë ndërsa shpejtësia e ajrit zvogëlohet, jo më pak. Implikimet e të qenit "prapa skene" gjatë fluturimit janë të rëndësishme dhe mësohen si pjesë e trajnimit të pilotëve. Në subsonikshpejtësitë e ajrit ku forma U e kësaj kurbë është e rëndësishme, zvarritja e valës nuk është bërë ende një faktor. Kjo është arsyeja pse ajo nuk tregohet në kurbë.
Frenimi në rrjedhën transonike dhe supersonike
Zvarritja e valës kompresive është tërheqja që krijohet kur një trup lëviz nëpër një lëng të ngjeshshëm dhe me shpejtësi afër shpejtësisë së zërit në ujë. Në aerodinamikë, tërheqja e valës ka shumë komponentë në varësi të mënyrës së drejtimit.
Në aerodinamikën e fluturimit transonik, tërheqja e valës është rezultat i formimit të valëve goditëse në lëng, të cilat formohen kur krijohen zona lokale të rrjedhës supersonike. Në praktikë, një lëvizje e tillë ndodh në trupat që lëvizin shumë nën shpejtësinë e sinjalit, pasi shpejtësia lokale e ajrit rritet. Megjithatë, rrjedha e plotë supersonike mbi automjet nuk do të zhvillohet derisa vlera të shkojë shumë më tej. Avionët që fluturojnë me shpejtësi transonike shpesh përjetojnë kushte valësh gjatë rrjedhës normale të fluturimit. Në fluturimin transonik, ky zmbrapsje zakonisht quhet tërheqje e kompresueshmërisë transonike. Ai intensifikohet shumë ndërsa shpejtësia e tij e fluturimit rritet, duke dominuar format e tjera me ato shpejtësi.
Në fluturimin supersonik, tërheqja e valës është rezultat i valëve goditëse të pranishme në lëng dhe të ngjitura në trup, që formohen në skajet kryesore dhe pasuese të trupit. Në rrjedhat supersonike, ose në byk me kënde mjaftueshëm të mëdha rrotullimi, në vend të kësaj do të ketëformohen goditje të lirshme ose valë të lakuara. Përveç kësaj, zonat lokale të rrjedhës transonike mund të ndodhin me shpejtësi më të ulëta supersonike. Ndonjëherë ato çojnë në zhvillimin e valëve tronditëse shtesë të pranishme në sipërfaqet e trupave të tjerë të ashensorit, të ngjashme me ato që gjenden në rrjedhat transonike. Në regjimet e fuqishme të rrjedhës, rezistenca e valës zakonisht ndahet në dy komponentë:
- Lift supersonik në varësi të vlerës.
- Vëllimi, i cili varet edhe nga koncepti.
Zgjidhja e formës së mbyllur për rezistencën minimale të valës së një trupi rrotullues me një gjatësi fikse u gjet nga Sears dhe Haack dhe njihet si "Shpërndarja e Seers-Haack". Në mënyrë të ngjashme, për një vëllim fiks, forma për rezistencën minimale të valës është "Von Karman Ogive".
Biplani i Busemann, në parim, nuk i nënshtrohet fare një veprimi të tillë kur funksionon me shpejtësinë e projektuar, por gjithashtu nuk është në gjendje të gjenerojë ashensor.
Produkte
Një tunel me erë është një mjet i përdorur në kërkime për të studiuar efektin e ajrit që lëviz pranë objekteve të ngurta. Ky dizajn përbëhet nga një kalim tubular me objektin nën provë të vendosur në mes. Ajri zhvendoset pranë objektit me anë të një sistemi të fuqishëm ventilatori ose mjeteve të tjera. Objekti i provës, i referuar shpesh si model tubi, është i pajisur me sensorë të përshtatshëm për të matur forcat ajrore, shpërndarjen e presionit ose të tjera.karakteristikat aerodinamike. Kjo është gjithashtu e nevojshme për të vërejtur dhe korrigjuar problemin në sistem në kohë.
Cilat janë llojet e avionëve
Le të shohim së pari historinë. Tunelet më të hershme të erës u shpikën në fund të shekullit të 19-të, në ditët e para të kërkimit të aviacionit. Ishte atëherë që shumë u përpoqën të zhvillonin avionë të suksesshëm më të rëndë se ajri. Tuneli i erës u konceptua si një mjet për të përmbysur paradigmën konvencionale. Në vend që të qëndroni pa lëvizur dhe të lëvizni një objekt përmes tij, i njëjti efekt do të përftohej nëse objekti qëndronte pa lëvizur dhe ajri lëvizte me një shpejtësi më të madhe. Në këtë mënyrë, një vëzhgues i palëvizshëm mund të studiojë produktin fluturues në veprim dhe të masë aerodinamikën praktike të imponuar mbi të.
Zhvillimi i tubave shoqëroi zhvillimin e avionit. Artikuj të mëdhenj aerodinamikë u ndërtuan gjatë Luftës së Dytë Botërore. Testimi në një tub të tillë u konsiderua strategjikisht i rëndësishëm gjatë zhvillimit të avionëve dhe raketave supersonike gjatë Luftës së Ftohtë. Sot, avionët janë gjithçka. Dhe pothuajse të gjitha zhvillimet më të rëndësishme tashmë janë futur në jetën e përditshme.
Kërkimi i tunelit të erës më vonë u bë një çështje e qartë. Efekti i erës në strukturat ose objektet e krijuara nga njeriu duhej të studiohej kur ndërtesat bëheshin mjaft të larta për t'i paraqitur erës sipërfaqe të mëdha dhe forcat që rezultonin duhej t'i rezistonin elementët e brendshëm të ndërtesës. Përcaktimi i grupeve të tilla ishte i nevojshëm përpara se të bënin kodet e ndërtimitpërcaktoni forcën e kërkuar të strukturave. Dhe teste të tilla vazhdojnë të përdoren për ndërtesa të mëdha ose të pazakonta edhe sot e kësaj dite.
Edhe më vonë, u aplikuan kontrolle për tërheqjen aerodinamike të makinave. Por kjo nuk ishte për të përcaktuar forcat si të tilla, por për të vendosur mënyra për të zvogëluar fuqinë e nevojshme për të lëvizur makinën përgjatë shtretërve të rrugëve me një shpejtësi të caktuar. Në këto studime, ndërveprimi ndërmjet rrugës dhe automjetit luan një rol të rëndësishëm. Është ai që duhet të merret parasysh gjatë interpretimit të rezultateve të testit.
Në një situatë reale, rruga lëviz në lidhje me automjetin, por ajri është ende në raport me rrugën. Por në një tunel me erë, ajri lëviz në lidhje me rrugën. Ndërsa ky i fundit është i palëvizshëm në raport me mjetin. Disa tunele të erës së automjeteve testuese përfshijnë rripa lëvizës nën mjetin e testimit. Kjo është për t'iu afruar gjendjes aktuale. Pajisje të ngjashme përdoren në konfigurimet e ngritjes dhe uljes së tunelit me erë.
Pajisje
Mostrat e pajisjeve sportive kanë qenë gjithashtu të zakonshme për shumë vite. Ato përfshinin shkopinj dhe topa golfi, biçikleta olimpike dhe helmeta makinash garash. Aerodinamika e kësaj të fundit është veçanërisht e rëndësishme në automjetet me kabinë të hapur (Indycar, Formula One). Forca e tepërt e ngritjes në helmetë mund të shkaktojë stres të konsiderueshëmnë qafën e shoferit dhe ndarja e rrjedhës në anën e pasme është një vulë e turbullt dhe, si rezultat, shikimi i dëmtuar me shpejtësi të lartë.
Përparimet në simulimet e dinamikës së lëngjeve llogaritëse (CFD) në kompjuterët dixhitalë me shpejtësi të lartë kanë reduktuar nevojën për testimin e tunelit të erës. Megjithatë rezultatet e CFD nuk janë ende plotësisht të besueshme, ky mjet përdoret për të verifikuar parashikimet CFD.
