Паразитическое сопротивление - Parasitic drag

Кривая сопротивления подъемного тела в устойчивом полете

Паразитическое сопротивление является тянуть который действует на объект, когда объект движется через жидкость. На случай, если аэродинамическое сопротивление, жидкость - это атмосфера. Паразитическое сопротивление - это сочетание форма перетащить и сопротивление трением кожи.^[1] Паразитное сопротивление не возникает в результате создания подъемной силы на объекте, и поэтому считается паразитным.

Остальные составляющие полного сопротивления, сопротивление, вызванное подъемной силой, волновое сопротивление, и таран (увидеть давление тарана ), являются отдельными типами сопротивления и не являются компонентами паразитного сопротивления.

Описание

В полете, сопротивление, вызванное подъемной силой результаты из лифт сила, которая должна быть создана, чтобы аппарат мог поддерживать горизонтальный полет. Индуцированное сопротивление больше на более низких скоростях, где высокое угол атаки требуется. По мере увеличения скорости индуцированное сопротивление уменьшается, но паразитное сопротивление увеличивается, поскольку жидкость ударяет по объекту с большей силой и движется по поверхности объекта с большей скоростью. Поскольку скорость продолжает увеличиваться в трансзвуковой и сверхзвуковой режимы, волновое сопротивление возрастает 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, чтобы увеличить дальность планирования в случае отказа двигателя. Однако, чтобы максимизировать продолжительность планирования (минимальное снижение), скорость самолета должна быть на уровне минимальной силы сопротивления, которая возникает на более низких скоростях, чем минимальное сопротивление.

В точке минимального сопротивления C_Делать (коэффициент лобового сопротивления самолета при нулевой подъемной силе) равен C_{D, я} (коэффициент индуцированного сопротивления или коэффициент сопротивления, создаваемый подъемной силой). В точке минимальной мощности C_Делать равно одной трети C_{D, я}. Это можно доказать, выведя следующие уравнения:^{[требуется разъяснение ]}

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

где:

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

это динамическое давление и

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

где

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

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

Форма перетаскивания

Форма перетаскивания или сопротивление давления возникает из-за форма объекта. Общий размер и форма тела являются наиболее важными факторами сопротивления формы; тела с увеличенным поперечным сечением будут иметь более высокое сопротивление, чем более тонкие тела; гладкие («обтекаемые») объекты имеют меньшее сопротивление формы. Перетаскивание формы следует за уравнение сопротивления, что означает, что он увеличивается с увеличением скорости и, следовательно, становится более важным для высокоскоростных самолетов.

Форма лобового сопротивления зависит от продольного сечения кузова. Разумный выбор профиля кузова важен для низкого коэффициент сопротивления. Линии обтекаемости должен быть непрерывным, и отрыв пограничного слоя со своим сопровождающим вихри следует избегать.

Сопротивление трением кожи

Основная статья: Сопротивление трением кожи

Сопротивление трением кожи возникает из-за трения жидкости о «кожу» движущегося через нее объекта. 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, поверхностное трение следует за уравнение сопротивления и поднимается с квадратом скорость.

Трение кожи вызвано вязкое сопротивление в пограничный слой вокруг объекта. Пограничный слой в передней части объекта обычно ламинарный и относительно тонкий, но становится турбулентным и более толстым к задней части. Положение точка перехода от ламинарного к турбулентному потоку 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 самой широкой точке (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, так как возмущение воздушного потока меньше. Что касается крыльев самолета, то уменьшение длины (хорды) крыльев уменьшит «индуцированное» сопротивление, если не сопротивление трения.

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

${\displaystyle C_{f}\equiv {\frac {\tau _{w}}{q}},}$

где ${\displaystyle \tau _{w}}$ местный напряжение сдвига стенки, q - набегающий поток динамическое давление.^[2] Для пограничных слоев без градиента давления в направлении x он связан с толщиной импульса как

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

Для сравнения бурный эмпирическое отношение, известное как Одна седьмая сила Закон (получено Теодор фон Карман ) является:

${\displaystyle C_{f,tur}={\frac {0.074}{Re^{0.2}}},}$

где ${\displaystyle Re}$ это Число Рейнольдса.^[3]

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

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

Перетаскивание профиля

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

Смотрите также

• Канал NACA
• Линия трения кожи

использованная литература

1. Клэнси, L.J. (1975). Аэродинамика, Подраздел 5.9. Pitman Publishing. ISBN  0 273 01120 0
2. «Коэффициент поверхностного трения - CFD-Wiki, бесплатный справочник по CFD». www.cfd-online.com. Получено 22 апреля 2018.
3. Введение в полет, Джон Андерсон младший, 7-е издание
4. tec-science (2020-05-31). «Коэффициент сопротивления (сопротивление трения и давления)». наука. Получено 2020-06-25.
5. Андерсон, Джон Д. (1984). Основы аэродинамики, p.192, 233. McGraw-Hill Book Company. ISBN  0-07-001656-9
6. "Определение и значение перетаскивания профиля - английский словарь Коллинза". www.collinsdictionary.com. Получено 22 апреля 2018.