Aerodinamik sürükleme, herhangi bir nesnenin göreli hareketine zıt etkiye sahip bir kuvvettir. İki katı katı yüzey tabakası arasında var olabilir. Hızdan neredeyse bağımsız olan kuru sürtünme gibi diğer dirençli kümelerin aksine, sürükleme kuvvetleri belirli bir değere uyar. Eylemin nihai nedeni viskoz sürtünme olmasına rağmen, türbülans bundan bağımsızdır. Sürükleme kuvveti, laminer akış hızıyla orantılıdır.
Konsept
Aerodinamik sürükleme, yaklaşan sıvı yönünde hareket eden herhangi bir katı cisme etki eden kuvvettir. Yakın alan yaklaşımı açısından, sürükleme, nesnenin yüzeyi üzerindeki basıncın dağılımından kaynaklanan kuvvetlerin sonucudur ve D ile sembolize edilir. Viskozitenin sonucu olan deri sürtünmesinden dolayı, De ile gösterilir. Alternatif olarak, akış alanının bakış açısından hesaplanan kuvvetdirenç, üç doğal olayın sonucu olarak ortaya çıkar: şok dalgaları, girdap tabakası ve viskozite. Bütün bunlar aerodinamik sürükleme tablosunda bulunabilir.
Genel Bakış
Bir cismin yüzeyine etki eden basıncın dağılımı büyük kuvvetleri etkiler. Sırayla, özetlenebilirler. Bu değerin aşağı akış bileşenleri, gövdeyi etkileyen basınç dağılımından dolayı sürükleme gücünü, Drp'yi oluşturur. Bu kuvvetlerin doğası, şok dalgası etkilerini, girdap sistemi oluşturma ve uyanma mekanizmalarını birleştirir.
Bir akışkanın viskozitesi, sürtünme üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu bileşenin yokluğunda aracı yavaşlatmaya etki eden basınç kuvvetleri arka kısımda bulunan güç tarafından nötralize edilerek aracı ileri doğru iter. Bu, sıfır aerodinamik sürükleme ile sonuçlanan yeniden basınçlandırma olarak adlandırılır. Yani, akışın enerjisini ısıya dönüştürmek için sürtünme etkisi olmadığından vücudun hava akışı üzerinde yaptığı iş tersine çevrilebilir ve geri kazanılabilir.
Basınç kurtarma, viskoz hareket durumunda bile çalışır. Ancak bu değer güçle sonuçlanır. Yük geri kazanımının oldukça verimsiz olduğu düşünülen bölünmüş akış bölgelerine sahip araçlarda sürüklenmenin baskın bileşenidir.
Yüzeydeki teğetsel güç olan sürtünme kuvvetiuçak, sınır tabakasının konfigürasyonuna ve viskoziteye bağlıdır. Aerodinamik sürükleme, Df, gövde yüzeyinden tahmin edilen bataklık setlerinin aşağı akış izdüşümü olarak hesaplanır.
Sürtünme ve basınç direncinin toplamına viskoz direnç denir. Termodinamik açıdan bakıldığında, bataklık etkileri geri döndürülemez olaylardır ve bu nedenle entropi yaratırlar. Hesaplanan viskoz direnç Dv, geri tepme kuvvetini doğru bir şekilde tahmin etmek için bu değerdeki değişiklikleri kullanır.
Burada ayrıca gaz için hava yoğunluğu formülünü vermek gerekir: РV=m/MRT.
Bir uçak kaldırma ürettiğinde, geri itmenin başka bir bileşeni vardır. İndüklenmiş direnç, Di. Asansörün üretimine eşlik eden girdap sisteminin basınç dağılımındaki değişiklikten kaynaklanmaktadır. Hava akışının momentumundaki değişiklik dikkate alınarak alternatif bir kaldırma perspektifi elde edilir. Kanat havayı yakalar ve onu aşağı doğru hareket etmeye zorlar. Bu, kanat üzerinde hareket eden, yani kaldırma olan eşit ve zıt bir sürükleme kuvveti ile sonuçlanır.
Aşağıya doğru hava akışının momentumunun değiştirilmesi, ters değerde bir azalmaya yol açar. Uygulanan kanat üzerinde ileriye doğru hareket eden kuvvetin sonucudur. Eşit fakat zıt bir kütle, indüklenen sürükleme olan arkaya etki eder. Kalkış veya iniş sırasında uçaklar için en önemli bileşen olma eğilimindedir. Başka bir sürükleme nesnesi, dalga sürüklemesi (Dw) şok dalgalarından kaynaklanıruçuş mekaniğinin transonik ve süpersonik hızlarında. Bu rulolar, sınır tabakasında değişikliklere ve gövde yüzeyindeki basınç dağılımına neden olur.
Tarih
Havadan (yoğunluk formülü) veya başka bir sıvıdan geçen hareketli bir cismin dirençle karşılaştığı fikri Aristo'dan beri bilinmektedir. Louis Charles Breguet'in 1922'de yazdığı bir makale, optimizasyon yoluyla sürtünmeyi az altmak için bir çaba başlattı. Yazar, 1920'lerde ve 1930'larda birkaç rekor kıran uçak yaratarak fikirlerini hayata geçirmeye devam etti. Ludwig Prandtl'ın 1920'deki sınır tabaka teorisi, sürtünmeyi en aza indirmek için bir teşvik sağladı.
Sıralama için bir diğer önemli çağrı, uçak tasarımında sıralamanın önemini ikna edici bir şekilde göstermek için teorik kavramları tanıtan Sir Melville Jones tarafından yapıldı. 1929'da Royal Aeronautical Society'ye sunulan The Aerolined Airplane adlı çalışması ufuk açıcıydı. Minimum sürtünmeye sahip olacak ve "temiz" bir tek kanatlı uçak ve geri çekilebilir alt takım konseptine yol açacak ideal bir uçak önerdi.
Jones'un çalışmalarının o zamanın tasarımcılarını en çok şaşırtan yönlerinden biri, gerçek ve ideal bir uçak için beygir gücüne karşı hız planıydı. Bir uçağın veri noktasına bakar ve onu yatay olarak mükemmel bir eğriye çıkarırsanız, aynı gücün getirisini yakında görebilirsiniz. Jones sunumunu bitirdiğinde dinleyicilerden biritermodinamikte Carnot döngüsü olarak önem düzeyi.
Kaldırma kaynaklı direnç
Kaldırma kaynaklı boşluk, uçak kanadı veya gövdesi gibi üç boyutlu bir gövde üzerinde bir eğim oluşturulmasından kaynaklanır. Endüklenmiş frenleme esas olarak iki bileşenden oluşur:
- Sondaki girdaplar nedeniyle sürükleyin.
- Kaldırma sıfır olduğunda orada olmayan ek viskoz sürtünmeye sahip olmak.
Cismin kaldırılmasının bir sonucu olarak akış alanında mevcut olan geri girdaplar, kaldırma kuvvetinin yaratılmasının bir sonucu olarak birkaç farklı yöne akan cismin üstündeki ve altındaki havanın türbülanslı karışımından kaynaklanır..
Vücudun oluşturduğu kaldırma kuvveti ile aynı kalan diğer parametreler ile eğimin neden olduğu direnç de artar. Bu, kanadın hücum açısı arttıkça, geri tepme gibi kaldırma katsayısının da arttığı anlamına gelir. Stall başlangıcında, eğilimli aerodinamik kuvvet, kaldırma kaynaklı sürüklenme gibi önemli ölçüde azalır. Fakat cisimden sonra türbülanslı bağlantısız bir akışın oluşması nedeniyle bu değer artar.
Sahte sürükle
Bu, katı bir cismin sıvı içinde hareketinin neden olduğu dirençtir. Parazitik sürüklenme, viskoz basınçtan kaynaklanan hareket ve yüzey pürüzlülüğü (cilt sürtünmesi) dahil olmak üzere çeşitli bileşenlere sahiptir. Ek olarak, göreceli olarak yakınlıkta birkaç cismin varlığı sözde neden olabilir.bazen terimin bir bileşeni olarak tanımlanan girişim direnci.
Havacılıkta, indüklenen geri tepme, düşük hızlarda daha güçlü olma eğilimindedir, çünkü kaldırmayı sürdürmek için yüksek bir hücum açısı gerekir. Bununla birlikte, hız arttıkça, indüklenen sürüklemenin yanı sıra az altılabilir. Bununla birlikte, sıvı çıkıntı yapan nesnelerin etrafında daha hızlı aktığı ve sürtünmeyi artırdığı için parazitik sürüklenme daha büyük hale gelir.
Daha yüksek hızlarda (transonik), dalga sürüklemesi yeni bir seviyeye ulaşır. Bu itme biçimlerinin her biri, hıza bağlı olarak diğerleriyle orantılı olarak değişir. Bu nedenle, genel sürükleme eğrisi, bazı hava hızlarında bir minimum gösterir - uçak, optimum verimlilikte veya buna yakın olacaktır. Pilotlar, motor arızası durumunda dayanıklılığı (minimum yakıt tüketimi) veya süzülme mesafesini en üst düzeye çıkarmak için bu hızı kullanacak.
Havacılık Güç Eğrisi
Hava hızının bir fonksiyonu olarak parazit ve indüklenen sürüklenme etkileşimi, karakteristik bir çizgi olarak gösterilebilir. Havacılıkta buna genellikle güç eğrisi denir. Pilotlar için önemlidir, çünkü belirli bir hava hızının altında ve sezgisel olarak, hava hızı azaldıkça bunu korumak için daha az değil, daha fazla itme kuvveti gerektiğini gösterir. Uçuşta "perde arkasında" olmanın etkileri önemlidir ve pilot eğitiminin bir parçası olarak öğretilir. ses altıBu eğrinin U-şeklinin önemli olduğu hava hızları, dalga sürüklemesi henüz bir faktör haline gelmedi. Bu yüzden eğri üzerinde gösterilmez.
Transonik ve süpersonik akışta frenleme
Basınç dalgası sürüklemesi, bir vücut sıkıştırılabilir bir sıvı içinde ve sudaki ses hızına yakın hızlarda hareket ettiğinde oluşan sürüklemedir. Aerodinamikte, dalga sürüklemesinin sürüş moduna bağlı olarak birçok bileşeni vardır.
Transonik uçuş aerodinamiğinde, dalga sürüklemesi, sıvıda yerel süpersonik akış alanları oluşturulurken oluşan şok dalgalarının oluşumunun sonucudur. Pratikte, böyle bir hareket, havanın yerel hızı arttığından, sinyal hızının çok altında hareket eden cisimlerde meydana gelir. Ancak, değer çok daha ileri gidene kadar araç üzerinde tam süpersonik akış gelişmeyecektir. Transonik hızlarda uçan uçaklar, normal uçuş seyri sırasında sıklıkla dalga koşulları yaşarlar. Transonik uçuşta, bu itme genellikle transonik sıkıştırılabilirlik sürüklemesi olarak adlandırılır. Uçuş hızı arttıkça büyük ölçüde yoğunlaşır ve bu hızlarda diğer formlara hakim olur.
Süpersonik uçuşta dalga sürüklemesi, sıvıda bulunan ve gövdeye bağlı şok dalgalarının gövdenin ön ve arka kenarlarında oluşmasının sonucudur. Süpersonik akışlarda veya yeterince büyük dönüş açılarına sahip teknelerde, bunun yerinegevşek şok veya eğri dalgalar oluşur. Ek olarak, daha düşük süpersonik hızlarda transonik akışın yerel alanları oluşabilir. Bazen, transonik akışlarda bulunanlara benzer şekilde, diğer kaldırıcı cisimlerin yüzeylerinde bulunan ek şok dalgalarının gelişmesine yol açarlar. Güçlü akış rejimlerinde dalga direnci genellikle iki bileşene ayrılır:
- Değere bağlı olarak süpersonik yükselme.
- Konsepte de bağlı olan hacim.
Sabit uzunluğa sahip bir dönüş gövdesinin minimum dalga direnci için kapalı biçimli çözüm Sears ve Haack tarafından bulundu ve "Seers-Haack Dağılımı" olarak biliniyor. Benzer şekilde, sabit bir hacim için minimum dalga direnci formu "Von Karman Ogive" şeklindedir.
Busemann'ın çift kanatlı uçağı, prensipte, tasarım hızında çalışırken böyle bir eyleme tabi değildir, ancak aynı zamanda kaldırma üretme yeteneğine de sahip değildir.
Ürünler
Rüzgar tüneli, katı cisimlerin yanından geçen havanın etkisini incelemek için araştırmalarda kullanılan bir araçtır. Bu tasarım, test edilen nesnenin ortasına yerleştirildiği boru şeklinde bir geçitten oluşur. Hava, güçlü bir fan sistemi veya başka yollarla nesnenin yanından taşınır. Genellikle boru modeli olarak adlandırılan test nesnesi, hava kuvvetlerini, basınç dağılımını veya diğer ölçümleri ölçmek için uygun sensörlerle donatılmıştır.aerodinamik özellikler. Bu, sistemdeki sorunu zamanında fark edip düzeltmek için de gereklidir.
Uçak türleri nelerdir
Önce tarihe bakalım. En eski rüzgar tünelleri, 19. yüzyılın sonunda, havacılık araştırmalarının ilk günlerinde icat edildi. O zaman pek çok kişi başarılı havadan ağır uçaklar geliştirmeye çalıştı. Rüzgar tüneli, geleneksel paradigmayı tersine çevirmenin bir yolu olarak tasarlandı. Hareketsiz durmak ve bir nesneyi içinde hareket ettirmek yerine, nesne hareketsiz durursa ve hava daha yüksek bir hızda hareket ederse aynı etki elde edilir. Bu şekilde, sabit bir gözlemci uçan ürünü çalışırken inceleyebilir ve ona uygulanan pratik aerodinamiği ölçebilir.
Boruların gelişimi, uçağın gelişimine eşlik etti. İkinci Dünya Savaşı sırasında büyük aerodinamik parçalar inşa edildi. Soğuk Savaş sırasında süpersonik uçak ve füzelerin geliştirilmesi sırasında böyle bir tüpte test yapılması stratejik olarak önemli kabul edildi. Bugün, uçaklar her şeydir. Ve neredeyse en önemli gelişmelerin tamamı günlük hayata dahil edilmiş durumda.
Daha sonra rüzgar tüneli araştırması doğal bir konu haline geldi. Rüzgârın insan yapımı yapılar veya nesneler üzerindeki etkisi, binalar rüzgara geniş yüzeyler sunacak kadar yüksek olduğunda incelenmeliydi ve sonuçta ortaya çıkan kuvvetlere binanın iç unsurları tarafından karşı konulmalıydı. Bu tür kümelerin tanımı, bina kodlarının uygulanabilmesi için gerekliydi.yapıların gerekli mukavemetini belirler. Ve bu tür testler bugüne kadar büyük veya sıra dışı binalar için kullanılmaya devam ediyor.
Daha sonra bile, arabaların aerodinamik sürüklenmesi için kontroller uygulandı. Ancak bu, güçleri olduğu gibi belirlemek için değil, arabayı yol yatakları boyunca belirli bir hızda hareket ettirmek için gereken gücü az altmanın yollarını bulmaktı. Bu çalışmalarda yol ve araç arasındaki etkileşim önemli bir rol oynamaktadır. Test sonuçlarını yorumlarken dikkate alınması gereken kişidir.
Gerçek bir durumda, yol araca göre hareket eder, ancak hava hala yola göredir. Ancak bir rüzgar tünelinde hava yola göre hareket eder. İkincisi araca göre sabit iken. Bazı test aracı rüzgar tünelleri, test aracının altında hareketli kayışlar içerir. Bu, gerçek duruma yaklaşmak içindir. Rüzgar tüneli kalkış ve iniş konfigürasyonlarında benzer cihazlar kullanılmaktadır.
Ekipman
Spor malzemeleri örnekleri de uzun yıllardır yaygın. Golf sopaları ve topları, Olimpik yarış kızakları ve bisikletçileri ve yarış arabası kasklarını içeriyordu. İkincisinin aerodinamiği, açık kabinli araçlarda (Indycar, Formula One) özellikle önemlidir. Kask üzerindeki aşırı kaldırma kuvveti önemli strese neden olabilirsürücünün boynunda ve arka taraftaki akış ayrımı türbülanslı bir contadır ve sonuç olarak yüksek hızlarda görme bozukluğuna neden olur.
Yüksek hızlı dijital bilgisayarlarda hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) simülasyonlarındaki gelişmeler, rüzgar tüneli testi ihtiyacını az alttı. Ancak CFD sonuçları hala tamamen güvenilir değildir, bu araç CFD tahminlerini doğrulamak için kullanılır.
