Паразитарное сопротивление

Паразитное сопротивление , также известное как сопротивление профиля , ^[1]^: 254^[2]^: 256 это тип аэродинамического сопротивления , которое действует на любой объект, когда объект движется через жидкость. Паразитное сопротивление представляет собой комбинацию сопротивления формы и сопротивления трения кожи . ^[3]^[1]^{: 641–642}^[4]^: 19 Оно влияет на все объекты независимо от того, способны ли они создавать подъемную силу .

Полное сопротивление самолета состоит из паразитного сопротивления и сопротивления, вызванного подъемной силой . Паразитное сопротивление названо так потому, что оно бесполезно, тогда как сопротивление, вызванное подъемной силой, является результатом подъемной силы, создаваемой аэродинамическим профилем . Паразитное сопротивление включает в себя все типы сопротивления, кроме сопротивления, вызванного подъемной силой. ^[5]

Перетаскивание формы

Сопротивление формы возникает из-за формы объекта. Общий размер и форма тела являются наиболее важными факторами сопротивления формы; тела с большим поперечным сечением будут иметь более высокое сопротивление, чем более тонкие тела; гладкие («обтекаемые») объекты имеют меньшее сопротивление формы. Форма сопротивления соответствует уравнению сопротивления , что означает, что оно увеличивается пропорционально квадрату скорости и, таким образом, становится более важным для высокоскоростных самолетов.

Формовое сопротивление зависит от продольного сечения ^{[ нужны разъяснения ]} тела. Разумный выбор профиля кузова имеет важное значение для низкого коэффициента лобового сопротивления . Линии тока должны быть непрерывными и отрыва пограничного слоя с сопутствующими ему вихрями избегать .

Формовое сопротивление включает в себя интерференционное сопротивление, вызванное смешением потоков воздушного потока. Например, там, где крыло и фюзеляж встречаются в корневой части крыла, два воздушных потока сливаются в один. Такое смешивание может вызвать вихревые токи, турбулентность или ограничить плавный поток воздуха. Сопротивление интерференции больше, когда две поверхности встречаются под перпендикулярными углами, и его можно свести к минимуму за счет использования обтекателей . ^[6]^[7]^[5]

Волновое сопротивление , также известное как сверхзвуковое волновое сопротивление или сопротивление сжимаемости, представляет собой компонент сопротивления формы, вызванный ударными волнами, генерируемыми, когда самолет движется на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. ^[1]^{: 25, 492, 573}

Сопротивление формы - это тип сопротивления давлению, ^[1]^: 254 термин, который также включает сопротивление, вызванное подъемной силой. ^[1]^{: 65, 319} Сопротивление формы — это сопротивление давления из-за разделения. ^[1]^{: 641–642}^[2]^: 256

Сопротивление трения кожи

Сопротивление кожного трения возникает в результате трения жидкости о «кожу» движущегося через нее объекта. Кожное трение возникает в результате взаимодействия жидкости с кожей тела и напрямую связано со смачиваемой поверхностью — участком поверхности тела, контактирующим с жидкостью. Воздух, контактирующий с телом, будет прилипать к поверхности тела, и этот слой будет стремиться прилипать к следующему слою воздуха, а тот, в свою очередь, к дальнейшим слоям, следовательно, тело увлекает за собой некоторое количество воздуха. Сила, необходимая для того, чтобы тянуть «прикрепленный» слой воздуха к телу, называется сопротивлением трения кожи. Сопротивление трения кожи придает некоторый импульс массе воздуха, когда он проходит через нее, и этот воздух оказывает на тело тормозящую силу. Как и другие компоненты паразитного сопротивления, поверхностное трение подчиняется уравнению сопротивления и возрастает пропорционально квадрату скорости .

Кожное трение вызывается вязким сопротивлением в пограничном слое вокруг объекта. Пограничный слой в передней части объекта обычно ламинарный и относительно тонкий, но к задней части становится турбулентным и утолщается. 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 был возможен ламинарный поток. Второй метод — максимально увеличить длину и уменьшить поперечное сечение движущегося объекта. Для этого конструктор может учитывать коэффициент крупности , который представляет собой длину самолета, разделенную на его диаметр в самом широком месте (L/D). Для дозвуковых течений в основном сохраняется соотношение 6:1. Увеличение длины увеличивает число Рейнольдса ( $Re$ ). С $Re$ В знаменателе зависимости коэффициента поверхностного трения с увеличением его значения (в ламинарном диапазоне) общее сопротивление трения уменьшается. При уменьшении площади поперечного сечения уменьшается сила сопротивления кузову, так как возмущение воздушного потока меньше.

Коэффициент трения кожи, $C_{f}$ , определяется

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

где $\tau _{w}$ — локальное напряжение сдвига стенки набегающего потока , а q — динамическое давление . ^[8] Для пограничных слоев без градиента давления в направлении x он связан с толщиной импульса как

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

Для сравнения, бурное эмпирическое соотношение, известное как одной седьмой степени Закон (выведенный Теодором фон Карманом ):

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

где $Re$ это число Рейнольдса. ^[2]^{: Формула 4.101}

При ламинарном обтекании пластины коэффициент поверхностного трения можно определить по формуле: ^[9]

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

См. также

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Андерсон, Джон Д. младший (1991). Основы аэродинамики (2-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-001679-8 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Андерсон, Джон Д. младший (2016). Введение в полет (Восьмое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw Hill Education. п. 242. ИСБН 978-0-07-802767-3 .
^ Клэнси, LJ (1975). Аэродинамика , подраздел 5.9. Издательство Питман. ISBN 0 273 01120 0
^ Гоури, Эрвин Рики (20 мая 2014 г.). Влияние потока линий прикрепления на сопротивление формы (докторская степень) . Проверено 22 марта 2022 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б Справочник пилота по авиационным знаниям (PDF) . ФАУ. п. Глава 5. Аэродинамика полета. Первый называется паразитным, потому что он никоим образом не способствует полету, а второй, индуцированное сопротивление, является результатом подъемной силы крыла.
^ «Интерференционное сопротивление – SKYbrary Авиационная безопасность» . 25 мая 2021 г.
^ «Как сопротивление помех влияет на летно-технические характеристики вашего самолета» .
^ «Коэффициент трения кожи — CFD-Wiki, бесплатный справочник по CFD» . www.cfd-online.com . Проверено 22 апреля 2018 г.
^ техническая наука (31 мая 2020 г.). «Коэффициент сопротивления (сопротивление трения и давления)» . техническая наука . Проверено 25 июня 2020 г.

[Anderson-1] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Андерсон, Джон Д. младший (1991). Основы аэродинамики (2-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл. ISBN 0-07-001679-8 .

[Anderson_Introduction-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Андерсон, Джон Д. младший (2016). Введение в полет (Восьмое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw Hill Education. п. 242. ИСБН 978-0-07-802767-3 .

[3] Клэнси, LJ (1975). Аэродинамика , подраздел 5.9. Издательство Питман. ISBN 0 273 01120 0

[Gowree-4] Гоури, Эрвин Рики (20 мая 2014 г.). Влияние потока линий прикрепления на сопротивление формы (докторская степень) . Проверено 22 марта 2022 г.

[PHAK-5] Перейти обратно: ^а ^б Справочник пилота по авиационным знаниям (PDF) . ФАУ. п. Глава 5. Аэродинамика полета. Первый называется паразитным, потому что он никоим образом не способствует полету, а второй, индуцированное сопротивление, является результатом подъемной силы крыла.

[6] «Интерференционное сопротивление – SKYbrary Авиационная безопасность» . 25 мая 2021 г.

[7] «Как сопротивление помех влияет на летно-технические характеристики вашего самолета» .

[8] «Коэффициент трения кожи — CFD-Wiki, бесплатный справочник по CFD» . www.cfd-online.com . Проверено 22 апреля 2018 г.

[9] техническая наука (31 мая 2020 г.). «Коэффициент сопротивления (сопротивление трения и давления)» . техническая наука . Проверено 25 июня 2020 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]