Аэродинамикалық кедергі – кез келген заттың салыстырмалы қозғалысына қарсы әрекет ететін күш. Ол қатты беттің екі қабаты арасында болуы мүмкін. Жылдамдыққа дерлік тәуелсіз құрғақ үйкеліс сияқты басқа резистивті жиынтықтардан айырмашылығы, кедергі күштері берілген мәнге бағынады. Әрекеттің түпкі себебі тұтқыр үйкеліс болса да, турбуленттілік оған тәуелсіз. Кедергі күші ламинарлы ағынның жылдамдығына пропорционал.
Тұжырымдама
Аэродинамикалық кедергі – келе жатқан сұйықтық бағытында кез келген қозғалатын қатты денеге әсер ететін күш. Жақын өрістің жуықтауы тұрғысынан қарсылық - бұл заттың бетіне қысымның таралуына байланысты күштердің нәтижесі, D символы. Тұтқырлықтың нәтижесі болып табылатын тері үйкелісіне байланысты Де деп белгіленеді. Немесе ағын өрісі, күш тұрғысынан есептелгенқарсылық үш табиғи құбылыстың нәтижесінде пайда болады: соққы толқындары, құйынды қабат және тұтқырлық. Мұның барлығын аэродинамикалық кедергілер кестесінен табуға болады.
Шолу
Дене бетіне әсер ететін қысымның таралуы үлкен күштерге әсер етеді. Оларды, өз кезегінде, қорытындылауға болады. Бұл мәннің төменгі ағындық құрамдастары денеге әсер ететін қысымның таралуына байланысты кедергі күшін, Drp құрайды. Бұл күштердің табиғаты соққы толқынының әсерлерін, құйынды жүйені құруды және ояту механизмдерін біріктіреді.
Сұйықтықтың тұтқырлығы кедергіге айтарлықтай әсер етеді. Бұл компонент болмаған жағдайда, көлік құралын баяулатуға әсер ететін қысым күштері артқы бөлікте орналасқан және көлікті алға қарай итеретін қуатпен бейтараптандырылады. Бұл нөлдік аэродинамикалық кедергіге әкелетін репрессуризация деп аталады. Яғни, дененің ауа ағынында жасайтын жұмысы қайтымды және қалпына келеді, өйткені ағынның энергиясын жылуға айналдыру үшін ешқандай үйкеліс әсерлері жоқ.
Қысымды қалпына келтіру тіпті тұтқыр қозғалыс жағдайында да жұмыс істейді. Дегенмен, бұл мән қуат береді. Ағымы бөлінген аймақтары бар көліктер жағдайында бұл кедергінің басым құрамдас бөлігі болып табылады, мұнда басын қалпына келтіру айтарлықтай тиімсіз болып саналады.
Үйкеліс күші, ол беттегі тангенциалды күшұшақ, шекаралық қабаттың конфигурациясына және тұтқырлыққа байланысты. Аэродинамикалық кедергі, Df, дене бетінен есептелген батпақты топтамалардың ағынды проекциясы ретінде есептеледі.
Үйкеліс пен қысым кедергісінің қосындысы тұтқыр кедергі деп аталады. Термодинамикалық тұрғыдан алғанда, батпақты әсерлер қайтымсыз құбылыстар болып табылады, сондықтан олар энтропияны тудырады. Есептелген тұтқыр кедергі Dv қайтару күшін дәл болжау үшін осы мәндегі өзгерістерді пайдаланады.
Бұл жерде де газ үшін ауа тығыздығының формуласын беру қажет: РV=m/MRT.
Ұшақ көтергішті шығарғанда, кері итерудің тағы бір құрамдас бөлігі бар. Индукцияланған қарсылық, Ди. Ол лифт өндірісімен бірге жүретін құйынды жүйенің қысымының таралуының өзгеруінен туындайды. Ауа ағынының импульсінің өзгеруін ескере отырып, альтернативті көтеру перспективасына қол жеткізіледі. Қанат ауаны ұстап, оны төмен қарай жылжытуға мәжбүр етеді. Бұл көтергіш қанатқа бірдей және қарама-қарсы тарту күші әсер етеді.
Ауа ағынының импульсін өзгерту кері мәннің төмендеуіне әкеледі. Бұл қолданылатын қанатқа алға қарай әрекет ететін күштің нәтижесі. Артқы жағында тең, бірақ қарама-қарсы масса әсер етеді, бұл индукцияланған кедергі. Ол ұшу немесе қону кезінде ұшақтар үшін ең маңызды құрамдас болып табылады. Басқа сүйреу нысаны, толқындық кедергі (Dw) соққы толқындарына байланыстыұшу механикасының трансоникалық және дыбыстан жоғары жылдамдықтарында. Бұл шиыршықтар шекаралық қабаттың өзгеруіне және дененің бетіне қысымның таралуына әкеледі.
Тарих
Ауа (тығыздық формуласы) немесе басқа сұйықтық арқылы өтетін қозғалыстағы дене қарсылыққа тап болады деген идея Аристотель заманынан бері белгілі. 1922 жылы жазылған Луи Чарльз Брегуеттің мақаласы оңтайландыру арқылы кедергіні азайту әрекетін бастады. Автор 1920-1930 жылдары бірнеше рекордтық ұшақтар жасап, өз идеяларын жүзеге асыруды жалғастырды. 1920 жылы Людвиг Прандтлдың шекаралық қабат теориясы үйкелісті азайтуға ынталандырды.
Тізбектелудің тағы бір маңызды шақыруын сэр Мелвилл Джонс жасады, ол ұшақ дизайнындағы секвенирлеудің маңыздылығын сенімді түрде көрсету үшін теориялық тұжырымдамаларды енгізді. 1929 жылы оның Корольдік аэронавигациялық қоғамға ұсынылған «Жеңілдетілген ұшақ» жұмысы маңызды болды. Ол «таза» моноплан және тартылатын көлік концепциясына әкелетін ең аз кедергісі бар тамаша ұшақты ұсынды.
Джонс жұмысының сол кездегі дизайнерлерді таң қалдырған аспектілерінің бірі оның нақты және идеалды ұшақ үшін ат күші мен жылдамдық сюжеті болды. Егер сіз ұшақтың деректер нүктесіне қарасаңыз және оны көлденеңінен тамаша қисыққа экстраполяцияласаңыз, жақын арада дәл сол қуат үшін өтемді көре аласыз. Джонс презентациясын аяқтаған кезде тыңдаушылардың бірітермодинамикадағы Карно циклі ретіндегі маңыздылық деңгейі.
Көтеруден туындаған кедергі
Көтеруден туындаған кері соққы ұшақ қанаты немесе фюзеляж сияқты үш өлшемді денеде еңістің пайда болуынан туындайды. Индукцияланған тежеу негізінен екі компоненттен тұрады:
- Артқы құйындылар жасауға байланысты сүйреңіз.
- Көтеру нөлге тең болғанда жоқ қосымша тұтқыр кедергі бар.
Дененің көтерілуі нәтижесінде пайда болатын ағын өрісіндегі кері құйындылар көтергіштің пайда болуы нәтижесінде бірнеше түрлі бағытта ағып жатқан объектінің үстінде және астында ауаның турбулентті араласуынан болады..
Дене жасаған көтеру күшімен бірдей болып қалатын басқа параметрлермен еңістің кедергісі де артады. Бұл дегеніміз, қанаттың шабуыл бұрышы ұлғайған сайын көтеру коэффициенті де, кері серпілу де артады. Төбенің басында бейім аэродинамикалық күш, сондай-ақ көтеру әсерінен болатын кедергі де күрт төмендейді. Бірақ бұл мән денеден кейін турбулентті қосылмаған ағынның пайда болуына байланысты артады.
Жалған сүйреу
Бұл қатты заттың сұйықтық арқылы қозғалуынан туындайтын кедергі. Паразиттік кедергінің бірнеше құрамдас бөліктері бар, оның ішінде тұтқыр қысымнан және беттің кедір-бұдырынан (тері үйкелісі) қозғалу. Сонымен қатар, салыстырмалы жақын жерде бірнеше денелердің болуы деп аталатын тудыруы мүмкінкейде терминнің құрамдас бөлігі ретінде сипатталатын кедергілерге төзімділік.
Авиацияда индукцияланған кері соққы төмен жылдамдықта күштірек болады, себебі көтеруді ұстап тұру үшін жоғары шабуыл бұрышы қажет. Дегенмен, жылдамдық артқан сайын, оны индукцияланған кедергі сияқты азайтуға болады. Алайда паразиттік кедергі күшейеді, себебі сұйықтық шығыңқы заттардың айналасында жылдамырақ ағып, үйкелісті арттырады.
Жоғары жылдамдықта (трансониктік) толқын кедергісі жаңа деңгейге жетеді. Бұл түрткілердің әрқайсысы жылдамдыққа байланысты басқаларына пропорционалды түрде өзгереді. Осылайша, жалпы кедергі қисығы кейбір әуе жылдамдығында минимумды көрсетеді - ұшақ оңтайлы тиімділікте немесе оған жақын болады. Ұшқыштар бұл жылдамдықты қозғалтқыш істен шыққан жағдайда төзімділікті арттыру (ең аз отын шығыны) немесе сырғанау қашықтығы үшін пайдаланады.
Авиациялық қуат қисығы
Паразиттік және индукциялық кедергінің әуе жылдамдығының функциясы ретінде әрекеттесуін сипаттамалық сызық ретінде көрсетуге болады. Авиацияда бұл жиі қуат қисығы деп аталады. Бұл ұшқыштар үшін өте маңызды, өйткені ол белгілі бір әуе жылдамдығынан төмен және кері әсер ететіндей, әуе жылдамдығы азайған сайын оны ұстап тұру үшін көбірек күш қажет екенін көрсетеді. Ұшу кезінде «сахна артында» болудың салдары маңызды және ұшқыштарды оқытудың бөлігі ретінде оқытылады. Дыбыстан астыБұл қисықтың U-пішіні маңызды болатын әуе жылдамдығы, толқынның кедергісі әлі факторға айналған жоқ. Сондықтан ол қисық сызықта көрсетілмейді.
Трансоникалық және дыбыстан жоғары ағында тежеу
Сығылған толқын кедергісі – дене сығылатын сұйықтық арқылы және судағы дыбыс жылдамдығына жақын жылдамдықпен қозғалғанда пайда болатын кедергі. Аэродинамикада қозғалыс режиміне байланысты толқын кедергісі көптеген құрамдастарға ие.
Трансоникалық ұшу аэродинамикасында толқын кедергісі дыбыстан жоғары ағынның жергілікті аймақтарын құру кезінде пайда болатын сұйықтықтағы соққы толқындарының пайда болуының нәтижесі болып табылады. Тәжірибеде мұндай қозғалыс сигнал жылдамдығынан әлдеқайда төмен қозғалатын денелерде болады, өйткені ауаның жергілікті жылдамдығы артады. Дегенмен, көлік құралының үстіндегі толық дыбыстан жоғары ағын мән әлдеқайда жоғары болмайынша дамымайды. Трансоникалық жылдамдықпен ұшатын ұшақтар қалыпты ұшу барысында толқындық жағдайларды жиі бастан кешіреді. Трансоникалық ұшуда бұл итеру әдетте трансоникалық қысылу кедергісі деп аталады. Ұшу жылдамдығы артқан сайын ол қатты күшейіп, сол жылдамдықтарда басқа пішіндерге үстемдік етеді.
Дыбыстан жоғары ұшуда толқынның кедергісі сұйықтықта болатын және денеге жабысып, дененің алдыңғы және артқы жиектерінде пайда болатын соққы толқындарының нәтижесі болып табылады. Дыбыстан жоғары ағындарда немесе айналу бұрыштары жеткілікті үлкен корпустарда орнына боладыбос соққы немесе қисық толқындар пайда болады. Сонымен қатар, трансондық ағынның жергілікті аймақтары дыбыстан жоғары жылдамдықтың төменірек болуы мүмкін. Кейде олар трансоникалық ағындарда кездесетіндерге ұқсас басқа көтергіш денелердің беттерінде болатын қосымша соққы толқындарының дамуына әкеледі. Қуатты ағын режимдерінде толқын кедергісі әдетте екі компонентке бөлінеді:
- Мәнге байланысты дыбыстан жоғары көтерілу.
- Дыбыс, ол да тұжырымдамаға байланысты.
Тіркелген ұзындығы бар айналу денесінің минималды толқын кедергісіне арналған жабық пішінді шешімді Sears және Haack тапқан және «Seers-Haack Distribution» ретінде белгілі. Дәл осылай, тіркелген көлем үшін минималды толқын кедергісінің пішіні "Von Karman Ogive" болып табылады.
Бузманның бипланы, негізінен, жобалық жылдамдықта жұмыс істегенде мұндай әрекетке мүлде ұшырамайды, бірақ сонымен бірге көтеру күшін тудыра алмайды.
Өнімдер
Жел туннелі - қатты заттардың жанынан қозғалатын ауа әсерін зерттеу үшін зерттеуде қолданылатын құрал. Бұл конструкция сыналатын нысан ортасында орналасқан құбырлы өткелден тұрады. Ауа күшті желдеткіш жүйесі немесе басқа құралдар арқылы нысанның жанынан жылжытылады. Көбінесе құбыр үлгісі деп аталатын сынақ нысаны әуе күштерін, қысымның таралуын немесе т.б. өлшеу үшін сәйкес сенсорлармен жабдықталған.аэродинамикалық сипаттамалар. Бұл жүйедегі ақаулықты дер кезінде байқап, түзету үшін де қажет.
Ұшақтардың қандай түрлері бар
Алдымен тарихқа үңілейік. Ең алғашқы жел туннельдері 19 ғасырдың аяғында, авиациялық зерттеулердің алғашқы күндерінде ойлап табылған. Дәл сол кезде көптеген адамдар әуеден ауыр ұшақтарды сәтті жасауға тырысты. Жел туннелі кәдімгі парадигманы өзгерту құралы ретінде ойластырылған. Бір орында тұрып, затты оның арқылы жылжытудың орнына, егер объект бір орында тұрып, ауа жоғары жылдамдықпен қозғалса, дәл осындай әсер алар еді. Осылайша, стационарлық бақылаушы ұшатын өнімді әрекет үстінде зерттей алады және оған жүктелген практикалық аэродинамиканы өлшей алады.
Құбырлардың дамуы ұшақтың дамуымен бірге жүрді. Ірі аэродинамикалық заттар Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде жасалған. Мұндай түтікте сынақтар қырғи-қабақ соғыс кезінде дыбыстан жоғары ұшақтар мен зымырандарды жасау кезінде стратегиялық маңызды деп саналды. Бүгінгі таңда ұшақтар кез келген нәрсе. Ең маңызды жаңалықтардың барлығы дерлік күнделікті өмірге енгізілді.
Кейіннен жел туннелін зерттеу әрине мәселеге айналды. Ғимараттар желге үлкен беттерді көрсету үшін жеткілікті биіктікке жеткенде, желдің жасанды құрылымдарға немесе объектілерге әсерін зерттеу керек болды және нәтижесінде пайда болатын күштерге ғимараттың ішкі элементтері қарсы тұру керек болды. Мұндай жиынтықтардың анықтамасы құрылыс нормаларына дейін қажет болдықұрылымдардың қажетті беріктігін анықтау. Мұндай сынақтар үлкен немесе ерекше ғимараттар үшін әлі де қолданылуда.
Тіпті кейінірек автомобильдердің аэродинамикалық кедергісіне тексерулер қолданылды. Бірақ бұл күштерді анықтау үшін емес, көлікті белгілі бір жылдамдықпен жол төсемдерімен жылжыту үшін қажетті қуатты азайту жолдарын белгілеу болды. Бұл зерттеулерде жол мен көлік арасындағы өзара әрекеттестік маңызды рөл атқарады. Тест нәтижелерін интерпретациялау кезінде оны ескеру керек.
Нақты жағдайда жол бөлігі көлікке қатысты қозғалады, бірақ ауа әлі де жолға қатысты. Бірақ жел туннельінде ауа жолға қатысты қозғалады. Соңғысы көлікке қатысты қозғалмайтын күйде. Кейбір сынақ көліктерінің жел туннельдері сынақ көлігінің астындағы қозғалатын белдіктерді қамтиды. Бұл нақты күйге жақындау. Ұқсас құрылғылар жел туннельдерінің ұшу және қону конфигурацияларында қолданылады.
Жабдық
Спорт жабдықтарының үлгілері де көп жылдар бойы кең таралған. Олардың ішінде гольф сойылдары мен доптары, олимпиадалық бобслейлер мен велосипедшілер, жарыс автомобильдерінің дулығалары болды. Соңғысының аэродинамикасы, әсіресе кабинасы ашық көліктерде (Индикар, Формула 1) маңызды. Дулығадағы шамадан тыс көтеру күші айтарлықтай стрессті тудыруы мүмкінжүргізушінің мойнында, ал артқы жағындағы ағынды бөлу турбулентті тығыздағыш болып табылады және нәтижесінде жоғары жылдамдықта көру қабілеті нашарлайды.
Жоғары жылдамдықты цифрлық компьютерлердегі есептеу сұйықтығы динамикасының (CFD) модельдеуіндегі жетістіктер жел туннельдерін сынау қажеттілігін азайтты. Дегенмен CFD нәтижелері әлі толық сенімді емес, бұл құрал CFD болжамдарын тексеру үшін пайдаланылады.
