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 Действует 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]
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.
Форма сопротивления зависит от продольного сечения [ необходимы пояснения ] кузова. Разумный выбор профиля кузова имеет важное значение для низкого коэффициента лобового сопротивления . Линии тока должны быть непрерывными и избегать отрыва пограничного слоя с сопутствующими ему вихрями .
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
Формовое сопротивление — это тип сопротивления давления, [1] : 254 термин, который также включает сопротивление, вызванное подъемной силой. [1] : 65, 319 Сопротивление формы – это сопротивление давлению из-за разделения. [1] : 641–642 [2] : 256
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, площадью поверхности тела, контактирующей 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 вызвано 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 ( ). В знаменателе 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 поверхностного трения , определяется выражением
где – локальное напряжение сдвига стенки , а q – динамическое давление набегающего потока . [8] Для пограничных слоев без градиента давления в направлении x он связан с толщиной импульса как
Для сравнения, бурное эмпирическое соотношение, известное как Закон одной седьмой степени (выведенный Теодором фон Карманом ):
где число Рейнольдса. [2] : Формула 4.101.
При ламинарном обтекании пластины коэффициент поверхностного трения можно определить по формуле: [9]
Первый называется паразитным, потому что он никоим образом не способствует полету, а второй, индуцированное сопротивление, является результатом подъемной силы крыла.
