Паразитное сопротивление

Аэродинамическое сопротивление движению объекта

Кривая сопротивления для подъемного тела в установившемся полете

Паразитное сопротивление , также известное как профильное сопротивление , ^{[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 поверхности . ^{[3] [1] : 641–642  [4] : 19} Оно влияет на все объекты независимо от того, способны ли они создавать подъемную силу .

Общее сопротивление самолета состоит из паразитного сопротивления и сопротивления, вызванного подъемной силой . Паразитное сопротивление так называется, потому что оно бесполезно, тогда как сопротивление, вызванное подъемной силой, является результатом создания подъемной силы аэродинамическим профилем . Паразитное сопротивление включает в себя все типы сопротивления, за исключением сопротивления, вызванного подъемной силой. ^[5]

Форма перетаскивания

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

Сопротивление формы зависит от продольного сечения ^{[ необходимо уточнение ]} тела. Осторожный выбор профиля тела имеет важное значение для низкого коэффициента сопротивления . Линии тока должны быть непрерывными, и следует избегать отрыва пограничного слоя с сопутствующими ему вихрями .

Сопротивление формы включает в себя сопротивление интерференции, вызванное смешиванием потоков воздуха. Например, там, где крыло и фюзеляж встречаются в корне крыла, два потока воздуха сливаются в один. Это смешивание может вызвать вихревые токи, турбулентность или ограничить плавный поток воздуха. Сопротивление интерференции больше, когда две поверхности встречаются под перпендикулярными углами, и может быть минимизировано с помощью обтекателей . [ ^{6] [7] [5]}

Волновое сопротивление , также известное как сверхзвуковое волновое сопротивление или сопротивление сжимаемости, является компонентом сопротивления формы, вызванного ударными волнами, возникающими при движении самолета на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. ^{[1] : 25, 492, 573}

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

Сопротивление трения поверхности

Сопротивление трения кожи возникает из-за трения жидкости о «кожу» объекта, который движется через нее. Сопротивление кожи возникает из-за взаимодействия жидкости и кожи тела и напрямую связано с увлажненной поверхностью, площадью поверхности тела, которая контактирует с жидкостью. Воздух, контактирующий с телом, будет прилипать к поверхности тела, и этот слой будет стремиться прилипнуть 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 перетащить «прикрепленный» слой воздуха с телом, называется сопротивлением трения кожи. Сопротивление трения кожи придает некоторый импульс массе воздуха, когда она проходит через него, и этот воздух прикладывает тормозящую силу к телу. Как и другие компоненты паразитного сопротивления, трение кожи следует уравнению сопротивления и растет с квадратом скорости .

Поверхностное трение вызывается вязким сопротивлением в пограничном слое вокруг объекта. Пограничный слой спереди объекта обычно ламинарный и относительно тонкий, но становится турбулентным и толще к задней части. Положение точки перехода от ламинарного к турбулентному потоку зависит от формы объекта. Существует два способа уменьшить сопротивление трения: первый — придать движущемуся телу такую ​​форму, чтобы ламинарный поток был возможен. Второй способ — увеличить длину и уменьшить поперечное сечение движущегося объекта настолько, насколько это практически осуществимо. Для этого конструктор может рассмотреть коэффициент тонкости , который представляет собой длину самолета, деленную на его диаметр в самой широкой точке (L/D). Он в основном поддерживается 6:1 для дозвуковых потоков. Увеличение длины увеличивает число Рейнольдса ( ). При наличии в знаменателе для отношения коэффициента поверхностного трения, по мере увеличения его значения (в ламинарном диапазоне) общее сопротивление трения уменьшается. В то время как уменьшение площади поперечного сечения уменьшает силу сопротивления на теле, поскольку возмущение в потоке воздуха меньше. ${\displaystyle Re}$ ${\displaystyle Re}$

Коэффициент трения поверхности определяется как ${\displaystyle C_{f}}$

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

где - локальное касательное напряжение стенки , а q - динамическое давление свободного потока . ^[8] Для пограничных слоев без градиента давления в направлении x оно связано с толщиной импульса как ${\displaystyle \tau _{w}}$

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

Для сравнения, турбулентное эмпирическое соотношение, известное как закон одной седьмой степени (выведенное Теодором фон Карманом ), выглядит следующим образом:

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

где - число Рейнольдса. ^{[2] : Формула 4.101} ${\displaystyle Re}$

Для ламинарного течения над пластиной коэффициент поверхностного трения можно определить по формуле: ^[9]

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

Смотрите также

• канал NACA
• Сопротивление реактивного двигателя
• Линия трения кожи

Ссылки

1. Андерсон, Джон Д. младший (1991). Основы аэродинамики (2-е изд.). Нью-Йорк: McGraw-Hill. ISBN 0-07-001679-8.
2. Андерсон, Джон Д. младший (2016). Введение в полет (восьмое изд.). Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw Hill Education. стр. 242. ISBN 978-0-07-802767-3.
3. Клэнси, Л. Дж. (1975). Аэродинамика , Подраздел 5.9. Pitman Publishing. ISBN 0 273 01120 0 
4. Gowree, Erwin Ricky (20 мая 2014 г.). Влияние потока линии прикрепления на сопротивление формы (докторская) . Получено 22 марта 2022 г.
5. Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge (PDF) . FAA. стр. Глава 5, Аэродинамика полета. Первое называется паразитным, потому что оно никоим образом не способствует полету, тогда как второе, индуцированное сопротивление, является результатом аэродинамического профиля, создающего подъемную силу.
6. "Интерференционное сопротивление - SKYbrary Aviation Safety". 25 мая 2021 г.
7. «Как сопротивление интерференции влияет на летные характеристики вашего самолета».
8. "Коэффициент трения кожи -- CFD-Wiki, бесплатный справочник по CFD". www.cfd-online.com . Получено 22 апреля 2018 г. .
9. tec-science (2020-05-31). "Коэффициент сопротивления (трение и сопротивление давления)". tec-science . Получено 2020-06-25 .