Denne dragkraften oppstår i fly på grunn av vinger eller et løftelegeme som omdirigerer luft for å forårsake løft, og i biler med vingebladvinger som omdirigerer luft for å forårsake nedadgående kraft. Samuel Langley la merke til at flatere plater med høyere sideforhold hadde høyere løft og lavere luftmotstand og ble introdusert i 1902. Uten oppfinnelsen av flyets aerodynamiske kvalitet ville moderne flydesign vært umulig.
Løfting og flytting
Den totale aerodynamiske kraften som virker på en kropp anses vanligvis å bestå av to komponenter: løft og forskyvning. Per definisjon kalles kraftkomponenten parallelt med motstrømmen forskyvning, mens komponenten vinkelrett på motstrømmen kalles løft.
Disse grunnleggende om aerodynamikk er av stor betydning for analysen av den aerodynamiske kvaliteten til vingen. Løft produseres ved å endre strømningsretningen rundt vingen. Endringretning resulterer i en endring i hastighet (selv om det ikke er noen endring i hastighet, sett i jevn sirkulær bevegelse), som er akselerasjon. Derfor, for å endre strømningsretningen, kreves det en kraft som påføres væsken. Dette er tydelig synlig på alle fly, bare se på den skjematiske representasjonen av den aerodynamiske kvaliteten til An-2.
Men ikke alt er så enkelt. For å fortsette temaet om aerodynamisk kvalitet til en vinge, er det verdt å merke seg at etableringen av luftløft under den er ved et høyere trykk enn lufttrykket over den. På en vinge med begrenset spenn fører denne trykkforskjellen til at luft strømmer fra roten av den nedre overflatevingen til bunnen av dens øvre overflate. Denne flygende luftstrømmen kombineres med flytende luft for å forårsake en endring i hastighet og retning som vrir luftstrømmen og skaper virvler langs bakkanten av vingen. Virvlene som skapes er ustabile, de kombineres raskt for å lage vingevirvler. De resulterende virvlene endrer hastigheten og retningen til luftstrømmen bak bakkanten, avbøyer den nedover og forårsaker derved en klaff bak vingen. Fra dette synspunktet har for eksempel MS-21-flyet et høyt nivå av løft-til-drag-forhold.
Luftstrømkontroll
Hvirvelene endrer igjen luftstrømmen rundt vingen, og reduserer vingens evne til å generere løft, så det krever en høyere angrepsvinkel for samme løft, noe som tilter den totale aerodynamiske kraften bakover og øker luftmotstandskomponenten til den kraften. Vinkelavviket er ubetydeligpåvirker løft. Imidlertid er det en økning i luftmotstand lik produktet av løftet og vinkelen som det avviker på grunn av. Siden nedbøyning i seg selv er en funksjon av løftet, er den ekstra luftmotstanden proporsjonal med stigningsvinkelen, som tydelig kan sees i A320s aerodynamikk.
Historiske eksempler
En rektangulær planetvinge skaper flere virvelvibrasjoner enn en konisk eller elliptisk vinge, og det er grunnen til at mange moderne vinger er avsmalnet for å forbedre løft-til-drag-forholdet. Imidlertid er den elliptiske flyrammen mer effektiv ettersom den induserte vaskingen (og dermed den effektive angrepsvinkelen) er konstant over hele vingespennet. På grunn av produksjonskomplikasjoner er det få fly som har denne planformen, de mest kjente eksemplene er Spitfire fra andre verdenskrig og Thunderbolt. Koniske vinger med rette for- og bakkanter kan nærme seg en elliptisk løftefordeling. Som en generell regel produserer rette, ikke-avsmalnende vinger 5% og avsmalnende vinger gir 1-2% mer indusert drag enn en elliptisk vinge. Derfor har de bedre aerodynamisk kvalitet.
proporsjonalitet
En vinge med høyt sideforhold vil produsere mindre indusert motstand enn en vinge med lavt sideforhold fordi det er mindre luftforstyrrelser på spissen av en lengre, tynnere vinge. Derfor er den indusertemotstand kan være omvendt proporsjonal med proporsjonalitet, uansett hvor paradoks alt det kan høres ut. Løftefordelingen kan også endres ved å vaske ut, vri vingen rundt for å redusere fallet mot vingene, og ved å bytte bæreblad nær vingene. Dette gjør at du kan få mer løft nærmere vingeroten og mindre til vingen, noe som fører til en reduksjon i styrken til vingevirvlene og følgelig til en forbedring av flyets aerodynamiske kvalitet.
I historien til flydesign
På noen tidlige fly var finnene montert på halespissene. Senere fly har en annen vingeform for å redusere intensiteten til virvlene og oppnå maksim alt løft-til-drag-forhold.
Drivstofftanker for takhjul kan også gi en viss fordel ved å forhindre kaotisk luftstrøm rundt vingen. Nå brukes de i mange fly. Den aerodynamiske kvaliteten til DC-10 ble fortjent ansett som revolusjonerende i denne forbindelse. Imidlertid har det moderne luftfartsmarkedet lenge blitt fylt opp med mye mer avanserte modeller.
Drag-og-dra-formel: forklart på en enkel måte
For å beregne den totale motstanden er det nødvendig å ta hensyn til den såk alte parasittiske motstanden. Siden indusert luftmotstand er omvendt proporsjonal med kvadratet av lufthastighet (ved en gitt løft), mens parasittisk luftmotstand er direkte proporsjonal med det, viser den generelle luftmotstandskurven minimumshastigheten. Fly,flyr med en slik hastighet, opererer med optimale aerodynamiske kvaliteter. I henhold til ligningene ovenfor oppstår hastigheten til minimumsmotstanden ved en hastighet der den induserte motstanden er lik den parasittiske motstanden. Dette er hastigheten som den optimale glidevinkelen nås med for tomgangsfly. For ikke å være ubegrunnet, vurder formelen på eksemplet med et fly:
Fortsettelsen av formelen er også ganske merkelig (bildet under) Å fly høyere, der luften er tynnere, vil øke hastigheten som minimum luftmotstand oppstår med, og dermed tillater det raskere reise på samme mengde drivstoff.
Hvis et fly flyr med sin maksim alt tillatte hastighet, vil høyden lufttettheten gi det den beste aerodynamiske kvaliteten på. Optimal høyde ved maksimal hastighet og optimal hastighet ved maksimal høyde kan endres under flyging.
Stamina
Hastighet for maksimal utholdenhet (dvs. tid i luften) er hastigheten for minimum drivstofforbruk og mindre hastighet for maksimal rekkevidde. Drivstofforbruk beregnes som produktet av nødvendig effekt og spesifikt drivstofforbruk per motor (drivstofforbruk per kraftenhet). Den nødvendige kraften er lik dratiden.
Historie
Utviklingen av moderne aerodynamikk begynte først i XVIIårhundrer, men aerodynamiske krefter har blitt brukt av mennesker i tusenvis av år i seilbåter og vindmøller, og bilder og historier om flukt dukker opp i alle historiske dokumenter og kunstverk, som den gamle greske legenden om Ikaros og Daidalos. De grunnleggende begrepene kontinuum, motstand og trykkgradienter vises i arbeidet til Aristoteles og Arkimedes.
I 1726 ble Sir Isaac Newton den første personen som utviklet teorien om luftmotstand, noe som gjorde den til et av de første argumentene om aerodynamiske kvaliteter. Den nederlandsk-sveitsiske matematikeren Daniel Bernoulli skrev en avhandling i 1738 k alt Hydrodynamica der han beskrev det grunnleggende forholdet mellom trykk, tetthet og strømningshastighet for inkompressibel strømning, kjent i dag som Bernoullis prinsipp, som gir én metode for å beregne aerodynamisk løft. I 1757 publiserte Leonhard Euler de mer generelle Euler-ligningene, som kan brukes på både komprimerbare og inkompressible strømmer. Euler-ligningene ble utvidet til å omfatte effekten av viskositet i første halvdel av 1800-tallet, noe som ga opphav til Navier-Stokes-ligningene. Aerodynamisk ytelse/aerodynamisk kvalitet til polaren ble oppdaget omtrent samtidig.
Basert på disse hendelsene, samt forskning gjort i deres egen vindtunnel, fløy Wright-brødrene det første flyet 17. desember 1903.
Typer aerodynamikk
Aerodynamiske problemer klassifiseres etter strømningsforhold eller strømningsegenskaper, inkludert egenskaper som hastighet, komprimerbarhet og viskositet. De er oftest delt inn i to typer:
- Ekstern aerodynamikk er studiet av flyt rundt faste gjenstander av ulike former. Eksempler på ytre aerodynamikk er vurdering av løft og luftmotstand på et fly, eller sjokkbølgene som dannes foran nesen til en missil.
- Intern aerodynamikk er studiet av strømning gjennom passasjer i faste objekter. For eksempel dekker intern aerodynamikk studiet av luftstrøm gjennom en jetmotor eller gjennom en luftkondisjoneringsskorstein.
Aerodynamiske problemer kan også klassifiseres i henhold til strømningshastigheter under eller nær lydhastigheten.
Problemet heter:
- subsonisk, hvis alle hastigheter i problemet er mindre enn lydhastigheten;
- transonic hvis det er hastigheter både under og over lydhastigheten (vanligvis når den karakteristiske hastigheten er omtrent lik lydhastigheten);
- supersonisk, når den karakteristiske strømningshastigheten er større enn lydhastigheten;
- hypersonisk, når strømningshastigheten er mye større enn lydhastigheten.
Aerodynamikere er uenige om den nøyaktige definisjonen av hypersonisk flyt.
Effekten av viskositet på flyt dikterer en tredje klassifisering. Noen problemer kan bare ha svært små viskøse effekter, i så fall kan viskositeten anses som ubetydelig. Tilnærminger til disse problemene kalles inviscidstrømmer. Strømmer som ikke kan neglisjeres viskositet kalles viskøse strømmer.
komprimerbarhet
En inkompressibel strømning er en strømning der tettheten er konstant både i tid og rom. Selv om alle reelle væsker er komprimerbare, blir strømning ofte tilnærmet som inkompressibel hvis effekten av en endring i tetthet bare forårsaker små endringer i de beregnede resultatene. Dette er mer sannsynlig når strømningshastigheten er godt under lydhastigheten. Effektene av kompressibilitet er mer signifikante ved hastigheter nær eller høyere enn lydhastigheten. Mach-tallet brukes til å evaluere muligheten for inkompressibilitet, ellers må kompressibilitetseffekter inkluderes.
I følge teorien om aerodynamikk anses strømmen som komprimerbar dersom tettheten endres langs strømlinjen. Dette betyr at det, i motsetning til en inkompressibel strømning, tas hensyn til endringer i tetthet. Generelt er dette tilfellet når Mach-tallet for deler av eller hele strømningen overstiger 0,3. Mach-verdien på 0,3 er ganske vilkårlig, men den brukes fordi en gasstrøm under denne verdien viser mindre enn 5 % tetthetsendringer. Dessuten skjer den maksimale tetthetsendringen på 5 % ved stagnasjonspunktet (punktet på objektet hvor strømningshastigheten er null), mens tettheten rundt resten av objektet vil være mye lavere. Transoniske, supersoniske og hypersoniske flyter er alle komprimerbare.
Konklusjon
Aerodynamikk er en av de viktigste vitenskapene i verden i dag. Hun gir ossbygge kvalitetsfly, skip, biler og komiske skyttelbusser. Det spiller en stor rolle i utviklingen av moderne typer våpen - ballistiske missiler, boostere, torpedoer og droner. Alt dette ville vært umulig hvis det ikke var for moderne avanserte konsepter for aerodynamisk kvalitet.
Dermed endret ideer om emnet for artikkelen seg fra vakre, men naive fantasier om Ikaros, til funksjonelle og virkelig fungerende fly som oppsto på begynnelsen av forrige århundre. I dag kan vi ikke forestille oss livene våre uten biler, skip og fly, og disse kjøretøyene fortsetter å forbedre seg med nye gjennombrudd innen aerodynamikk.
De aerodynamiske egenskapene til seilfly var et virkelig gjennombrudd i sin tid. Til å begynne med ble alle oppdagelser på dette området gjort ved hjelp av abstrakte, noen ganger skilt fra virkeligheten, teoretiske beregninger, som ble utført av franske og tyske matematikere i laboratoriene deres. Senere ble alle formlene deres brukt til andre, mer fantastiske (etter 1700-tallets standarder) formål, for eksempel å beregne den ideelle formen og hastigheten til fremtidige fly. På 1800-tallet begynte disse enhetene å bli bygget i store mengder, og startet med glidere og luftskip, europeerne gikk gradvis over til bygging av fly. Sistnevnte ble først brukt utelukkende til militære formål. Æsene fra første verdenskrig viste hvor viktig spørsmålet om dominans i luften er for ethvert land, og ingeniørene fra mellomkrigstiden oppdaget at slike fly er effektive ikke bare for militæret, men også for sivile.mål. Over tid har sivil luftfart kommet godt inn i livene våre, og i dag kan ikke en eneste stat klare seg uten den.
