Աերոդինամիկ դիմադրությունը ցանկացած առարկայի հարաբերական շարժմանը հակառակ գործող ուժ է: Այն կարող է գոյություն ունենալ ամուր մակերեսի երկու շերտերի միջև: Ի տարբերություն այլ դիմադրողական խմբերի, ինչպիսին է չոր շփումը, որոնք գրեթե անկախ են արագությունից, քաշման ուժերը ենթարկվում են տվյալ արժեքին: Չնայած գործողության վերջնական պատճառը մածուցիկ շփումն է, տուրբուլենտությունը դրանից անկախ է: Քաշման ուժը համաչափ է շերտային հոսքի արագությանը։
Հայեցակարգ
Աերոդինամիկ դիմադրությունն այն ուժն է, որը գործում է ցանկացած շարժվող պինդ մարմնի վրա մոտեցող հեղուկի ուղղությամբ: Մոտ դաշտի մոտավորության առումով քաշքշումը մարմնի մակերևույթի վրա ճնշման բաշխման հետևանքով առաջացած ուժերի արդյունքն է, որը խորհրդանշում է D-ով: Մաշկի շփման պատճառով, որը մածուցիկության արդյունք է, նշվում է De: Որպես այլընտրանք, հաշվարկվում է հոսքի դաշտի տեսանկյունից, ուժըդիմադրությունն առաջանում է երեք բնական երևույթների՝ հարվածային ալիքների, հորձանուտի շերտի և մածուցիկության արդյունքում։ Այս ամենը կարելի է գտնել աերոդինամիկ քաշի աղյուսակում։
Overview
Մարմնի մակերեսի վրա ազդող ճնշման բաշխումը ազդում է մեծ ուժերի վրա: Դրանք իրենց հերթին կարելի է ամփոփել. Այս արժեքի ներքևի բաղադրիչները կազմում են քաշման հզորությունը՝ Drp, մարմնի վրա ազդող ճնշման բաշխման պատճառով: Այս ուժերի բնույթը միավորում է հարվածային ալիքի էֆեկտները, հորձանուտային համակարգի առաջացումը և արթնացման մեխանիզմները:
Հեղուկի մածուցիկությունը զգալի ազդեցություն ունի ձգման վրա: Այս բաղադրիչի բացակայության դեպքում մեքենան դանդաղեցնելու համար գործող ճնշման ուժերը չեզոքացվում են ուժով, որը գտնվում է հետևի մասում և մեքենան առաջ է մղում: Սա կոչվում է ռեպրեսուրիզացիա, ինչը հանգեցնում է զրոյական աերոդինամիկ դիմադրության: Այսինքն՝ աշխատանքը, որ մարմինը կատարում է օդի հոսքի վրա, շրջելի է և վերականգնվող, քանի որ չկա շփման ազդեցություն՝ հոսքի էներգիան ջերմության փոխակերպելու համար:
Ճնշման վերականգնումն աշխատում է նույնիսկ մածուցիկ շարժման դեպքում։ Այս արժեքը, սակայն, հանգեցնում է իշխանության: Այն քարշի գերիշխող բաղադրիչն է պառակտված հոսքով տրանսպորտային միջոցների դեպքում, որտեղ գլխի վերականգնումը համարվում է բավականին անարդյունավետ:
Շփման ուժը, որը մակերեսի վրա շոշափող ուժն էինքնաթիռ, կախված է սահմանային շերտի կոնֆիգուրացիայից և մածուցիկությունից: Աերոդինամիկ դիմադրությունը, Df, հաշվարկվում է որպես մարմնի մակերեւույթից գնահատված ճահիճների հավաքածուների ներքևի հոսանքով:
Շփման և ճնշման դիմադրության գումարը կոչվում է մածուցիկ դիմադրություն: Թերմոդինամիկական տեսանկյունից ճահիճի էֆեկտները անշրջելի երևույթներ են և հետևաբար նրանք ստեղծում են էնտրոպիա: Հաշվարկված մածուցիկ դիմադրությունը Dv-ն օգտագործում է այս արժեքի փոփոխությունները՝ հետադարձ ուժը ճշգրիտ կանխատեսելու համար:
Այստեղ անհրաժեշտ է տալ նաև գազի համար օդի խտության բանաձևը՝ РV=m/MRT.
Երբ օդանավն արտադրում է վերելակ, կա նաև հետադարձ կապի մեկ այլ բաղադրիչ: Առաջացրած դիմադրություն, Դի. Այն առաջանում է վերելակի արտադրությանն ուղեկցող հորձանուտային համակարգի ճնշման բաշխման փոփոխությունից։ Այլընտրանքային վերելքի հեռանկարը ձեռք է բերվում՝ հաշվի առնելով օդի հոսքի իմպուլսի փոփոխությունը: Թևը ընդհատում է օդը և ստիպում նրան շարժվել ներքև: Սա հանգեցնում է թևի վրա գործող հավասար և հակադիր ձգողական ուժի, որը բարձրանում է:
Օդի հոսքի արագության փոփոխությունը հանգեցնում է հակառակ արժեքի նվազմանը: Որ դա կիրառական թևի վրա առաջ ազդող ուժի արդյունք է։ Հետևի վրա գործում է հավասար, բայց հակադիր զանգված, որն առաջացած քաշքշուկն է։ Այն հակված է լինել ինքնաթիռի ամենակարևոր բաղադրիչը թռիչքի կամ վայրէջքի ժամանակ: Մեկ այլ քաշող օբյեկտ՝ ալիքի ձգումը (Dw) պայմանավորված է հարվածային ալիքներովթռիչքային մեխանիկայի տրանսաձայնային և գերձայնային արագություններով։ Այս գլանափաթեթները փոփոխություններ են առաջացնում սահմանային շերտում և ճնշման բաշխում մարմնի մակերեսի վրա:
Պատմություն
Այն գաղափարը, որ շարժվող մարմինը, որն անցնում է օդով (խտության բանաձև) կամ այլ հեղուկով, հանդիպում է դիմադրության, հայտնի է դեռևս Արիստոտելի ժամանակներից: Լուի Չարլզ Բրեգեի հոդվածը, որը գրվել է 1922 թվականին, սկիզբ դրեց օպտիմալացման միջոցով քաշը նվազեցնելու ջանքերին: Հեղինակը շարունակեց կյանքի կոչել իր գաղափարները՝ ստեղծելով մի քանի ռեկորդակիր ինքնաթիռներ 1920-1930-ական թվականներին: 1920 թվականին Լյուդվիգ Պրանդտլի սահմանային շերտի տեսությունը խթան հանդիսացավ շփումը նվազագույնի հասցնելու համար:
Հաջորդականության ևս մեկ կարևոր կոչ արեց սըր Մելվիլ Ջոնսը, ով ներկայացրեց տեսական հայեցակարգեր՝ համոզիչ կերպով ցույց տալու հաջորդականության կարևորությունը ինքնաթիռների նախագծման մեջ: 1929 թվականին Թագավորական ավիացիոն ընկերությանը ներկայացված նրա The Streamlined Airplane աշխատությունը կարևոր նշանակություն ունեցավ: Նա առաջարկեց իդեալական օդանավ, որը կունենար նվազագույն դիմադրություն, ինչը կհանգեցնի «մաքուր» մոնոինքնաթիռի և հետ քաշվող ներքաշման գաղափարին:
Ջոնսի աշխատանքի այն կողմերից մեկը, որն ամենաշատը ցնցեց ժամանակի դիզայներներին, նրա սյուժեն էր ձիու ուժն ընդդեմ արագության իրական և իդեալական ինքնաթիռի համար: Եթե դուք նայեք օդանավի տվյալների կետին և այն հորիզոնական դիրքով հասցնեք կատարյալ կորի, ապա շուտով կարող եք տեսնել նույն հզորության արդյունքը: Երբ Ջոնսն ավարտեց իր ելույթը, ունկնդիրներից մեկըԿարնո ցիկլի կարևորության մակարդակը թերմոդինամիկայի մեջ։
Բարձրացման հետեւանքով առաջացած դիմադրություն
Բեռնաբարձման հետևանքով առաջացած հակահարվածն առաջանում է եռաչափ մարմնի վրա թեքության ստեղծման արդյունքում, ինչպիսին է ինքնաթիռի թևը կամ ֆյուզելյաժը: Սադրիչ արգելակումը հիմնականում բաղկացած է երկու բաղադրիչից՝
- Քաշել հետևող հորձանուտներ ստեղծելու պատճառով:
- Ունենալով լրացուցիչ մածուցիկ ձգում, որը չկա, երբ բարձրացումը զրոյական է:
Հոսքի դաշտում մարմնի բարձրացման հետևանքով առաջացած հետևի պտույտները պայմանավորված են օբյեկտի վերևում և ներքևում գտնվող օդի խառնաշփոթով, որը հոսում է մի քանի տարբեր ուղղություններով՝ վերելակի ստեղծման արդյունքում:.
Մյուս պարամետրերով, որոնք մնում են նույնը, ինչ մարմնի կողմից ստեղծված վերելակը, մեծանում է նաև թեքության հետևանքով առաջացած դիմադրությունը։ Սա նշանակում է, որ երբ թևի հարձակման անկյունը մեծանում է, բարձրացման գործակիցը մեծանում է, ինչպես նաև հետընթացը: Դահլիճի սկզբում հակված աերոդինամիկական ուժը կտրուկ նվազում է, ինչպես նաև վերելակի հետևանքով առաջացած ձգումը: Բայց այս արժեքը մեծանում է մարմնից հետո բուռն չկապված հոսքի ձևավորման պատճառով:
Սուտ քաշք
Սա այն դիմադրությունն է, որն առաջանում է պինդ առարկայի հեղուկի միջով շարժման հետևանքով: Մակաբուծական քաշքշուկն ունի մի քանի բաղադրիչ, ներառյալ շարժումը մածուցիկ ճնշման և մակերեսի կոշտության պատճառով (մաշկի շփում): Բացի այդ, հարաբերական մոտ մի քանի մարմինների առկայությունը կարող է առաջացնել այսպես կոչվածմիջամտության դիմադրություն, որը երբեմն նկարագրվում է որպես տերմինի բաղադրիչ:
Ավիացիայի մեջ առաջացած հակազդեցությունը ավելի ուժեղ է ավելի ցածր արագությունների դեպքում, քանի որ բարձրությունը պահպանելու համար պահանջվում է հարձակման բարձր անկյուն: Այնուամենայնիվ, երբ արագությունը մեծանում է, այն կարող է կրճատվել, ինչպես նաև առաջացած քաշքշուկը: Այնուամենայնիվ, մակաբույծների ձգումը ավելի մեծ է դառնում, քանի որ հեղուկն ավելի արագ է հոսում դուրս ցցված առարկաների շուրջ՝ մեծացնելով շփումը։
Ավելի բարձր արագությունների դեպքում (տրանսաձայնային) ալիքի ձգումը հասնում է նոր մակարդակի: Հետ մղման այս ձևերից յուրաքանչյուրը տատանվում է մյուսների համեմատ՝ կախված արագությունից: Այսպիսով, ընդհանուր քաշման կորը ցույց է տալիս նվազագույնը օդային որոշ արագության դեպքում. օդանավը կլինի օպտիմալ արդյունավետության կամ մոտ: Օդաչուները կօգտագործեն այս արագությունը՝ առավելագույնի հասցնելու դիմացկունությունը (վառելիքի նվազագույն սպառումը) կամ շարժիչի խափանման դեպքում սահելու հեռավորությունը:
Ավիացիոն հզորության կոր
Մակաբուծական և առաջացած քաշքշուկի փոխազդեցությունը՝ որպես օդային արագության ֆունկցիա, կարող է ներկայացվել որպես բնորոշ գիծ: Ավիացիայում սա հաճախ կոչվում է հզորության կոր: Օդաչուների համար դա կարևոր է, քանի որ այն ցույց է տալիս, որ որոշակի օդային արագությունից ցածր, և հակառակ ինտուիտիվ կերպով, ավելի շատ մղում է պահանջվում այն պահպանելու համար, քանի որ օդային արագությունը նվազում է, ոչ պակաս: Թռիչքի ժամանակ «կուլիսներում» լինելու հետևանքները կարևոր են և ուսուցանվում են որպես օդաչուների վերապատրաստման մի մաս: Ենթաձայնային վրաօդային արագություններ, որտեղ այս կորի U-աձևը նշանակալի է, ալիքի ձգումը դեռևս գործոն չի դարձել: Այդ իսկ պատճառով այն չի ցուցադրվում կորի վրա։
Արգելակում անդրաձայնային և գերձայնային հոսքում
Կոմպրեսիվ ալիքային դիմագիծը այն ձգումն է, որն առաջանում է, երբ մարմինը շարժվում է սեղմվող հեղուկի միջով և ջրի մեջ ձայնի արագությանը մոտ արագությամբ: Աերոդինամիկայի մեջ ալիքի ձգումը շատ բաղադրիչներ ունի՝ կախված վարման ռեժիմից:
Անդրաձայնային թռիչքի աերոդինամիկայի մեջ ալիքի ձգումը հեղուկում հարվածային ալիքների առաջացման արդյունք է, որոնք առաջանում են գերձայնային հոսքի տեղական տարածքներ ստեղծելիս։ Գործնականում նման շարժում տեղի է ունենում ազդանշանի արագությունից բավականին ցածր շարժվող մարմինների վրա, քանի որ օդի տեղական արագությունը մեծանում է: Այնուամենայնիվ, մեքենայի վրայով լիակատար գերձայնային հոսքը չի զարգանա այնքան ժամանակ, քանի դեռ արժեքը շատ ավելի չի անցել: Տրանսոնային արագությամբ թռչող ինքնաթիռները հաճախ ունենում են ալիքային պայմաններ թռիչքի բնականոն ընթացքի ժամանակ: Անդրաձայնային թռիչքի ժամանակ այս վանումը սովորաբար կոչվում է տրանսոնային սեղմելիության ձգում: Այն մեծապես ուժեղանում է, քանի որ նրա թռիչքի արագությունը մեծանում է՝ գերիշխելով այլ ձևերի վրա այդ արագություններով:
Գերձայնային թռիչքի ժամանակ ալիքի ձգումը հեղուկի մեջ առկա և մարմնին կցված հարվածային ալիքների արդյունք է, որոնք ձևավորվում են մարմնի առաջավոր և հետևի եզրերում: Գերձայնային հոսքերում կամ պտտման բավական մեծ անկյուններով կորպուսներում, փոխարենը կլինենձևավորվում են չամրացված ցնցում կամ կոր ալիքներ: Բացի այդ, տրանսոնային հոսքի տեղական տարածքները կարող են առաջանալ ավելի ցածր գերձայնային արագությամբ: Երբեմն դրանք հանգեցնում են այլ բարձրացնող մարմինների մակերեսների վրա առկա լրացուցիչ հարվածային ալիքների առաջացմանը, որոնք նման են տրանսոնային հոսքերի հայտնաբերվածներին: Հզոր հոսքի ռեժիմներում ալիքի դիմադրությունը սովորաբար բաժանվում է երկու բաղադրիչի.
- Գերձայնային բարձրացում՝ կախված արժեքից:
- Ծավալ, որը նույնպես կախված է հայեցակարգից։
ֆիքսված երկարությամբ հեղափոխության մարմնի նվազագույն ալիքային դիմադրության փակ ձևի լուծումը գտել են Սիրսը և Հաքը և հայտնի է որպես «Seers-Haack Distribution»: Նմանապես, ֆիքսված ծավալի համար նվազագույն ալիքի դիմադրության ձևը «Von Karman Ogive» է։
Busemann-ի երկինքնաթիռը, սկզբունքորեն, ընդհանրապես ենթակա չէ նման գործողության, երբ աշխատում է նախագծային արագությամբ, բայց նաև ունակ չէ վերելք առաջացնել։
Ապրանքներ
Քամու թունելը գործիք է, որն օգտագործվում է հետազոտության մեջ՝ ուսումնասիրելու պինդ առարկաների կողքով շարժվող օդի ազդեցությունը: Այս դիզայնը բաղկացած է խողովակային միջանցքից, որի մեջտեղում տեղադրված է փորձարկվող առարկան: Օդը շարժվում է օբյեկտի կողքով հզոր օդափոխիչի համակարգով կամ այլ միջոցներով: Փորձարկման օբյեկտը, որը հաճախ կոչվում է խողովակի մոդել, հագեցած է համապատասխան սենսորներով՝ օդային ուժերը, ճնշման բաշխումը կամ այլ չափումներ կատարելու համար:աերոդինամիկ բնութագրեր. Սա անհրաժեշտ է նաև համակարգում առկա խնդիրը ժամանակին նկատելու և շտկելու համար։
Որո՞նք են ինքնաթիռների տեսակները
Եկեք նախ նայենք պատմությանը: Ամենավաղ հողմային թունելները հայտնագործվել են 19-րդ դարի վերջին՝ ավիացիոն հետազոտությունների սկզբնական շրջանում։ Հենց այդ ժամանակ շատերը փորձեցին զարգացնել օդից ավելի ծանր ինքնաթիռներ: Քամու թունելը մտահղացվել է որպես սովորական պարադիգմը շրջելու միջոց: Հանգիստ կանգնելու և դրա միջով որևէ առարկա տեղափոխելու փոխարեն, նույն ազդեցությունը կստացվեր, եթե առարկան կանգներ, իսկ օդը շարժվեր ավելի մեծ արագությամբ: Այս կերպ, անշարժ դիտորդը կարող է ուսումնասիրել թռչող արտադրանքը գործողության մեջ և չափել դրա վրա դրված գործնական աերոդինամիկան:
Խողովակների մշակումն ուղեկցել է ինքնաթիռի մշակմանը։ Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի ժամանակ կառուցվել են մեծ աերոդինամիկ իրեր։ Նման խողովակում փորձարկումը ռազմավարական նշանակություն է ունեցել Սառը պատերազմի տարիներին գերձայնային ինքնաթիռների և հրթիռների ստեղծման ժամանակ։ Այսօր ինքնաթիռները ամեն ինչ են: Եվ գրեթե բոլոր կարևորագույն զարգացումները արդեն ներդրվել են առօրյա կյանքում։
Ավելի ուշ հողմային թունելի հետազոտությունը դարձավ բնական: Քամու ազդեցությունը տեխնածին կառույցների կամ առարկաների վրա պետք է ուսումնասիրվեր, երբ շենքերը բավական բարձր էին, որպեսզի քամուն ներկայացնեն մեծ մակերեսներ, և առաջացող ուժերին պետք է դիմակայեին շենքի ներքին տարրերը: Նման հավաքածուների սահմանումը պահանջվում էր նախքան շինարարական կոդերըորոշել կառույցների պահանջվող ամրությունը. Եվ նման թեստերը շարունակում են կիրառվել մեծ կամ անսովոր շենքերի համար մինչ օրս։
Նույնիսկ ավելի ուշ ստուգումներ են կիրառվել մեքենաների աերոդինամիկ դիմադրության նկատմամբ։ Բայց սա ոչ թե ուժերը որպես այդպիսին որոշելու համար էր, այլ ճանապարհներ սահմանելու՝ նվազեցնելու ուժը, որն անհրաժեշտ է մեքենան տրված արագությամբ ճանապարհների երկայնքով շարժելու համար: Այս ուսումնասիրություններում ճանապարհի և տրանսպորտային միջոցի փոխազդեցությունը էական դեր է խաղում: Հենց նա է պետք հաշվի առնել թեստի արդյունքները մեկնաբանելիս։
Իրական իրավիճակում ճանապարհը շարժվում է մեքենայի համեմատ, բայց օդը դեռ հարաբերական է ճանապարհին։ Բայց հողմային թունելում օդը շարժվում է ճանապարհի համեմատ: Մինչդեռ վերջինս մեքենայի նկատմամբ գտնվում է անշարժ վիճակում։ Որոշ փորձնական մեքենաների քամու թունելներ ներառում են փորձնական մեքենայի տակ գտնվող շարժվող գոտիներ: Սա իրական վիճակին մոտենալու համար է։ Նմանատիպ սարքեր օգտագործվում են հողմային թունելի թռիչքի և վայրէջքի կոնֆիգուրացիաներում:
Սարքավորում
Մարզագույքի նմուշները նույնպես երկար տարիներ տարածված են: Դրանք ներառում էին գոլֆի մահակներ և գնդակներ, օլիմպիական բոբսլենդներ և հեծանվորդներ, ինչպես նաև մրցարշավային մեքենաների սաղավարտներ: Վերջինիս աերոդինամիկան հատկապես կարևոր է բաց խցիկով մեքենաներում (Indycar, Formula One): Սաղավարտի վրա չափազանց մեծ ուժը կարող է զգալի սթրես առաջացնելվարորդի պարանոցի վրա, իսկ հետևի մասում հոսքի բաժանումը խռոված կնիք է և, որպես հետևանք, տեսողության խանգարում բարձր արագությունների ժամանակ:
Հարցաշարային հեղուկների դինամիկայի (CFD) սիմուլյացիաների առաջընթացը բարձր արագությամբ թվային համակարգիչների վրա նվազեցրել է հողմային թունելի փորձարկման անհրաժեշտությունը: Այնուամենայնիվ, CFD արդյունքները դեռևս լիովին հուսալի չեն, այս գործիքը օգտագործվում է CFD կանխատեսումները ստուգելու համար:
