Ang drag force na ito ay nangyayari sa mga eroplano dahil sa mga pakpak o isang lift body na nagre-redirect ng hangin upang maging sanhi ng pag-angat, at sa mga kotse na may airfoil wings na nagre-redirect ng hangin upang maging sanhi ng downforce. Napansin ni Samuel Langley na ang flatter, mas mataas na aspect ratio plate ay may mas mataas na lift at lower drag at ipinakilala noong 1902. Kung wala ang pag-imbento ng aerodynamic na kalidad ng sasakyang panghimpapawid, magiging imposible ang modernong disenyo ng sasakyang panghimpapawid.
Pag-angat at paglipat
Ang kabuuang aerodynamic force na kumikilos sa isang katawan ay karaniwang itinuturing na binubuo ng dalawang bahagi: angat at displacement. Sa pamamagitan ng kahulugan, ang force component na parallel sa counter flow ay tinatawag na displacement, habang ang component na patayo sa counter flow ay tinatawag na lift.
Ang mga pangunahing kaalaman sa aerodynamics ay napakahalaga para sa pagsusuri ng kalidad ng aerodynamic ng pakpak. Ang pag-angat ay ginawa sa pamamagitan ng pagbabago ng direksyon ng daloy sa paligid ng pakpak. BaguhinAng direksyon ay nagreresulta sa isang pagbabago sa bilis (kahit na walang pagbabago sa bilis, tulad ng nakikita sa pare-parehong pabilog na paggalaw), na acceleration. Samakatuwid, upang baguhin ang direksyon ng daloy, isang puwersa ay kinakailangan upang mailapat sa likido. Ito ay malinaw na nakikita sa anumang sasakyang panghimpapawid, tingnan lamang ang eskematiko na representasyon ng aerodynamic na kalidad ng An-2.
Ngunit hindi lahat ay napakasimple. Ang pagpapatuloy ng tema ng aerodynamic na kalidad ng isang pakpak, nararapat na tandaan na ang paglikha ng air lift sa ibaba nito ay nasa mas mataas na presyon kaysa sa presyon ng hangin sa itaas nito. Sa isang may hangganang span wing, ang pagkakaiba ng presyon na ito ay nagiging sanhi ng pag-agos ng hangin mula sa ugat ng mas mababang pakpak sa ibabaw hanggang sa base ng itaas na ibabaw nito. Ang lumilipad na daloy ng hangin na ito ay pinagsama sa umaagos na hangin upang magdulot ng pagbabago sa bilis at direksyon na pumipilipit sa daloy ng hangin at lumilikha ng mga vortices sa kahabaan ng dulong gilid ng pakpak. Ang mga vortex na nilikha ay hindi matatag, mabilis silang nagsasama-sama upang lumikha ng mga wing vortices. Ang mga nagreresultang vortices ay nagbabago sa bilis at direksyon ng daloy ng hangin sa likod ng trailing edge, pinalihis ito pababa at sa gayon ay nagiging sanhi ng isang flap sa likod ng pakpak. Mula sa puntong ito ng view, halimbawa, ang MS-21 aircraft ay may mataas na antas ng lift-to-drag ratio.
Kontrol sa daloy ng hangin
Pinapalitan naman ng mga vortex ang daloy ng hangin sa paligid ng pakpak, na binabawasan ang kakayahan ng pakpak na makabuo ng pag-angat, kaya nangangailangan ito ng mas mataas na anggulo ng pag-atake para sa parehong pag-angat, na ikiling pabalik ang kabuuang puwersa ng aerodynamic at pinapataas ang bahagi ng pag-drag ng ang puwersang iyon. Ang angular deviation ay bale-walanakakaapekto sa pag-angat. Gayunpaman, mayroong pagtaas sa drag na katumbas ng produkto ng pag-angat at ang anggulo kung saan ito lumilihis. Dahil ang pagpapalihis ay mismong function ng lift, ang karagdagang drag ay proporsyonal sa anggulo ng pag-akyat, na malinaw na makikita sa aerodynamics ng A320.
Mga makasaysayang halimbawa
Ang isang hugis-parihaba na planetary wing ay lumilikha ng mas maraming vortex vibrations kaysa sa isang conical o elliptical wing, kaya naman maraming modernong mga pakpak ang naka-tape para mapahusay ang lift-to-drag ratio. Gayunpaman, ang elliptical airframe ay mas mahusay dahil ang induced wash (at samakatuwid ang epektibong anggulo ng pag-atake) ay pare-pareho sa buong span ng mga pakpak. Dahil sa mga komplikasyon sa pagmamanupaktura, kakaunti ang mga sasakyang panghimpapawid na may ganitong plano, ang pinakasikat na mga halimbawa ay ang World War II Spitfire at ang Thunderbolt. Ang mga tapered wings na may tuwid na leading at trailing edge ay maaaring lumapit sa elliptical lift distribution. Bilang isang pangkalahatang tuntunin, ang mga tuwid, hindi naka-alis na mga pakpak ay gumagawa ng 5% at ang mga naka-tape na mga pakpak ay nagbubunga ng 1-2% na mas induced drag kaysa sa isang elliptical na pakpak. Samakatuwid, mayroon silang mas mahusay na kalidad ng aerodynamic.
Proporsyonalidad
Ang isang mataas na aspect ratio na pakpak ay magbubunga ng mas kaunting induced drag kaysa sa isang mababang aspect ratio na pakpak dahil may mas kaunting air disturbance sa dulo ng isang mas mahaba at mas manipis na pakpak. Samakatuwid, ang sapilitanang paglaban ay maaaring baligtad na proporsyonal sa proporsyonalidad, gaano man ito kabalintunaan. Ang pamamahagi ng elevator ay maaari ding baguhin sa pamamagitan ng paghuhugas, pag-ikot ng pakpak sa paligid upang mabawasan ang pagbaba patungo sa mga pakpak, at sa pamamagitan ng pagpapalit ng airfoil malapit sa mga pakpak. Nagbibigay-daan ito sa iyo na makakuha ng mas maraming pagtaas palapit sa wing root at mas kaunti sa wing, na humahantong sa pagbaba sa lakas ng wing vortices at, nang naaayon, sa isang pagpapabuti sa aerodynamic na kalidad ng sasakyang panghimpapawid.
Sa kasaysayan ng disenyo ng sasakyang panghimpapawid
Sa ilang mga unang sasakyang panghimpapawid, ang mga palikpik ay nakakabit sa dulo ng mga buntot. Ang sasakyang panghimpapawid sa ibang pagkakataon ay may ibang hugis ng pakpak upang bawasan ang intensity ng mga vortices at makamit ang maximum na lift-to-drag ratio.
Rooftop impeller fuel tank ay maaari ding magbigay ng ilang benepisyo sa pamamagitan ng pagpigil sa magulong daloy ng hangin sa paligid ng pakpak. Ngayon sila ay ginagamit sa maraming sasakyang panghimpapawid. Ang aerodynamic na kalidad ng DC-10 ay nararapat na ituring na rebolusyonaryo sa bagay na ito. Gayunpaman, ang modernong aviation market ay matagal nang napunan ng mas advanced na mga modelo.
Drag-to-drag formula: ipinaliwanag sa mga simpleng termino
Upang kalkulahin ang kabuuang resistensya kailangang isaalang-alang ang tinatawag na parasitic resistance. Dahil inversely proportional ang induced drag sa square ng airspeed (sa isang partikular na pag-angat), habang ang parasitic drag ay direktang proporsyonal dito, ang pangkalahatang drag curve ay nagpapakita ng pinakamababang bilis. eroplano,lumilipad sa ganoong bilis, gumagana nang may pinakamainam na mga katangian ng aerodynamic. Ayon sa mga equation sa itaas, ang bilis ng pinakamababang paglaban ay nangyayari sa isang bilis kung saan ang sapilitan na pagtutol ay katumbas ng paglaban ng parasitiko. Ito ang bilis kung saan naabot ang pinakamainam na slip angle para sa idle aircraft. Upang hindi maging walang batayan, isaalang-alang ang formula sa halimbawa ng isang sasakyang panghimpapawid:
Ang pagpapatuloy ng formula ay medyo nakaka-curious din (nakalarawan sa ibaba). Ang paglipad nang mas mataas, kung saan ang hangin ay mas manipis, ay magpapataas ng bilis kung saan nangyayari ang pinakamababang drag, at sa gayon ay nagbibigay-daan ito sa mas mabilis na paglalakbay sa parehong dami ng gasolina.
Kung ang isang sasakyang panghimpapawid ay lumilipad sa maximum na pinapahintulutang bilis nito, ang altitude kung saan ang air density ay magbibigay dito ng pinakamahusay na aerodynamic na kalidad. Maaaring magbago ang pinakamainam na altitude sa pinakamataas na bilis at pinakamainam na bilis sa pinakamataas na altitude habang lumilipad.
Stamina
Ang Speed para sa maximum na tibay (ibig sabihin, oras sa hangin) ay ang bilis para sa minimum na pagkonsumo ng gasolina at mas kaunting bilis para sa maximum na saklaw. Ang pagkonsumo ng gasolina ay kinakalkula bilang produkto ng kinakailangang kapangyarihan at ang tiyak na pagkonsumo ng gasolina bawat makina (pagkonsumo ng gasolina bawat yunit ng kapangyarihan). Ang kinakailangang kapangyarihan ay katumbas ng tagal ng pag-drag.
Kasaysayan
Ang pag-unlad ng modernong aerodynamics ay nagsimula lamang noong XVIIsiglo, ngunit ang mga puwersa ng aerodynamic ay ginagamit ng mga tao sa loob ng libu-libong taon sa mga bangka at windmill, at ang mga larawan at kwento ng paglipad ay lumilitaw sa lahat ng makasaysayang dokumento at mga gawa ng sining, tulad ng sinaunang alamat ng Griyego ng Icarus at Daedalus. Lumilitaw ang mga pangunahing konsepto ng continuum, resistance at pressure gradient sa akda nina Aristotle at Archimedes.
Noong 1726, si Sir Isaac Newton ang naging unang tao na bumuo ng teorya ng air resistance, na ginagawa itong isa sa mga unang argumento tungkol sa mga katangian ng aerodynamic. Ang Dutch-Swiss mathematician na si Daniel Bernoulli ay nagsulat ng treatise noong 1738 na tinatawag na Hydrodynamica kung saan inilarawan niya ang pangunahing ugnayan sa pagitan ng pressure, density at flow velocity para sa incompressible flow, na kilala ngayon bilang Bernoulli's principle, na nagbibigay ng isang paraan para sa pagkalkula ng aerodynamic lift. Noong 1757, inilathala ni Leonhard Euler ang mas pangkalahatang mga equation ng Euler, na maaaring ilapat sa parehong compressible at incompressible na daloy. Ang mga equation ng Euler ay pinalawak upang isama ang mga epekto ng lagkit sa unang kalahati ng 1800s, na nagbunga ng mga equation ng Navier-Stokes. Ang aerodynamic performance/aerodynamic na kalidad ng polar ay natuklasan sa parehong oras.
Batay sa mga kaganapang ito, gayundin sa pagsasaliksik na ginawa sa sarili nilang wind tunnel, pinalipad ng magkapatid na Wright ang unang eroplano noong Disyembre 17, 1903.
Mga uri ng aerodynamics
Ang mga problema sa aerodynamic ay inuri ayon sa mga kondisyon ng daloy o mga katangian ng daloy, kabilang ang mga katangian tulad ng bilis, compressibility at lagkit. Ang mga ito ay kadalasang nahahati sa dalawang uri:
- Ang panlabas na aerodynamics ay ang pag-aaral ng daloy sa paligid ng mga solidong bagay na may iba't ibang hugis. Ang mga halimbawa ng panlabas na aerodynamics ay ang pagtatasa ng pag-angat at pag-drag sa isang sasakyang panghimpapawid, o ang mga shock wave na nabubuo sa harap ng ilong ng isang missile.
- Ang Internal aerodynamics ay ang pag-aaral ng daloy sa pamamagitan ng mga sipi sa mga solidong bagay. Halimbawa, sinasaklaw ng internal aerodynamics ang pag-aaral ng airflow sa pamamagitan ng jet engine o sa pamamagitan ng air conditioning chimney.
Maaari ding uriin ang mga problema sa aerodynamic ayon sa bilis ng daloy sa ibaba o malapit sa bilis ng tunog.
Ang problema ay tinatawag na:
- subsonic, kung ang lahat ng bilis sa problema ay mas mababa sa bilis ng tunog;
- transonic kung mayroong mga bilis sa ibaba at sa itaas ng bilis ng tunog (karaniwan ay kapag ang katangian ng bilis ay humigit-kumulang katumbas ng bilis ng tunog);
- supersonic, kapag ang katangian ng bilis ng daloy ay mas malaki kaysa sa bilis ng tunog;
- hypersonic, kapag ang bilis ng daloy ay mas malaki kaysa sa bilis ng tunog.
Hindi sumasang-ayon ang mga aerodynamicist sa eksaktong kahulugan ng hypersonic flow.
Ang epekto ng lagkit sa daloy ay nagdidikta ng ikatlong pag-uuri. Ang ilang mga problema ay maaaring magkaroon lamang ng napakaliit na malapot na epekto, kung saan ang lagkit ay maaaring ituring na bale-wala. Ang mga pagtatantya sa mga problemang ito ay tinatawag na inviscidagos. Ang mga daloy kung saan hindi maaaring pabayaan ang lagkit ay tinatawag na mga malapot na daloy.
Compressibility
Ang incompressible flow ay isang daloy kung saan pare-pareho ang density sa oras at espasyo. Bagama't ang lahat ng tunay na likido ay napi-compress, ang daloy ay kadalasang tinatantya bilang hindi mapipigil kung ang epekto ng pagbabago sa density ay nagdudulot lamang ng maliliit na pagbabago sa mga kinakalkula na resulta. Ito ay mas malamang kapag ang daloy ng rate ay mas mababa sa bilis ng tunog. Ang mga epekto ng compressibility ay mas makabuluhan sa mga bilis na malapit sa o mas mataas kaysa sa bilis ng tunog. Ginagamit ang Mach number para suriin ang posibilidad ng incompressibility, kung hindi, dapat isama ang compressibility effects.
Ayon sa teorya ng aerodynamics, ang daloy ay itinuturing na compressible kung nagbabago ang density sa streamline. Nangangahulugan ito na, sa kaibahan sa isang hindi mapipigil na daloy, ang mga pagbabago sa density ay isinasaalang-alang. Sa pangkalahatan, ito ang kaso kapag ang bilang ng Mach ng bahagi o lahat ng daloy ay lumampas sa 0.3. Ang halaga ng Mach na 0.3 ay medyo arbitrary, ngunit ginagamit ito dahil ang daloy ng gas sa ibaba ng halagang ito ay nagpapakita ng mas mababa sa 5% na pagbabago sa density. Gayundin, ang maximum na pagbabago sa densidad na 5% ay nangyayari sa punto ng pagwawalang-kilos (ang punto sa bagay kung saan ang bilis ng daloy ay zero), habang ang density sa paligid ng natitirang bahagi ng bagay ay magiging mas mababa. Ang mga transonic, supersonic at hypersonic na daloy ay lahat ay compressible.
Konklusyon
Ang Aerodynamics ay isa sa pinakamahalagang agham sa mundo ngayon. Siya ang nagbibigay sa aminpaggawa ng mga de-kalidad na eroplano, barko, kotse at mga comic shuttle. Malaki ang papel nito sa pagbuo ng mga modernong uri ng armas - ballistic missiles, boosters, torpedoes at drones. Ang lahat ng ito ay magiging imposible kung ito ay hindi para sa mga modernong advanced na konsepto ng aerodynamic na kalidad.
Kaya, ang mga ideya tungkol sa paksa ng artikulo ay nagbago mula sa magaganda, ngunit walang muwang na mga pantasya tungkol sa Icarus, sa gumagana at talagang gumaganang sasakyang panghimpapawid na lumitaw sa simula ng huling siglo. Ngayon, hindi natin maiisip ang ating buhay nang walang mga kotse, barko at sasakyang panghimpapawid, at ang mga sasakyang ito ay patuloy na umuunlad sa mga bagong tagumpay sa aerodynamics.
Ang mga aerodynamic na katangian ng mga glider ay isang tunay na tagumpay sa kanilang panahon. Sa una, ang lahat ng mga pagtuklas sa lugar na ito ay ginawa sa pamamagitan ng abstract, kung minsan ay diborsiyado mula sa katotohanan, teoretikal na mga kalkulasyon, na isinagawa ng mga Pranses at Aleman na matematiko sa kanilang mga laboratoryo. Nang maglaon, ang lahat ng kanilang mga formula ay ginamit para sa iba, mas kamangha-manghang (ayon sa mga pamantayan ng ika-18 siglo) na mga layunin, tulad ng pagkalkula ng perpektong hugis at bilis ng hinaharap na sasakyang panghimpapawid. Noong ika-19 na siglo, ang mga aparatong ito ay nagsimulang itayo sa maraming dami, simula sa mga glider at airship, unti-unting lumipat ang mga Europeo sa pagtatayo ng sasakyang panghimpapawid. Ang huli ay unang ginamit nang eksklusibo para sa mga layuning militar. Ang mga alas ng Unang Digmaang Pandaigdig ay nagpakita kung gaano kahalaga ang isyu ng pangingibabaw sa himpapawid para sa anumang bansa, at natuklasan ng mga inhinyero ng interwar period na ang naturang sasakyang panghimpapawid ay epektibo hindi lamang para sa militar, kundi pati na rin para sa mga sibilyan.mga layunin. Sa paglipas ng panahon, ang civil aviation ay matatag na pumasok sa ating buhay, at ngayon ay hindi magagawa ng isang estado kung wala ito.
