Kuburuta kwa aerodynamic ni nguvu inayotenda kinyume na mwendo wa jamaa wa kitu chochote. Inaweza kuwepo kati ya tabaka mbili za uso imara. Tofauti na seti zingine za kupinga, kama vile msuguano kavu, ambao karibu hautegemei kasi, nguvu za kuvuta hutii thamani fulani. Ingawa sababu kuu ya hatua ni msuguano wa viscous, mtikisiko haujitegemea. Nguvu ya kukokota inalingana na kasi ya mtiririko wa lamina.
dhana
Kuburuta kwa aerodynamic ni nguvu inayofanya kazi kwenye mwili wowote thabiti unaosogea kuelekea uelekeo wa umajimaji unaokuja. Kwa upande wa makadirio ya uwanja wa karibu, kuvuta ni matokeo ya nguvu kutokana na usambazaji wa shinikizo juu ya uso wa kitu, kinachoonyeshwa na D. Kutokana na msuguano wa ngozi, ambayo ni matokeo ya viscosity, inaashiria De. Vinginevyo, imehesabiwa kutoka kwa mtazamo wa uwanja wa mtiririko, nguvuupinzani hutokea kutokana na matukio matatu ya asili: mawimbi ya mshtuko, safu ya vortex na viscosity. Haya yote yanaweza kupatikana katika jedwali la uburuta wa aerodynamic.
Muhtasari
Mgawanyiko wa shinikizo linalofanya kazi kwenye uso wa mwili huathiri nguvu kubwa. Wao, kwa upande wake, wanaweza kufupishwa. Vipengee vya chini vya thamani hii vinajumuisha nguvu ya kukokota, Drp, kutokana na usambazaji wa shinikizo linaloathiri mwili. Asili ya nguvu hizi huchanganya athari za mawimbi ya mshtuko, utengenezaji wa mfumo wa vortex na mifumo ya kuamsha.
Mnato wa umajimaji una athari kubwa kwenye buruta. Kwa kutokuwepo kwa sehemu hii, nguvu za shinikizo zinazofanya kupunguza kasi ya gari hazipatikani na nguvu iliyo katika sehemu ya aft na kusukuma gari mbele. Hii inaitwa repressurization, na kusababisha sifuri aerodynamic Drag. Hiyo ni, kazi ambayo mwili hufanya kwenye mtiririko wa hewa inaweza kutenduliwa na kurejeshwa kwa kuwa hakuna athari za msuguano kubadilisha nishati ya mtiririko kuwa joto.
Ahueni ya shinikizo hufanya kazi hata kama kuna mwendo wa mnato. Thamani hii, hata hivyo, inasababisha nguvu. Ni sehemu kuu ya uvutaji katika hali ya magari yaliyo na sehemu za mtiririko wa mgawanyiko ambapo urejeshaji wa kichwa unachukuliwa kuwa haufai.
Nguvu ya msuguano, ambayo ni nguvu ya tangential kwenye usondege, inategemea usanidi wa safu ya mpaka na mnato. Uburuta wa aerodynamic, Df, huhesabiwa kama makadirio ya chini ya mkondo wa seti ya bogi inayokadiriwa kutoka kwenye uso wa mwili.
Jumla ya upinzani wa msuguano na shinikizo huitwa ukinzani wa viscous. Kwa mtazamo wa hali ya joto, athari za quagmire ni matukio yasiyoweza kutenduliwa na kwa hivyo huunda entropy. Kinyume cha KINATACHO kilichokokotolewa cha Dv hutumia mabadiliko katika thamani hii ili kutabiri kwa usahihi nguvu ya kurudi nyuma.
Hapa pia inahitajika kutoa fomula ya msongamano wa hewa kwa gesi: РV=m/MRT.
Ndege inapotengeneza lifti, kuna sehemu nyingine ya kurudi nyuma. Upinzani unaosababishwa, Di. Inatokea kutokana na mabadiliko katika usambazaji wa shinikizo la mfumo wa vortex unaoongozana na uzalishaji wa lifti. Mtazamo mbadala wa kuinua unapatikana kwa kuzingatia mabadiliko ya kasi ya mtiririko wa hewa. Bawa hilo huikata hewa na kuilazimisha kusogea chini. Hii husababisha nguvu ya kukokota sawa na kinyume inayotenda kwenye bawa, ambayo ni lifti.
Kubadilisha kasi ya mtiririko wa hewa kwenda chini husababisha kupungua kwa thamani ya kinyume. Kwamba ni matokeo ya nguvu inayofanya kazi mbele kwenye mrengo uliowekwa. Misa sawa lakini kinyume hutenda nyuma, ambayo ni buruta iliyosababishwa. Inaelekea kuwa sehemu muhimu zaidi kwa ndege wakati wa kuondoka au kutua. Kitu kingine cha kuburuta, kuvuta mawimbi (Dw) ni kutokana na mawimbi ya mshtukokwa kasi ya transonic na supersonic ya mechanics ya ndege. Roli hizi husababisha mabadiliko katika safu ya mpaka na usambazaji wa shinikizo kwenye uso wa mwili.
Historia
Wazo kwamba mwili unaosogea unaopita hewani (fomula ya msongamano) au kioevu kingine hukabiliana na ukinzani limejulikana tangu wakati wa Aristotle. Nakala ya Louis Charles Breguet iliyoandikwa mnamo 1922 ilianza juhudi za kupunguza kuvuta kupitia utoshelezaji. Mwandishi aliendelea kuleta maoni yake, akiunda ndege kadhaa zilizovunja rekodi katika miaka ya 1920 na 1930. Nadharia ya safu ya mpaka ya Ludwig Prandtl mwaka wa 1920 ilitoa motisha ili kupunguza msuguano.
Wito mwingine muhimu wa kupanga mpangilio ulitolewa na Sir Melville Jones, ambaye alianzisha dhana za kinadharia ili kuonyesha kwa uthabiti umuhimu wa mpangilio katika muundo wa ndege. Mnamo 1929, kazi yake The Streamlined Airplane iliyowasilishwa kwa Royal Aeronautical Society ilikuwa ya kina. Alipendekeza ndege bora ambayo ingeweza kuburuzwa kwa kiwango kidogo, na hivyo kusababisha dhana ya ndege moja "safi" na gari la chini linaloweza kurudishwa.
Mojawapo ya vipengele vya kazi ya Jones ambavyo viliwashangaza zaidi wabunifu wa wakati huo ni mpango wake wa nguvu za farasi dhidi ya kasi ya ndege halisi na bora. Ukiangalia sehemu ya data ya ndege na kuitoa kwa mlalo hadi kwenye mkunjo mzuri, unaweza kuona malipo hivi karibuni kwa nishati sawa. Jones alipomaliza mada yake, mmoja wa wasikilizajikiwango cha umuhimu kama mzunguko wa Carnot katika thermodynamics.
Upinzani unaotokana na kuinua
Msukosuko unaosababishwa na kuinua unatokana na kuundwa kwa mteremko kwenye mwili wenye sura tatu kama vile bawa la ndege au fuselage. Ufungaji breki unaosababishwa hujumuisha vipengele viwili:
- Buruta kwa sababu ya kuunda vimbunga vinavyofuata.
- Kuwa na mburuzo wa ziada wa viscous ambao haupo wakati lifti ni sifuri.
Misukosuko ya nyuma katika uwanja wa mtiririko uliopo kwa sababu ya kuinuliwa kwa mwili ni kutokana na mkanganyiko wa hewa ya juu na chini ya kitu, ambayo inapita pande tofauti kama matokeo ya kuundwa kwa lifti..
Pamoja na vigezo vingine vinavyosalia kuwa sawa na lifti iliyoundwa na mwili, upinzani unaosababishwa na mteremko pia huongezeka. Hii inamaanisha kuwa kadiri pembe ya shambulio la mrengo inavyoongezeka, mgawo wa kuinua huongezeka, kama vile rebound. Wakati wa kuanza kwa duka, nguvu ya aerodynamic ya kawaida hupungua kwa kasi, kama vile kuvuta kwa kuinua. Lakini thamani hii huongezeka kutokana na kutokea kwa mtiririko usio na msukosuko baada ya mwili.
buruta potofu
Huu ni ukinzani unaosababishwa na kusogezwa kwa kitu kigumu kupitia kimiminika. Drag ya vimelea ina vipengele kadhaa, ikiwa ni pamoja na harakati kutokana na shinikizo la viscous na kutokana na ukali wa uso (msuguano wa ngozi). Kwa kuongeza, uwepo wa miili kadhaa katika ukaribu wa jamaa unaweza kusababisha kinachojulikanaupinzani wa kuingiliwa, ambao wakati mwingine hufafanuliwa kama sehemu ya neno.
Katika usafiri wa anga, hali ya kurudi nyuma inayosababishwa huwa na nguvu zaidi kwa kasi ya chini kwa sababu pembe ya juu ya mashambulizi inahitajika ili kudumisha lifti. Hata hivyo, kasi inavyoongezeka, inaweza kupunguzwa, pamoja na drag iliyosababishwa. Hata hivyo, uvutaji wa vimelea huwa mkubwa kwa sababu umajimaji huo hutiririka kwa kasi karibu na vitu vilivyojitokeza, na hivyo kuongeza msuguano.
Kwa kasi ya juu zaidi (ya kupita kiasi), uvutaji wa wimbi hufikia kiwango kipya. Kila moja ya aina hizi za kurudisha nyuma hutofautiana sawia na zingine kulingana na kasi. Kwa hivyo mzunguko wa jumla wa buruta unaonyesha kiwango cha chini kwa kasi fulani ya anga - ndege itakuwa katika au karibu na ufanisi wa juu zaidi. Marubani watatumia kasi hii kuongeza ustahimilivu (matumizi ya chini ya mafuta) au umbali wa kuteleza endapo injini itaharibika.
Njia ya Nguvu ya Anga
Muingiliano wa vimelea na uvutaji unaosababishwa kama utendaji wa mwendo wa anga unaweza kuwakilishwa kama mstari bainifu. Katika anga, hii mara nyingi hujulikana kama curve ya nguvu. Ni muhimu kwa marubani kwa sababu inaonyesha kuwa chini ya kasi fulani ya hewa, na kinyume chake, msukumo zaidi unahitajika ili kuudumisha kadri kasi ya anga inavyopungua, sio chini. Athari za kuwa "nyuma ya pazia" katika ndege ni muhimu na hufunzwa kama sehemu ya mafunzo ya marubani. Kwenye subsonicspidi za anga ambapo umbo la U la mkunjo huu ni muhimu, uvutaji wa wimbi bado haujawa sababu. Ndiyo maana haionyeshwi kwenye curve.
Kuweka breki kwa mwendo wa kasi na wa juu zaidi
Uburutaji wa mawimbi mbanaji ni uvutano unaotengenezwa mwili unaposogea kupitia kiowevu kinachobana na kwa kasi inayokaribia kasi ya sauti ndani ya maji. Katika aerodynamics, uvutaji wa wimbi una vipengele vingi kulingana na hali ya kuendesha gari.
Katika aerodynamics ya kuruka, kuvuta kwa wimbi ni matokeo ya kutokea kwa mawimbi ya mshtuko katika kioevu, ambayo huundwa wakati wa kuunda maeneo ya ndani ya mtiririko wa juu zaidi. Katika mazoezi, mwendo huo hutokea kwenye miili inayotembea vizuri chini ya kasi ya ishara, kwani kasi ya ndani ya hewa huongezeka. Walakini, mtiririko kamili wa supersonic juu ya gari hautakua hadi thamani imeenda zaidi. Ndege zinazoruka kwa kasi zinazopita mara nyingi hupata hali ya mawimbi wakati wa mwendo wa kawaida wa safari. Katika safari ya kuruka hewani, msukosuko huu kwa kawaida hujulikana kama buruta ya mgandamizo wa kuvuka. Huongezeka sana kadri kasi yake ya kukimbia inavyoongezeka, ikitawala aina zingine kwa kasi hizo.
Katika kuruka kwa kasi ya ajabu, kuvuta kwa wimbi ni matokeo ya mawimbi ya mshtuko yaliyopo kwenye umajimaji na kushikamana na mwili, na kutengeneza kingo za mbele na za nyuma za mwili. Katika mtiririko wa supersonic, au katika vifuniko vilivyo na pembe kubwa za kutosha za mzunguko, kutakuwa na badala yakemshtuko uliolegea au mawimbi yaliyopinda huundwa. Kwa kuongeza, maeneo ya ndani ya mtiririko wa transonic yanaweza kutokea kwa kasi ya chini ya supersonic. Wakati mwingine husababisha maendeleo ya mawimbi ya ziada ya mshtuko yaliyopo kwenye nyuso za miili mingine ya kuinua, sawa na ile inayopatikana katika mtiririko wa transonic. Katika taratibu zenye nguvu za mtiririko, upinzani wa mawimbi kwa kawaida hugawanywa katika vipengele viwili:
- Lifti ya juu sana kulingana na thamani.
- Volume, ambayo pia inategemea dhana.
Suluhisho la mfumo funge la upinzani wa chini kabisa wa wimbi la kundi la mapinduzi lenye urefu usiobadilika lilipatikana na Sears na Haack na inajulikana kama "Seers-Haack Distribution". Vile vile, kwa kiasi kisichobadilika, fomu ya upinzani wa mawimbi ya chini zaidi ni "Von Karman Ogive".
Biplane ya Busemann, kimsingi, haiko chini ya hatua hiyo hata kidogo inapofanya kazi kwa kasi ya muundo, lakini pia haina uwezo wa kuzalisha lifti.
Bidhaa
Handaki ya upepo ni zana inayotumika katika utafiti kuchunguza athari ya hewa kusogeza vitu viimara. Muundo huu una kifungu cha tubular na kitu kilicho chini ya mtihani kilichowekwa katikati. Hewa husogezwa mbele ya kitu na mfumo wa feni wenye nguvu au njia nyinginezo. Kifaa cha majaribio, ambacho mara nyingi hujulikana kama modeli ya bomba, huwa na vihisi vinavyofaa kupima nguvu za hewa, usambazaji wa shinikizo au nyinginezo.sifa za aerodynamic. Hii pia ni muhimu ili kutambua na kurekebisha tatizo kwenye mfumo kwa wakati.
Aina za ndege ni zipi
Hebu tuangalie historia kwanza. Njia za kwanza za upepo zilivumbuliwa mwishoni mwa karne ya 19, katika siku za kwanza za utafiti wa anga. Hapo ndipo wengi walijaribu kutengeneza ndege nzito kuliko hewa yenye mafanikio. Njia ya upepo iliundwa kama njia ya kugeuza dhana ya kawaida. Badala ya kusimama na kusogeza kitu kupitia humo, athari sawa ingepatikana ikiwa kitu kilisimama na hewa kusonga kwa kasi ya juu. Kwa njia hii, mwangalizi asiyetulia anaweza kuchunguza bidhaa inayoruka ikifanya kazi na kupima hali halisi ya aerodynamics iliyowekwa juu yake.
Utengenezaji wa mabomba uliambatana na utengenezaji wa ndege. Vitu vikubwa vya aerodynamic vilijengwa wakati wa Vita vya Kidunia vya pili. Upimaji katika bomba kama hilo ulizingatiwa kuwa muhimu kimkakati wakati wa ukuzaji wa ndege za hali ya juu na makombora wakati wa Vita Baridi. Leo, ndege ni kitu chochote. Na karibu maendeleo yote muhimu tayari yameanzishwa katika maisha ya kila siku.
Baadaye utafiti wa njia ya upepo ukawa jambo la kawaida. Athari za upepo kwenye miundo au vitu vilivyotengenezwa na mwanadamu zilipaswa kuchunguzwa wakati majengo yalipokuwa marefu ya kutosha kuwasilisha nyuso kubwa kwa upepo, na nguvu zinazosababisha zilipaswa kupinga vipengele vya ndani vya jengo hilo. Ufafanuzi wa seti hizo ulihitajika kabla ya kanuni za ujenzikuamua nguvu zinazohitajika za miundo. Na majaribio kama haya yanaendelea kutumika kwa majengo makubwa au yasiyo ya kawaida hadi leo.
Hata baadaye, ukaguzi uliwekwa kwenye uvutaji wa aerodynamic wa magari. Lakini hii haikuwa kuamua nguvu kama hizo, lakini kuanzisha njia za kupunguza nguvu zinazohitajika kusongesha gari kando ya viunga vya barabara kwa kasi fulani. Katika masomo haya, mwingiliano kati ya barabara na gari una jukumu kubwa. Ni yeye anayepaswa kuzingatiwa wakati wa kutafsiri matokeo ya mtihani.
Katika hali halisi, barabara husogea ikilinganishwa na gari, lakini hewa bado inalinganishwa na barabara. Lakini katika handaki la upepo, hewa husogea kuhusiana na barabara. Wakati wa mwisho ni stationary jamaa na gari. Baadhi ya vichuguu vya upepo vya gari la majaribio ni pamoja na mikanda ya kusogeza chini ya gari la majaribio. Hii ni kupata karibu na hali halisi. Vifaa sawia hutumika katika kuruka kwa njia ya upepo na usanidi wa kutua.
Vifaa
Sampuli za vifaa vya michezo pia zimekuwa za kawaida kwa miaka mingi. Zilitia ndani vilabu na mipira ya gofu, waendeshaji baiskeli wa Olimpiki, na helmeti za magari ya mbio. Aerodynamics ya mwisho ni muhimu hasa katika magari yenye cab wazi (Indycar, Formula One). Nguvu nyingi za kuinua kwenye kofia inaweza kusababisha dhiki kubwakwenye shingo ya dereva, na mgawanyiko wa mtiririko kwenye upande wa nyuma ni muhuri wa msukosuko na, kwa sababu hiyo, maono yaliyoharibika kwa kasi ya juu.
Maendeleo katika uigaji wa mienendo ya maji ya kukokotoa (CFD) kwenye kompyuta za kidijitali za kasi ya juu yamepunguza hitaji la majaribio ya njia ya upepo. Hata hivyo matokeo ya CFD bado si ya kuaminika kabisa, zana hii inatumika kuthibitisha ubashiri wa CFD.
