Luftwiderstand

In der Aerodynamik ist der Luftwiderstand der Fluidwiderstandskraft, die auf jedem bewegten Festkörpers in der Richtung des Fluidfreestream Fluss wirkt. Aus körper Sicht kommt die Schlepp von Kräften aufgrund von Druckverteilungen über die Körperoberfläche, symbolisiert, und Kräfte aufgrund von Oberflächenreibung, die ein Ergebnis der Viskosität, bezeichnet ist. Alternativ kann aus dem Strömungsfeld Perspektive berechnet, kommt die Widerstandskraft von drei Naturphänomene: Schockwellen, Wirbelblatt und Viskosität.

Einbringen

Die Druckverteilung auf der Körperoberfläche ausübt, Normalkräfte, die summiert und in die Freistrom-Richtung projiziert wird, repräsentieren die Widerstandskraft aufgrund des Druckes. Die Natur dieser Normalkräfte kombiniert Stoßwelleneffekte, Wirbelsystem Generation Effekte und wachen viskose Mechanismen alle zusammen.

Wenn die Viskosität Wirkung über die Druckverteilung sich betrachtet, wird die verbleibende Zugkraft genannte Druckwiderstand. In der Abwesenheit von der Viskosität, die Druckkräfte auf das Fahrzeug gegenseitig aufheben und daher ist der Widerstand Null. Druckwiderstand ist die dominante Komponente in dem Fall von Fahrzeugen mit Bereichen abgelöster Strömung, wobei das Druckrückgewinnung ist ziemlich unwirksam.

Die Reibungswiderstandskraft, die eine tangentiale Kraft auf der Flugzeugoberfläche ist, hängt im wesentlichen von Grenzschicht-Konfiguration und Viskosität. Der berechnete Reibungswiderstand verwendet die x-Projektion des viskosen Spannungstensors für jedes diskretisierte Körperoberfläche ausgewertet.

Die Summe der Reibungswiderstand und Druckwiderstand wird als Reibungswiderstand. Diese Widerstandskomponente berücksichtigt den Einfluss der Viskosität. In einem thermodynamischen Perspektive, viskose Effekte stellen irreversible Phänomene und daher Entropie erzeugen sie. Die berechneten Reibungswiderstand Verwendung Entropie Änderungen genau vorherzusagen, die Widerstandskraft.

Wenn das Flugzeug erzeugt Lift, kommt ein anderer Widerstandskomponente in. Induzierten Widerstand, symbolisiert, entsteht aufgrund einer Änderung auf die Druckverteilung aufgrund des nachfolgenden Wirbels-System, das den Lift Produktion begleitet. Induzierten Widerstand neigt dazu, die wichtigste Komponente für Flugzeuge bei Start oder Landung Flug sein. Andere Widerstandskomponente, nämlich Wellenwiderstand ,, kommt von Schockwellen in transsonischen und Überschallfluggeschwindigkeiten. Die Schockwellen induziert Veränderungen in der Grenzschicht und die Druckverteilung über die Körperoberfläche. Es ist erwähnenswert, dass nicht nur Reibungseffekten sondern auch Schockwellen induziert irreversible Phänomene und als Folge können sie durch Entropieanderungen entlang der Domäne als auch gemessen werden. In der folgenden Abbildung ist eine Zusammenfassung der verschiedenen Aspekte zuvor diskutiert.

Theoretische Aspekte der Fernfeld / Nahfeld-Balance

Die Widerstandskraft Berechnung kann mit dem Integral der Kraft Gleichgewicht in der Freestream Richtung durchgeführt werden,

umgibt der Körper steht für die Vereinigung von zwei nicht verbundene Oberflächen,

wo der Flugzeugoberfläche ist die Austrittsfläche und stellt sowohl die laterale und Eintrittsflächen. Im allgemeinen wird das Fernfeld-Steuervolumen in den Grenzen der Domäne befindet, und die Auswahl wird vom Benutzer definiert. In Unterabschnitt \ ref {} SGF werden weitere Überlegungen zur richtigen Auswahl des Fernfeld-Grenze gegeben, so dass für die gewünschten Fließeigenschaften.

Gleichung kann in zwei Flächenintegrale zerlegt werden, was

Die rechte Seite integral in Gl. \ Für die Reaktionskräfte des Flugzeuges. Der linke Seiten Integral in Gl. \ Der durch das Fluid ausgeübten Gesamtkraft. Mathematisch lassen sich diese beiden Integrale äquivalent. Allerdings wird die numerische Integration dieser Bedingungen kaum zu dem gleichen Ergebnis führen, da die Lösung wird angenähert. In der Terminologie der Computational Fluid Dynamics, wenn die Integration erfolgt mit dem linken Integral in Gl. \ Wird das Nahfeld-Verfahren verwendet. Andererseits, wenn die Integration der rechten Seite in Gl. berechnet wird, wird das Fernfeld-Methode berücksichtigt.

Die Widerstandskraft Gleichgewicht wird mathematisch durch Gleichung gewährleistet ist. \, Das heißt, das sich ergebende Bremskraft ausgewertet unter Verwendung des Nahfeldlichts Ansatz gleich der Widerstandskraft durch das Fernfeld-Ansatz, extrahiert werden. Die richtige Drag Zusammenbruch in dieser Arbeit betrachtet wird

Geschichte

Die Idee, dass ein sich bewegender Körper durch die Luft oder ein anderes Fluid Begegnungen Widerstand vorbei war seit der Zeit des Aristoteles bekannt. Louis Charles Breguet Papier 1922 begannen die Bemühungen um den Luftwiderstand durch die Rationalisierung zu reduzieren. Breguet fuhr fort, seine Ideen in die Praxis durch die Gestaltung mehrere Rekordflugzeug 1920er und 1930er Jahren gelegt. Ludwig Prandtl der Grenzschichttheorie in den 1920er Jahren den Anstoß zur Hautreibung zu minimieren. Ein weiterer großer Aufruf zur Straffung wurde von Sir Melvill Jones, der die theoretischen Konzepte zur Verfügung gestellt, um mit Nachdruck zeigen die Bedeutung der Straffung im Flugzeugbau gefertigt. Im Jahr 1929 war sein Papier "Die Streamline Airplane" der Royal Aeronautical Society präsentiert bahnbrechenden. Er schlug vor, eine ideale Flugzeug, das einem minimalen Luftwiderstand, der den Konzepten eines "sauberen" Eindecker und Einziehfahrwerk geführt hätte. Der Aspekt der Jones 'Papier, das die meisten schockiert die Designer der Zeit war seine Handlung des gegen-Geschwindigkeit erforderlich Pferdestärken, für eine tatsächliche und einer idealen Ebene. Indem man einen Datenpunkt für ein gegebenes Luftfahrzeug und Extrapolation horizontal zu der idealen Kurve kann die Geschwindigkeitsverstärkung für die gleiche Leistung zu erkennen. Wenn Jones beendete seine Präsentation, ein Mitglied des Publikums beschrieben die Ergebnisse als mit dem gleichen Stellenwert wie die Carnot-Prozess in der Thermodynamik.

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