Arrastrar

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La resistencia frontal es una fuerza que impide el movimiento de los cuerpos en líquidos y gases. La resistencia frontal consta de dos tipos de fuerzas: fuerzas de fricción tangencial (tangencial) dirigidas a lo largo de la superficie del cuerpo y fuerzas de presión dirigidas a lo largo de la normal a la superficie. La fuerza de resistencia es una fuerza disipativa y siempre está dirigida contra el vector de velocidad del cuerpo en el medio. Junto con la fuerza de sustentación, es un componente de la fuerza aerodinámica total.

La fuerza de arrastre generalmente se representa como la suma de dos componentes: arrastre con elevación cero y arrastre inducido. Cada componente se caracteriza por su propio coeficiente de arrastre adimensional y una cierta dependencia de la velocidad de movimiento.

La resistencia frontal puede contribuir tanto a la formación de hielo en las aeronaves (a bajas temperaturas del aire) como al calentamiento de las superficies frontales de las aeronaves a velocidades supersónicas por ionización por impacto .

Flujo y forma de obstáculo	Resistencia a la forma	Influencia viscosidad de fricción
	0%	~100%
	~10%	~90%
	~90%	~10%
	100%	0%

Arrastrar a elevación cero

Este componente de resistencia no depende de la magnitud de la fuerza de sustentación creada y consiste en la resistencia del perfil del ala, la resistencia de los elementos estructurales de la aeronave que no contribuyen a la fuerza de sustentación y la resistencia de las olas . Este último es significativo cuando se mueve a velocidades supersónicas y cercanas, y es causado por la formación de una onda de choque que se lleva una parte significativa de la energía del movimiento. El arrastre de onda ocurre cuando la aeronave alcanza una velocidad correspondiente al número de Mach crítico , cuando parte del flujo alrededor del ala de la aeronave adquiere una velocidad supersónica . El número crítico M es mayor cuanto mayor es el ángulo de barrido del ala, más puntiagudo el borde de ataque del ala y más delgado es.

La fuerza de resistencia está dirigida contra la velocidad de movimiento, su valor es proporcional al área característica S, la densidad del medio ρ y el cuadrado de la velocidad V:

F=C_{F}{\frac {\rho V^{2}}{2}}S

{\ estilo de visualización C_ {F}}

- coeficiente de resistencia aerodinámica adimensional , obtenido a partir de criterios de similitud , por ejemplo, números de Reynolds y Froude en aerodinámica.

La definición del área característica depende de la forma del cuerpo:

en el caso más simple (bola) - el área de la sección transversal;
para alas y empenaje: el área del ala / empenaje en planta;
para hélices y rotores de helicópteros, ya sea el área de las palas o el área de barrido de la hélice;
para objetos submarinos aerodinámicos, el área de la superficie mojada;
para cuerpos alargados de revolución orientados a lo largo del flujo ( fuselaje , caparazón de dirigible ) - área volumétrica reducida igual a V 2/3 , donde V es el volumen del cuerpo.

La potencia requerida para vencer un componente dado de la fuerza de arrastre es proporcional al cubo de la velocidad ( ). $P=F\cdot V=C_{F}{\dfrac {\rho V^{3}}{2}}S$

Arrastre inductivo en aerodinámica

La resistencia inductiva ( del inglés lift-induced drag ) es una consecuencia de la formación de sustentación en un ala de envergadura finita. El flujo asimétrico alrededor del ala conduce al hecho de que el flujo de aire sale del ala en un ángulo con respecto al flujo en el ala (el llamado bisel de flujo). Así, durante el movimiento del ala, hay una aceleración constante de la masa de aire entrante en una dirección perpendicular a la dirección de vuelo y dirigida hacia abajo. Esta aceleración, en primer lugar, va acompañada de la formación de una fuerza de sustentación y, en segundo lugar, conduce a la necesidad de impartir energía cinética al flujo acelerado . La cantidad de energía cinética requerida para comunicar la velocidad al flujo, perpendicular a la dirección de vuelo, determinará el valor de la resistencia inductiva. La magnitud de la resistencia inductiva está influenciada no solo por la magnitud de la sustentación (por ejemplo, en el caso de un trabajo negativo de la sustentación, la dirección del vector de la resistencia inductiva es opuesta al vector de la fuerza debido a rozamiento tangencial), sino también por su distribución sobre la envergadura del ala. El valor mínimo de la reactancia inductiva se logra con una distribución elíptica de la fuerza de elevación a lo largo del tramo. Al diseñar un ala, esto se logra mediante los siguientes métodos:

la elección de una forma de ala racional en planta;
el uso del giro geométrico y aerodinámico;
instalación de superficies auxiliares - puntas de alas verticales .

La resistencia inductiva es proporcional al cuadrado de la fuerza de sustentación Y, e inversamente proporcional al área del ala S, su relación de aspecto , la densidad del medio ρ y el cuadrado de la velocidad V: $\lambda$

F_{i}=C_{F_{i}}{\frac {\rho V^{2}}{2}}S={\frac {C_{y}^{2}}{\pi \ lambda }}{\frac {\rho V^{2}}{2}}S={\frac {1}{\pi \lambda }}{\frac {Y^{2}}{{\frac {\ rho V^{2}}{2}}S}}

Por lo tanto, la resistencia inductiva hace una contribución significativa cuando se vuela a baja velocidad (y, como resultado, a ángulos de ataque elevados ). También aumenta a medida que aumenta el peso de la aeronave.

Resistencia total

Es la suma de todos los tipos de fuerzas de resistencia:

{\displaystyle F=F_{0}+F_{i))

Dado que la resistencia con elevación cero es proporcional al cuadrado de la velocidad, y la inductiva es inversamente proporcional al cuadrado de la velocidad, hacen diferentes contribuciones a diferentes velocidades. A medida que aumenta la velocidad , a disminuye, y la gráfica de la dependencia de la resistencia total con la velocidad ("curva de empuje requerida") tiene un mínimo en el punto de intersección de las curvas y , en el que ambas fuerzas de resistencia son iguales en magnitud . A esta velocidad, la aeronave tiene la menor resistencia para una sustentación determinada (igual al peso) y, por lo tanto, la calidad aerodinámica más alta . $F_{0}$ $F_{yo}$ $F_{0}$ ${\ Displaystyle F_ {yo}}$ $F$ $F_{0}$ $F_{yo}$

La potencia necesaria para superar la fuerza de resistencia parásita es proporcional al cubo de la velocidad, y la potencia necesaria para superar la resistencia inductiva es inversamente proporcional a la velocidad, por lo que la potencia total también tiene una dependencia no lineal de la velocidad. A cierta velocidad, la potencia (y, por lo tanto, el consumo de combustible) se vuelve mínima: esta es la velocidad del vuelo más largo (merodeo). La velocidad a la que se alcanza la relación mínima entre potencia (consumo de combustible) y velocidad de vuelo es la velocidad de alcance máximo o velocidad de crucero .

Véase también

Literatura

Yuriev BN Aerodinámica experimental . Parte II Resistencia inductiva, NKOP URSS, 1938, 275 p.

Enlaces

Arrastre aerodinámico : artículo de la Gran Enciclopedia Soviética .
Resistencia aerodinámica - Artículo de la Enciclopedia de Física

Fuerzas que actúan sobre el plano.
fuerza de elevación Gravedad empuje Arrastrar