Come trovare la forza di resistenza. Resistenza (aerodinamica)

Siamo così abituati a essere circondati dall’aria che spesso non le prestiamo attenzione. Si tratta innanzitutto di problemi tecnici applicati, quando si risolvono i quali all'inizio ci si dimentica che esiste una forza resistenza dell'aria.

Ricorda se stessa in quasi ogni azione. Anche se guidiamo una macchina, anche se voliamo su un aereo, anche se lanciamo solo sassi. Cerchiamo quindi di capire quale sia la forza della resistenza dell'aria utilizzando casi semplici come esempi.

Ti sei mai chiesto perché le auto hanno una forma così aerodinamica e una superficie liscia? Ma in realtà è tutto molto chiaro. La forza di resistenza dell'aria è composta da due quantità: la resistenza all'attrito della superficie del corpo e la resistenza della forma del corpo. Al fine di ridurre e ottenere una riduzione delle irregolarità e delle rugosità sulle parti esterne nella produzione di automobili e qualsiasi altro Veicolo.

Per fare questo, sono innescati, verniciati, lucidati e verniciati. Tale lavorazione delle parti porta al fatto che la resistenza dell'aria che agisce sull'auto diminuisce, la velocità dell'auto aumenta e il consumo di carburante durante la guida diminuisce. La presenza di una forza di resistenza si spiega con il fatto che quando un'auto si muove, l'aria viene compressa e davanti ad essa si crea un'area locale. ipertensione, e dietro di esso, di conseguenza, una regione di rarefazione.

Va notato che all'aumentare della velocità del veicolo, il contributo principale alla resistenza è dato dalla forma dell'auto. La forza di resistenza, la cui formula di calcolo è riportata di seguito, determina i fattori da cui dipende.

Forza di resistenza = Cx*S*V2*r/2

dove S è l'area di proiezione anteriore della macchina;

Considerazione del coefficiente Cx;

Come è facile vedere da quanto sopra, la resistenza non dipende dalla massa dell'auto. Il contributo principale proviene da due componenti: il quadrato della velocità e la forma dell'auto. Quelli. Quando la velocità raddoppia, la resistenza quadruplica. Ebbene, la sezione trasversale dell'auto ha un'influenza significativa. Più l'auto è aerodinamica, minore è la resistenza dell'aria.

E nella formula c'è un altro parametro che richiede semplicemente di prestare molta attenzione: la densità dell'aria. Ma la sua influenza è già più evidente durante i voli aerei. Come sai, la densità dell'aria diminuisce con l'aumentare dell'altitudine. Ciò significa che la forza della sua resistenza diminuirà di conseguenza. Tuttavia, per un aereo, gli stessi fattori continueranno a influenzare la quantità di resistenza fornita: velocità e forma.

Non meno interessante è la storia dello studio dell'influenza dell'aria sulla precisione del tiro. Lavori di questo tipo furono eseguiti molto tempo fa; le loro prime descrizioni risalgono al 1742; Gli esperimenti sono stati effettuati in paesi diversi, con diverse forme di proiettili e conchiglie. Come risultato della ricerca, sono state determinate la forma ottimale del proiettile e il rapporto tra le parti della testa e della coda e sono state sviluppate tabelle balistiche del comportamento del proiettile in volo.

Successivamente, furono condotti studi sulla dipendenza del volo di un proiettile dalla sua velocità, la forma del proiettile continuò a essere elaborata e fu sviluppato e creato uno speciale strumento matematico: il coefficiente balistico. Mostra il rapporto tra le forze di resistenza aerodinamica che agiscono sul proiettile.

L'articolo discute quale sia la forza della resistenza dell'aria e fornisce una formula che consente di determinare l'entità e il grado di influenza vari fattori sull'entità della resistenza, viene considerato il suo impatto in diversi campi della tecnologia.

L'entità della forza di resistenza dell'aria dipende dalla forma del proiettile, dallo stato della superficie del suo corpo, dall'area della sua sezione trasversale più grande, dalla densità dell'aria, dalla velocità del proiettile rispetto all'aria, dalla velocità della propagazione del suono e della posizione dell'asse longitudinale del proiettile rispetto al vettore velocità del proiettile.

Consideriamo brevemente come i fattori sopra elencati influenzano l'entità della forza di resistenza dell'aria.

Forma e condizioni della superficie del proiettile. L'influenza della forma del proiettile e dello stato della sua superficie sull'entità della forza di resistenza dell'aria è stata indicata considerando i fattori che determinano il verificarsi della forza di resistenza dell'aria.

Riso. 12. L'influenza della forma del proiettile sulla formazione della testa e della coda

onde e turbolenze dietro il proiettile:

UN- proiettile cilindrico; b - proiettile a sfera (nucleo); V- un proiettile oblungo con una parte cilindrica di cintura (una vecchia granata ad alto esplosivo);

G-proiettile oblungo con una parte conica della cintura

La dipendenza dell'entità della resistenza delle onde e dei vortici dalla forma del proiettile è chiaramente visibile in Fig. 12, che mostra istantanee di proiettili sparati approssimativamente con la stessa velocità iniziale.

Le onde e turbolenze più piccole si ottengono da un proiettile che ha la testa più appuntita e la parte inferiore smussata, le onde e turbolenze più grandi si ottengono da un proiettile cilindrico.

Ma va tenuto presente che quando si sceglie la forma ottimale del proiettile, è necessario, oltre a ridurre la resistenza dell'aria, garantire la stabilità del volo del proiettile, uso razionale metallo, attrezzatura e azione effettiva del proiettile sul bersaglio; quindi le conchiglie vari tipi hanno forme diverse.

La dipendenza dell'entità della forza di resistenza dell'aria dalla forma del proiettile è espressa dal coefficiente di forma io.

Per un proiettile di questo tipo, la cui forma è presa come standard, il coefficiente di forma è considerato uguale all'unità. Quando la forma del proiettile cambia rispetto a quella di riferimento, il coefficiente di forma viene determinato sperimentalmente.

Area della sezione trasversale più ampia. Se l'angolo di nutazione δ = 0, quindi quantità particelle elementari aria che il proiettile incontrerà nel suo cammino, con altre pari condizioni dipenderà dall'area della sua sezione trasversale più grande. Come area più ampia sezione trasversale del proiettile, quanto più particelle elementari d'aria agiranno sul proiettile, tanto maggiore sarà la forza di resistenza dell'aria. I dati sperimentali mostrano che la forza della resistenza dell'aria cambia in proporzione alla variazione dell'area della sezione trasversale del proiettile.

Densità dell'aria. La densità dell'aria si riferisce alla massa d'aria per unità di volume. Una variazione della massa dell'aria per unità di volume può verificarsi a causa di una variazione del numero di particelle elementari (molecole) per unità di volume, oppure a causa di una variazione della massa di ciascuna particella. Se, ad esempio, la densità dell'aria è aumentata, ciò significa che o è aumentato il numero di particelle elementari in ciascuna unità di volume d'aria, oppure è aumentata la massa delle particelle (o entrambi insieme), e in tal caso, allora la forza d'azione dell'aria su ciascuna unità di superficie del proiettile aumenterà, quindi aumenterà la resistenza totale dell'aria.

È stato stabilito che la forza della resistenza dell'aria cambia in proporzione alla variazione della densità dell'aria.

Velocità del proiettile. La ricerca mostra che la forza della resistenza dell'aria è direttamente proporzionale al quadrato della velocità del proiettile rispetto all'aria. Se, ad esempio, la velocità di un proiettile rispetto all'aria raddoppia, la forza della resistenza dell'aria aumenterà di quattro volte.

Ciò è spiegato dal fatto che, in primo luogo, con l’aumento della velocità del proiettile, esso incontrerà sul suo percorso più particelle d’aria elementari in ciascuna unità di tempo e, in secondo luogo, l’inerzia delle particelle d’aria a velocità maggiore “deve essere superato dal proiettile in un momento di tempo più breve, il che causerà una maggiore resistenza da parte delle particelle d'aria.

La velocità di propagazione del suono nell'aria. La formazione della resistenza d'onda, come mostrato sopra, avviene nel momento in cui aumenta la velocità del proiettile uguale velocità suono, cioè nel momento in cui,

Dove v- velocità del proiettile e UN-velocità del suono nell'aria.

La velocità del suono nell'aria non è costante (dipende dalla temperatura e dall'umidità dell'aria). Di conseguenza, alla stessa velocità del proiettile, a causa dei cambiamenti nella velocità del suono nell'aria, l'entità della resistenza dell'onda e della forza di resistenza dell'aria nel suo insieme può essere diversa. La dipendenza dell'entità della forza di resistenza dell'aria dalla velocità di propagazione del suono è presa in considerazione da un coefficiente speciale. Grandezza , dipende dalla dimensione e dalla forma del proiettile. Il grafico di questa dipendenza è mostrato in Fig. 13.

Riso. 13. Grafico della funzione:

UN.- un proiettile con una parte cilindrica della cintura (una vecchia granata ad alto esplosivo);

b - proiettile oblungo con una parte conica della cintura

La posizione dell'asse longitudinale del proiettile rispetto alla tangente alla traiettoria (vettore velocità). Il volo di un proiettile nell'aria è accompagnato da un complesso movimenti oscillatori attorno al centro di gravità, per cui l'asse longitudinale del proiettile non è allineato con la direzione del volo (con il vettore velocità), cioè compaiono angoli di nutazione.

Quando si verifica l'angolo di nutazione, il proiettile non vola più con la testa in avanti, ma espone parte della sua superficie laterale al flusso d'aria in arrivo. Per questo motivo, anche le condizioni del flusso d'aria attorno al proiettile peggiorano drasticamente.

Tutto ciò aumenta notevolmente la forza della resistenza dell'aria. Per ridurre l'influenza di questo fattore, vengono prese misure per stabilizzare il volo del proiettile, cioè per ridurre gli angoli di nutazione.

Pertanto, l’influenza di vari fattori sull’entità della forza di resistenza dell’aria è complessa e sfaccettata. Pertanto, la forza di resistenza dell'aria viene solitamente determinata sperimentalmente nelle condizioni in cui la forza di resistenza dell'aria durante l'intero movimento è applicata al suo centro di gravità e diretta tangenzialmente alla traiettoria, cioè non ci sono angoli di nutazione.

L'entità della forza di resistenza dell'aria è espressa da varie formule empiriche. Uno dei più comuni ha la forma

(1.7)

Dove R- l'entità della forza di resistenza dell'aria, kg;

io- fattore di forma;

S- area della sezione trasversale del proiettile, m2;

ρ - densità dell'aria (massa 1 m 3 dell'aria data è uguale a

Dove P- peso 1 m 3 aria o densità ponderale dell'aria);

v- velocità del proiettile rispetto all'aria, SM;

Coefficiente empirico che tiene conto dell'influenza della quantità

il rapporto tra la velocità del proiettile e la velocità del suono a seconda della forma del proiettile.

Nella formula 1.7 la quantità ha un significato autonomo, perché non è altro che energia cinetica, o forza viva 1 m 3 aria. Questo valore è chiamato pressione di velocità.

Lezione 10

Argomento 4. Attività 2. Lo schianto di una conchiglia nel vento

1. Accelerare o sostenere il vento. Avvantaggiamento trasversale e coefficiente balistico.

2. La necessità di accettare il mondo per garantire la stabilità del proiettile sul campo.

3. Lo schianto di un proiettile strettamente avvolto nel campo. Derivazione.

Come risultato di numerosi esperimenti, studi e generalizzazioni teoriche, è stata stabilita una formula per calcolare la forza della resistenza dell'aria

dove S è l'area della sezione trasversale del proiettile,

c è la massa d'aria in determinate condizioni atmosferiche;

Velocità del proiettile;

- un coefficiente sperimentale dipendente dalla formula bullet e un numero tratto da tabelle precompilate.

L'entità della forza di resistenza dipende dai seguenti fattori:

Area della sezione trasversale di un proiettile. Pertanto, la forza della resistenza dell'aria è direttamente proporzionale alla sezione trasversale del proiettile;

- densità dell'aria. La formula mostra che la forza della resistenza dell'aria è direttamente proporzionale alla densità dell'aria. Le tabelle di ripresa sono compilate per condizioni atmosferiche normali. In caso di deviazione temperatura effettiva e la pressione rispetto ai valori normali è necessaria per apportare correzioni quando si utilizzano tavoli di tiro;

- velocità del proiettile. La dipendenza della forza di resistenza dell'aria dalla velocità del proiettile è espressa da una legge complessa. La formula include i termini V 2 e stabilire la dipendenza della forza di resistenza dell'aria dalla velocità. Per studiare questa dipendenza, considera un grafico che mostra come la velocità del proiettile influisce sulla forza della resistenza dell'aria (Fig. 8).

Programma 1 - Dipendenza della forza di trascinamento dalla velocità del proiettile

Si ottengono grafici dall'aspetto simile per proiettili di artiglieria. Dal grafico segue che la forza della resistenza dell'aria aumenta con l'aumentare della velocità del proiettile. L'aumento della forza di trascinamento fino ad una velocità di 240 m/sec è relativamente lento. A velocità prossime a quella del suono, la forza della resistenza dell'aria aumenta notevolmente. Ciò è spiegato dalla formazione di un'onda balistica e, in relazione a ciò, da un aumento della differenza di pressione dell'aria sulla testa e sulle parti inferiori del proiettile;

- forme di proiettili. La forma del punto elenco influisce in modo significativo sulla funzione inclusa nella formula. La questione della forma del proiettile più vantaggiosa è estremamente complessa e non può essere risolta sulla base di balistica esterna. Molto fattore importante quando si sceglie la forma di un proiettile, è: lo scopo del proiettile, il metodo per guidarlo lungo la rigatura, il calibro e il peso del proiettile, il dispositivo dell'arma a cui è destinato, ecc.

Per ridurre l'effetto dell'eccessiva pressione dell'aria, è necessario affilare e allungare la testa del proiettile. Ciò provoca una certa rotazione della parte anteriore dell'onda della testa, a causa della quale sovrapressione aria sulla testa del proiettile. Questo fenomeno può essere spiegato dal fatto che man mano che la parte della testa diventa più affilata, diminuisce la velocità con cui le particelle d'aria vengono respinte lateralmente dalla superficie del proiettile.

L'esperienza dimostra che la forma della testa del proiettile gioca un ruolo minore nella resistenza dell'aria. Il fattore principale è l'altezza della parte della testa e il modo in cui è interfacciata con la parte principale. Di solito, la generatrice della parte della testa del proiettile viene considerata un arco di cerchio, il cui centro si trova alla base della parte della testa o leggermente al di sotto di essa (Fig. 9). La parte della coda è spesso realizzata sotto forma di un tronco di cono con un angolo di inclinazione della generatrice (Fig. 10).

Figura 8 - Forma della parte ogiva del proiettile

Figura 9 - Forma del fondo del proiettile

Il flusso d'aria attorno alla sezione conica della coda è molto migliore. Regione bassa pressione quasi assente e la formazione di vortici è molto meno intensa. Dal punto di vista della balistica esterna è vantaggioso rendere possibilmente più corta la parte anteriore del proiettile. Ma con una parte anteriore corta, la corretta influenza del proiettile sulla rigatura della canna è difficile: è possibile smontare il bossolo. Va notato che si può parlare della forma più vantaggiosa di un proiettile solo per una certa velocità, poiché per ogni velocità esiste la sua forma più vantaggiosa.

Nella fig. 9 mostra le forme più vantaggiose di proiettili per varie velocità. L'asse orizzontale mostra le velocità dei proiettili e l'asse verticale mostra le altezze dei proiettili in calibri.

Figura 9 - Dipendenza della lunghezza relativa del proiettile dalla velocità

Come puoi vedere, all'aumentare della velocità, la lunghezza della parte della testa e la lunghezza totale del proiettile aumentano e la parte della coda diminuisce. Questa dipendenza è spiegata dal fatto che alle alte velocità la maggior parte della forza di resistenza dell'aria ricade sulla parte della testa. Pertanto, l'attenzione principale è rivolta alla riduzione della resistenza della parte della testa, che si ottiene affilandola e allungandola. La parte posteriore del proiettile in questo caso è corta in modo che il proiettile non sia troppo lungo.

A basse velocità del proiettile, la pressione dell'aria sulla parte della testa è piccola e il vuoto dietro questa parte, sebbene inferiore a quello delle alte velocità, costituisce una percentuale significativa della forza di resistenza dell'aria totale. Pertanto, è necessario realizzare una parte di coda conica relativamente lunga del proiettile per ridurre l'effetto dello spazio scaricato. La parte della testa può essere più corta, poiché in questo caso la sua lunghezza ha meno importanza. L'affilatura della coda è particolarmente elevata per i proiettili la cui velocità meno velocità suono. In questo caso, la forma a goccia è più vantaggiosa. Questa forma è data alle mine e alle bombe aeree.

Esperimenti per definizione

Dal 1860 sono stati condotti esperimenti in diversi paesi con proiettili di vari calibri e forme per determinare.

Programma 2 - Curve per varie forme conchiglie: 1, 2, 3 - di forma simile; 4 - proiettile leggero

Esaminando le curve di proiettili di forma simile, ci si può convincere che anche loro lo abbiano aspetto simile. Ciò consente di esprimere approssimativamente per un certo proiettile in termini di un altro proiettile, preso come standard, utilizzando un fattore costante i:

Questo moltiplicatore, o il rapporto tra un dato proiettile e un altro proiettile preso come standard, è chiamato coefficiente di forma del proiettile. Per determinare il coefficiente di forma di un proiettile, è necessario trovare sperimentalmente la forza di resistenza dell'aria per qualsiasi velocità. Quindi utilizzando la formula che puoi trovare

Dividendo l'espressione risultante per otteniamo il fattore di forma

Diversi scienziati hanno dato diverse espressioni matematiche per il calcolo. Ad esempio, Siachi (grafico 3) ha espresso la legge di resistenza con la seguente formula

dove F(V) - funzione di resistenza.

Grafico 3 - Legge di Resistenza

Funzione resistenza N.V Maievskij e N.A. Zabudsky è inferiore alla funzione di resistenza Siacci. Fattore di conversione dalla legge di resistenza di Siacci alla legge di resistenza di N.V. Mayevski e N.A. La media di Zabudsky è 0,896.

Presso l'Accademia di artiglieria di ingegneria militare dal nome. FE. Dzerzhinsky ha derivato la legge della resistenza dell'aria per i proiettili a lungo raggio. Questa legge è stata ottenuta sulla base dell'elaborazione dei risultati di tiri speciali con proiettili e proiettili a lungo raggio. Le funzioni di resistenza in questa legge sono scelte in modo tale che nei calcoli balistici per proiettili a lungo raggio, così come per proiettili e proiettili piumati (mine), il coefficiente di forma sia il più vicino possibile all'unità. La funzione per velocità inferiori a 256 m/sec o superiori a 1410 m/sec può essere espressa come monomio. Determiniamo il coefficiente

Per V< 256 м/ сек

Per V > 1410 m/s

Quando si specifica un fattore di forma, è necessario sempre indicare in relazione a quale legge di resistenza viene fornito. Nella formula per determinare la forza della resistenza dell'aria, sostituendo ce la caviamo, otteniamo

Il valore medio del coefficiente di forma per la legge di resistenza di Siacci è riportato nella tabella. 3.

Tabella 3 - i valori per vari proiettili e proiettili

È una componente della forza aerodinamica totale.

La forza di resistenza è solitamente rappresentata come la somma di due componenti: resistenza a portanza zero e resistenza indotta. Ogni componente è caratterizzato da un proprio coefficiente di resistenza adimensionale e da una certa dipendenza dalla velocità di movimento.

Lagna può contribuire ad entrambe le glasse aereo(A basse temperature aria) e provocano il riscaldamento delle superfici frontali dell'aereo a velocità supersoniche mediante ionizzazione da impatto.

Trascina a portanza zero

Questa componente di resistenza non dipende dall'entità della forza di portanza creata ed è costituita dalla resistenza del profilo dell'ala, dalla resistenza degli elementi strutturali dell'aereo che non contribuiscono alla portanza e dalla resistenza delle onde. Quest'ultimo è significativo quando ci si muove a velocità vicine e supersoniche ed è causato dalla formazione onda d'urto, portando via una parte significativa dell'energia del movimento. La resistenza delle onde si verifica quando l'aereo raggiunge una velocità corrispondente al numero di Mach critico, quando parte del flusso che scorre attorno all'ala dell'aereo acquisisce una velocità supersonica. Maggiore è il numero critico M, maggiore è l'angolo di apertura dell'ala, più appuntito è il bordo d'attacco dell'ala e più sottile è.

La forza di resistenza è diretta contro la velocità del movimento, la sua grandezza è proporzionale all'area caratteristica S, alla densità del mezzo ρ e al quadrato della velocità V:

C X 0 è il coefficiente di resistenza aerodinamica adimensionale, ottenuto da criteri di somiglianza, ad esempio i numeri di Reynolds e Froude in aerodinamica.

La determinazione dell'area caratteristica dipende dalla forma del corpo:

• nel caso più semplice (palla) - area della sezione trasversale;
• per ali e impennaggi: l'area dell'ala/impennaggio in pianta;
• per eliche e rotori di elicotteri - l'area delle pale o l'area spazzata del rotore;
• per corpi oblunghi orientati alla rotazione lungo flusso (fusoliera, guscio del dirigibile) - area volumetrica ridotta pari a V 2/3, dove V è il volume del corpo.

La potenza richiesta per superare una determinata componente della forza di trascinamento è proporzionale a Cuba velocità.

Reattanza induttiva

Reattanza induttiva(Inglese) resistenza indotta dalla portanza) è una conseguenza della formazione di portanza su un'ala di luce finita. Il flusso asimmetrico attorno all'ala porta al fatto che il flusso d'aria fuoriesce dall'ala in un angolo rispetto al flusso incidente sull'ala (il cosiddetto smusso di flusso). Pertanto, durante il movimento dell'ala, si verifica un'accelerazione costante della massa d'aria in entrata in una direzione perpendicolare alla direzione del volo e diretta verso il basso. Questa accelerazione, in primo luogo, è accompagnata dalla formazione di una forza di sollevamento e, in secondo luogo, porta alla necessità di conferire energia cinetica al flusso in accelerazione. Quantità energia cinetica, necessario per impartire al flusso una velocità perpendicolare alla direzione del volo, e determinerà la quantità di reattanza induttiva.

L’entità della resistenza indotta è influenzata non solo dall’entità della forza di portanza, ma anche dalla sua distribuzione lungo l’apertura alare. Il valore minimo della resistenza induttiva si ottiene con una distribuzione ellittica della forza di portanza lungo la campata. Quando si progetta un'ala, ciò si ottiene utilizzando i seguenti metodi:

• scelta di una pianta alare razionale;
• l'uso della torsione geometrica e aerodinamica;
• installazione di superfici ausiliarie - punte alari verticali.

La reattanza induttiva è proporzionale piazza forza di sollevamento Y e inversamente area alare S, il suo allungamento λ, densità media ρ e piazza velocità V:

Pertanto, la resistenza indotta fornisce un contributo significativo quando si vola a basse velocità (e, di conseguenza, ad angoli di attacco elevati). Aumenta anche all'aumentare del peso dell'aereo.

Resistenza totale

È la somma di tutti i tipi di forze di resistenza:

X = X 0 + X io

Dalla resistenza a portanza zero X 0 è proporzionale al quadrato della velocità e all'induttivo X io- è inversamente proporzionale al quadrato della velocità, quindi danno contributi diversi velocità diverse. Con l'aumentare della velocità, X 0 sta crescendo e X io- cadute e il grafico della resistenza totale X sulla velocità (“curva di spinta richiesta”) ha un minimo nel punto di intersezione delle curve X 0 e X io, in cui entrambe le forze di resistenza hanno la stessa grandezza. A questa velocità, l’aereo ha la minima resistenza per una data forza di portanza ( pari al peso), e quindi la massima qualità aerodinamica.

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Formazione della forza di resistenza dell'aria. Nella fig. 78 e 81 mostrano i flussi d'aria generati durante il movimento di un'autovettura e di un camion. Forza di resistenza dell'aria Pwè costituito da diversi componenti, il principale dei quali è la forza di trascinamento. Quest'ultimo si verifica a causa del fatto che quando l'auto si muove (vedi Fig. 78), davanti ad essa si crea una pressione eccessiva +AR aria e nella parte posteriore ridotta -AR(rispetto a pressione atmosferica). La pressione dell'aria davanti all'auto crea resistenza al movimento in avanti, e la rarefazione dell'aria dietro l'auto crea una forza che tende a spostare l'auto all'indietro. Quindi di più differenza pressione davanti e dietro l'auto, il più potenza resistenza e la differenza di pressione, a sua volta, dipende dalle dimensioni, dalla forma dell'auto e dalla sua velocità.

Riso. 78.

Riso. 79.

Nella fig. 79 mostra i valori (in unità convenzionali) di resistenza a seconda della forma del corpo. La figura mostra che quando la parte anteriore è aerodinamica, la resistenza dell'aria si riduce del 60%, mentre quando la parte posteriore è aerodinamica solo del 15%. Ciò indica che la pressione dell'aria creata davanti all'auto ha un'influenza maggiore sulla formazione della forza di resistenza dell'aria rispetto al vuoto dietro l'auto. L'aerodinamica della parte posteriore dell'auto può essere giudicata dal lunotto: con una buona forma aerodinamica non sarebbe

Sembra sporco e, se il flusso d'aria è scarso, il lunotto aspira la polvere.

Nel bilancio complessivo delle forze di resistenza dell'aria, la forza di resistenza rappresenta circa il 60%. Altri componenti includono: resistenza derivante dal passaggio dell'aria attraverso il radiatore e il vano motore; resistenza creata da superfici sporgenti; resistenza all'attrito dell'aria sulla superficie e altre resistenze aggiuntive. I valori di tutti questi componenti sono dello stesso ordine.

Forza di resistenza totale dell'aria Pw concentrato nel centro della derivazione, che è il centro zona più grande sezioni di un corpo su un piano perpendicolare alla direzione del movimento. In generale il centro della vela non coincide con il centro di massa dell'auto.

La forza di resistenza dell'aria è il prodotto della sezione trasversale del corpo e della pressione della velocità dell'aria, tenendo conto della razionalizzazione della forma:

Dove c x - coefficiente di resistenza adimensionale (aerodinamico) resistenza, tenendo conto della razionalizzazione; /'-area frontale o area di proiezione frontale, m2; Q= 0,5p B v a 2 - pressione della velocità dell'aria, N/m 2. Come si può vedere dalle dimensioni, la pressione della velocità dell'aria è una forza specifica che agisce per unità di superficie.

Sostituendo l'espressione della pressione cinetica nella formula (114), otteniamo

dove v a è la velocità dell'auto; r in - densità dell'aria, kg/m 3.

Quadrato frontale

dove a è il fattore di riempimento dell'area; a = 0,78...0,80 per le autovetture e a = 0,75...0,90 per i camion; H a , V a - valori più alti rispettivamente la larghezza e l'altezza dell'auto.

Anche la forza della resistenza dell'aria viene calcolata utilizzando la formula

Dove k w = 0,5c x p - coefficiente di resistenza dell'aria, avente la dimensione della densità dell'aria - kg/m 3 o N s 2 /m 4. Al livello del mare, dove la densità dell’aria p = 1.225 kg/m3, k w = 0,61 cx, kg/m3.

Significato fisico dei coefficienti kw E cxè che caratterizzano le proprietà aerodinamiche dell'auto.

Prove aerodinamiche della vettura. Le caratteristiche aerodinamiche dell'auto vengono studiate in una galleria del vento, una delle quali è stata costruita presso il Centro di ricerca russo per il test e lo sviluppo di veicoli a motore. Consideriamo il metodo sviluppato in questo centro per testare un'auto nella galleria del vento.

Nella fig. 80 mostra il sistema di assi di coordinate e la direzione di azione delle componenti della forza aerodinamica totale. Durante le prove vengono determinati le seguenti forze e momenti: forza di resistenza aerodinamica frontale Rx, forza laterale R, sollevare PV momento di rotolamento Mx, momento di ribaltamento Mio, momento di svolta Mv

Riso. 80.

Durante il test, il veicolo viene montato su bilance aerodinamiche a sei componenti e fissato alla piattaforma (vedere Fig. 80). Il veicolo deve essere rifornito, equipaggiato e caricato in conformità con documentazione tecnica. La pressione dell'aria nei pneumatici deve essere conforme alle istruzioni operative di fabbrica. I test sono controllati da un computer secondo il programma per test di peso standard automatizzati. Durante il test, uno speciale ventilatore crea flussi d'aria che si muovono ad una velocità compresa tra 10 e 50 m/s con un intervallo di 5 m/s. È possibile creare diversi angoli del flusso d'aria sul veicolo rispetto all'asse longitudinale. I valori delle forze e dei momenti riportati in Fig. 80 e 81, registra ed elabora i dati informatici.

Durante il test viene misurata anche la velocità (dinamica) della pressione atmosferica. Q. Sulla base dei risultati della misurazione, il computer calcola i coefficienti delle forze e dei momenti sopra elencati, da cui presentiamo la formula per il calcolo del coefficiente di resistenza:

Dove Q- pressione dinamica; F- zona frontale.

Altri coefficienti ( Con sì, c v s tx, s tu, c mz) vengono calcolati in modo simile sostituendo il valore corrispondente al numeratore.

Il lavoro si chiama fattore di resistenza aerodinamica O fattore di razionalizzazione.

Valori del coefficiente di resistenza dell'aria kw E cx per le automobili tipi diversi sono riportati di seguito.

Modi per ridurre la resistenza dell'aria. Per ridurre la resistenza, le proprietà aerodinamiche di un'auto o di un autotreno vengono migliorate: nelle autovetture viene modificata la forma della carrozzeria (soprattutto) e nei camion vengono utilizzate carenature, un tendalino e un parabrezza inclinato.

Antenna, specchio aspetto, portapacchi, fari aggiuntivi e altre parti sporgenti o finestrini aperti aumentano la resistenza dell'aria.

La forza di resistenza dell'aria di un autotreno dipende non solo dalla forma delle singole maglie, ma anche dall'interazione dei flussi d'aria che circolano attorno alle maglie (Fig. 81). Negli intervalli tra loro si formano ulteriori turbolenze, che aumentano la resistenza totale dell'aria al movimento dell'autotreno. Per gli autotreni che si muovono lungo le autostrade con ad alta velocità, il consumo di energia per vincere la resistenza dell'aria può raggiungere il 50% della potenza del motore di un'auto. Per ridurlo, sugli autotreni sono installati deflettori, stabilizzatori, carenature e altri dispositivi (Fig. 82). Secondo il prof. UN. Evgrafova, l'uso di una serie di elementi aerodinamici montati riduce il coefficiente cx autotreni semirimorchi del 41%, treni trainati del 45%.

Riso. 81.

Riso. 82.

A velocità fino a 40 km/h forza Pw meno forza resistenza al rotolamento su una strada asfaltata, per cui non viene presa in considerazione. Al di sopra dei 100 km/h, la forza della resistenza dell'aria è la componente principale della perdita di equilibrio della trazione.