Gaisa pretestības pamatlikums. Vilkšana (aerodinamika)

Tā ir kopējā aerodinamiskā spēka sastāvdaļa.

Vilces spēku parasti attēlo kā divu komponentu summu: nulles pacelšanas pretestība un inducētā pretestība. Katrai sastāvdaļai ir raksturīgs savs bezizmēra pretestības koeficients un zināma atkarība no kustības ātruma.

Velciet var veicināt gan apledojumu lidmašīna(pie zemas temperatūras gaiss), un izraisīt gaisa kuģa priekšējo virsmu karsēšanu virsskaņas ātrumā ar triecienjonizāciju.

Velciet pie nulles pacelšanas

Šī pretestības sastāvdaļa nav atkarīga no radītā pacelšanas spēka lieluma un sastāv no spārna profila pretestības, gaisa kuģa konstrukcijas elementu pretestības, kas neveicina pacelšanas spēku, un viļņu pretestību. Pēdējais ir nozīmīgs, pārvietojoties ar gandrīz un virsskaņas ātrumu, un to izraisa veidošanās triecienvilnis, aiznesot ievērojamu daļu kustības enerģijas. Viļņu pretestība rodas, lidmašīnai sasniedzot kritiskajam Maha skaitlim atbilstošu ātrumu, kad daļa no plūsmas, kas plūst ap lidmašīnas spārnu, iegūst virsskaņas ātrumu. Jo lielāks ir kritiskais skaitlis M, jo lielāks ir spārna slīpuma leņķis, jo smailāka ir spārna priekšējā mala un jo plānāka tā ir.

Pretestības spēks ir vērsts pret kustības ātrumu, tā lielums ir proporcionāls raksturīgajam laukumam S, vides blīvumam ρ un ātruma V kvadrātam:

C x 0 ir bezizmēra aerodinamiskās pretestības koeficients, kas iegūts no līdzības kritērijiem, piemēram, Reinoldsa un Frūda skaitļiem aerodinamikā.

Raksturīgās zonas noteikšana ir atkarīga no ķermeņa formas:

vienkāršākajā gadījumā (bumba) - šķērsgriezuma laukums;
spārniem un spārniem - spārna/spārna laukums plānā;
helikopteru dzenskrūvēm un rotoriem - vai nu lāpstiņu laukums, vai rotora noslaucītais laukums;
iegareniem ķermeņiem, kas vērsti uz rotāciju līdzi plūsma (fizelāža, dirižablis) - samazināts tilpuma laukums, kas vienāds ar V 2/3, kur V ir ķermeņa tilpums.

Jauda, kas nepieciešama, lai pārvarētu noteiktu pretestības spēka komponentu, ir proporcionāla Kubaātrumu.

Induktīvā pretestība

Induktīvā pretestība(angļu valodā) pacelšanas izraisīta pretestība) ir pacēluma veidošanās sekas ierobežota laiduma spārnam. Asimetriska plūsma ap spārnu noved pie tā, ka gaisa plūsma izplūst no spārna leņķī pret plūsmu, kas krīt uz spārnu (tā sauktais plūsmas slīpums). Tādējādi spārna kustības laikā notiek pastāvīgs ienākošā gaisa masas paātrinājums virzienā, kas ir perpendikulārs lidojuma virzienam un vērsts uz leju. Šo paātrinājumu, pirmkārt, pavada celšanas spēka veidošanās, un, otrkārt, tas rada nepieciešamību piešķirt paātrinātajai plūsmai kinētisko enerģiju. Daudzums kinētiskā enerģija, kas nepieciešams, lai plūsmai piešķirtu ātrumu, kas ir perpendikulārs lidojuma virzienam, un noteiks induktīvās pretestības lielumu.

Inducētās pretestības lielumu ietekmē ne tikai pacelšanas spēka lielums, bet arī tā sadalījums pa spārnu platumu. Induktīvās pretestības minimālā vērtība tiek sasniegta ar eliptisku pacelšanas spēka sadalījumu pa laidumu. Projektējot spārnu, tas tiek panākts, izmantojot šādas metodes:

racionālas spārnu plāna formas izvēle;
ģeometrisko un aerodinamisko pagriezienu izmantošana;
palīgvirsmu uzstādīšana - vertikālie spārnu uzgaļi.

Induktīvā pretestība ir proporcionāla kvadrāts pacelšanas spēks Y un apgriezti proporcionāls spārnu laukums S, tā pagarinājums λ, vidējais blīvums ρ un kvadrātsātrums V:

Tādējādi inducētā pretestība dod būtisku ieguldījumu, lidojot ar mazu ātrumu (un līdz ar to arī lielos uzbrukuma leņķos). Tas arī palielinās, palielinoties gaisa kuģa svaram.

Kopējā pretestība

Vai visu veidu pretestības spēku summa:

X = X 0 + X i

Tā kā pretestība pie nulles pacēluma X 0 ir proporcionāls ātruma kvadrātam un induktīvajam X i- ir apgriezti proporcionāls ātruma kvadrātam, tad tie veic dažādus ieguldījumus pie dažādi ātrumi. Pieaugot ātrumam, X 0 pieaug, un X i- kritieni, un kopējās pretestības grafiks X uz ātrumu ("vajadzīgā vilces līkne") ir minimums līkņu krustpunktā X 0 un X i, kurā abi pretestības spēki ir vienādi. Pie šāda ātruma gaisa kuģim ir vismazākā pretestība noteiktam pacelšanas spēkam ( vienāds ar svaru), un līdz ar to visaugstākā aerodinamiskā kvalitāte.

Wikimedia fonds.

2010. gads.

2. Frontālā pretestība, kas parādās spiediena starpības dēļ priekšā un aiz braucošas automašīnas (55-60% gaisa pretestība).

3. Pretestība, ko rada izvirzītās daļas - atpakaļskata spogulis utt. (12-18%).

4. Pretestība, kas rodas, kad gaiss iet caur radiatoru un motora nodalījumu.

5. Izturība blakus esošo virsmu berzes dēļ pret gaisa slāņiem (līdz 10%).

6. Pretestība, ko rada spiediena starpība starp automašīnas augšējo un apakšējo daļu (5-8%).

Lai vienkāršotu gaisa pretestības aprēķinus, pa visu automašīnas virsmu sadalīto pretestību aizstājam ar vienā punktā pielikto gaisa pretestības spēku, t.s. buras centrs auto.

Pieredze liecina, ka gaisa pretestības spēks ir atkarīgs no šādiem faktoriem:

No automašīnas ātruma, un šī atkarība pēc būtības ir kvadrātiska;

No automašīnas priekšējās daļas F;

No racionalizācijas koeficienta K in, kas ir skaitliski vienāds ar spēku gaisa pretestība, ko rada viens kvadrātmetru transportlīdzekļa priekšpuse, kad tas pārvietojas ar ātrumu 1 m/s.

Tad pretestības spēks gaisa vide.

Nosakot F izmantojiet empīriskas formulas, lai noteiktu aptuveno pretestības laukumu. Kravas automašīnām F parasti: F=H×B(augstuma un platuma reizinājums), līdzīgi autobusiem. Pieņemts vieglajām automašīnām F=0,8H × B. Ir arī citas formulas, kas ņem vērā transportlīdzekļa trasi, transportlīdzekļa augstuma maiņas varbūtību utt. K in ×F sauca racionalizācijas faktors un apzīmē W.

Lai noteiktu racionalizācijas koeficientu, tiek izmantotas īpašas ierīces vai piekrastes metode, kas sastāv no brīvi ripojoša transportlīdzekļa ceļa izmaiņu noteikšanas, pārvietojoties ar dažādu sākotnējo ātrumu. Kad automašīna pārvietojas gaisa plūsmā, gaisa pretestības spēks R iekšā ir iespējams sadalīties sastāvdaļās gar transportlīdzekļa asīm. Šajā gadījumā spēku projekciju noteikšanas formulas atšķiras tikai ar koeficientiem, kas ņem vērā spēka sadalījumu pa asīm. Racionalizācijas koeficientu var noteikt pēc izteiksmes:

kur C X ir koeficients, kas noteikts eksperimentāli un ņemot vērā gaisa pretestības spēka sadalījumu pa “x” asi. Šo koeficientu iegūst, pūšot vēja tunelī, ;

r - gaisa blīvums, saskaņā ar GOST r = 1,225 kg / m 3 pie nulles.

Mēs saņemam .

Produkts attēlo ātruma galvu, kas vienāda ar kubikmetra gaisa kinētisko enerģiju, kas pārvietojas ar automašīnas ātrumu attiecībā pret gaisa vidi.

Koeficients K in ir dimensija.

Starp K in Un C X pastāv atkarība: K in =0,61С X.

Transportlīdzekļa piekabe palielina pretestības spēku vidēji par 25%.

Daudzu eksperimentu, pētījumu un teorētisko vispārinājumu rezultātā tika izveidota formula gaisa pretestības spēka aprēķināšanai.

kur S ir lodes šķērsgriezuma laukums,

c ir gaisa masa noteiktos atmosfēras apstākļos;

Lodes ātrums;

- eksperimentālais koeficients atkarībā no aizzīmes formulas un skaitļa, kas ņemts no iepriekš sastādītām tabulām.

Pretestības spēka lielums ir atkarīgs no šādiem faktoriem:

Lodes šķērsgriezuma laukums. Tāpēc gaisa pretestības spēks ir tieši proporcionāls lodes šķērsgriezuma laukumam;

- gaisa blīvums. Formula parāda, ka gaisa pretestības spēks ir tieši proporcionāls gaisa blīvumam. Šaušanas tabulas ir sastādītas normāliem atmosfēras apstākļiem. Novirzes gadījumā faktiskā temperatūra un spiediens no normālām vērtībām, izmantojot šaušanas tabulas, ir jāveic korekcijas;

- lodes ātrums. Gaisa pretestības spēka atkarību no lodes ātruma izsaka sarežģīts likums. Formulā ir iekļauti termini V 2 un gaisa pretestības spēka atkarības no ātruma noteikšana. Lai izpētītu šo atkarību, aplūkojiet grafiku, kas parāda, kā lodes ātrums ietekmē gaisa pretestības spēku (8. att.).

1. grafiks - Vilces spēka atkarība no lodes ātruma

Tiek iegūti līdzīga izskata grafiki artilērijas šāviņi. No grafika izriet, ka gaisa pretestības spēks palielinās, palielinoties lodes ātrumam. Vilces spēka pieaugums līdz ātrumam 240 m/s ir salīdzinoši lēns. Pie ātruma, kas ir tuvu skaņas ātrumam, gaisa pretestības spēks strauji palielinās. Tas izskaidrojams ar ballistiskā viļņa veidošanos un saistībā ar to gaisa spiediena starpības palielināšanos uz lodes galvas un apakšējās daļas;

- ložu formas. Lodes forma būtiski ietekmē formulā iekļauto funkciju. Jautājums par izdevīgāko lodes formu ir ārkārtīgi sarežģīts un nevar tikt atrisināts, pamatojoties uz to ārējā ballistika. Ļoti svarīgs faktors Izvēloties lodes formu, ir svarīgi ņemt vērā: lodes mērķi, tās vadīšanas metodi pa šauteni, lodes kalibru un svaru, ieroča ierīci, kurai tā ir paredzēta, utt.

Lai samazinātu pārmērīga gaisa spiediena ietekmi, ir nepieciešams asināt un pagarināt lodes galvu. Tas izraisa zināmu galvas viļņa priekšpuses rotāciju, kuras dēļ pārspiediens gaiss uz lodes galvu. Šī parādība skaidrojama ar to, ka, kļūstot asākai galvas daļai, samazinās gaisa daļiņu atgrūšanas ātrums uz sāniem no lodes virsmas.

Pieredze rāda, ka lodes galvas formai ir neliela nozīme gaisa pretestībā. Galvenais faktors ir galvas daļas augstums un veids, kā tā ir savienota ar vadošo daļu. Parasti lodes galvas daļas ģenerātoru uzskata par apļa loku, kura centrs atrodas vai nu galvas daļas pamatnē, vai nedaudz zem tās (9. att.). Astes daļa visbiežāk ir izgatavota nošķelta konusa formā ar ģenerātora slīpuma leņķi (10. att.).

8. attēls — lodes izejas daļas forma

9. attēls — lodes dibena forma

Gaisa plūsma ap konisko astes daļu ir daudz labāka. Reģions zems spiediens gandrīz nav, un virpuļu veidošanās ir daudz mazāk intensīva. No ārējās ballistikas viedokļa ir izdevīgi lodes vadošo daļu padarīt iespējami īsāku. Bet ar īsu priekšējo daļu lodei kļūst grūti pareizi ietekmēt stobra šauteni: lodes apvalku var demontēt. Jāpiebilst, ka par izdevīgāko lodes formu var runāt tikai pie noteikta ātruma, jo katram ātrumam ir sava izdevīgākā forma.

Attēlā 9 parādītas izdevīgākās šāviņu formas dažādiem ātrumiem. Horizontālā ass parāda šāviņa ātrumu, bet vertikālā ass rāda šāviņa augstumus kalibros.

9. attēls — šāviņa relatīvā garuma atkarība no ātruma

Kā redzat, palielinoties ātrumam, galvas daļas garums un kopējais šāviņa garums palielinās, un astes daļa samazinās. Šī atkarība ir izskaidrojama ar to, ka lielā ātrumā galvenā gaisa pretestības spēka daļa krīt uz galvas daļu. Tāpēc galvenā uzmanība tiek pievērsta galvas daļas pretestības samazināšanai, kas tiek panākta, to asinot un pagarinot. Šāviņa astes daļa šajā gadījumā ir īsa, lai šāviņš nebūtu pārāk garš.

Pie maza šāviņa ātruma gaisa spiediens uz galvas daļu ir mazs, un vakuums aiz šīs daļas, lai arī mazāks nekā lielā ātrumā, veido ievērojamu daļu no kopējā gaisa pretestības spēka. Tāpēc, lai samazinātu izlādētās telpas efektu, šāviņam ir jāizveido salīdzinoši gara koniska astes daļa. Galvas daļa var būt īsāka, jo tās garumam šajā gadījumā ir mazāka nozīme. Astes asums ir īpaši augsts šāviņiem, kuru ātrums mazāks ātrums skaņu. Šajā gadījumā visizdevīgākā ir asaras forma. Šī forma ir piešķirta mīnām un gaisa bumbām.

Eksperimenti pēc definīcijas

Kopš 1860 dažādās valstīs tika veikti eksperimenti ar dažāda kalibra un formas lādiņiem, lai noteiktu.

2. grafiks - Līknes priekš dažādas formasčaumalas: 1, 2, 3 - līdzīgas formas; 4 - viegla lode

Izpētot līknes līdzīgas formas lādiņiem, var pārliecināties, ka tādi arī ir līdzīgs izskats. Tas ļauj aptuveni izteikt noteiktam šāviņam cita šāviņa izteiksmē, kas ņemts par standartu, izmantojot nemainīgu koeficientu i:

Šo reizinātāju vai dotā šāviņa attiecību pret citu šāviņu, kas ņemta par standartu, sauc par šāviņa formas koeficientu. Lai noteiktu jebkura šāviņa formas koeficientu, ir nepieciešams eksperimentāli atrast tam gaisa pretestības spēku jebkuram ātrumam. Pēc tam izmantojot formulu, ko varat atrast

Sadalot iegūto izteiksmi ar formas koeficientu

Dažādi zinātnieki ir devuši dažādas matemātiskas izteiksmes, piemēram, Siachi (3. grafiks) izteica pretestības likumu ar šādu formulu

kur F(V) - pretestības funkcija.

3. grafiks – pretestības likums

N.V. pretestības funkcija Maijevskis un N.A. Zabudskis ir mazāks par Siacci pretestības funkciju. Pārrēķina koeficients no Siacci pretestības likuma uz N.V pretestības likumu. Majevskis un N.A. Zabudska vidējais rādītājs ir 0,896.

vārdā nosauktajā Militārās inženierijas artilērijas akadēmijā. F.E. Dzeržinskis atvasināja gaisa pretestības likumu tāla darbības rādiusa šāviņiem. Šis likums tika iegūts, apstrādājot speciālās šaušanas ar liela attāluma šāviņiem un lodēm rezultātus. Pretestības funkcijas šajā likumā ir izvēlētas tādas, lai ballistiskajos aprēķinos tāla darbības rādiusa šāviņiem, kā arī lodēm un spalvu lādiņiem (mīnām) formas koeficients būtu pēc iespējas tuvāks vienotībai. Funkciju ātrumam, kas ir mazāks par 256 m/s vai lielāks par 1410 m/s, var izteikt kā monomālu

Par V< 256 м/ сек

Ja V > 1410 m/s

Norādot formas koeficientu, vienmēr jānorāda, attiecībā uz kuru pretestības likumu tas ir dots. Gaisa pretestības spēka noteikšanas formulā nomainot iztiekam, sanāk

Siači pretestības likuma formas koeficienta vidējā vērtība ir dota tabulā. 3.

3. tabula - i vērtības dažādiem lādiņiem un lodēm

Kā atrast gaisa pretestības spēku? Lūdzu, pastāstiet man, paldies jau iepriekš.

Bet TEV nav uzdevuma!! ? Ja krītot gaisā, tad pēc formulas: Fc=m*g-m*a; m - ķermeņa masa g = 9,8 ms a - paātrinājums, ar kādu ķermenis krīt.
Pretestības spēku nosaka Ņūtona formula
F=B*v^2,
kur B ir noteikts koeficients katram korpusam (atkarībā no formas, materiāla, virsmas kvalitātes - gluda, raupja), laika apstākļi(spiediens un mitrums) utt. Piemērojams tikai pie ātruma līdz 60-100 m/s - un tad ar lielām atrunām (atkal, tas ir ļoti atkarīgs no apstākļiem).
Precīzāk var noteikt pēc formulas
F=Bn*v^n
, kur Bn principā ir tas pats koeficients B, bet tas ir atkarīgs no ātruma, tāpat kā eksponents n (n=2 (aptuveni), kad ķermeņa ātrums atmosfērā ir mazāks par M/2 un un lielāks par 2..3M, ar šiem parametriem Bn gandrīz nemainīga vērtība).
Šeit M ir Maha skaitlis - vienkārši sakot - vienāds ar ātrumu skaņa gaisā - 315 m/s.
Nu vispār – visvairāk efektīva metode- eksperiments.
Ja būtu vairāk informācijas, es teiktu vairāk.
Elektriskajam transportlīdzeklim (automobilim) pārvietojoties ar ātrumu, kas pārsniedz gājēja ātrumu, jūtama ietekme ir gaisa pretestības spēkam. Lai aprēķinātu gaisa pretestības spēku, izmantojiet šādu empīrisko formulu:
Godīgi = Cx*S*#961;*#957;2/2
Godīgi gaisa pretestības spēks, N
Cx gaisa pretestības koeficients (racionalizācijas koeficients), N*s2/(m*kg). Cx tiek noteikts eksperimentāli katram ķermenim.
#961; gaisa blīvums (1,29 kg/m3 at normāli apstākļi)
Elektriskā transportlīdzekļa (automobiļa) frontālais laukums, m2. S ir ķermeņa projicēšanas laukums uz plaknes, kas ir perpendikulāra gareniskajai asij.
#957; elektromobiļa (auto) ātrums, km/h
Lai aprēķinātu elektriskā transportlīdzekļa (automobiļa) paātrinājuma raksturlielumus, jāņem vērā paātrinājuma pretestības spēks (inerces spēks). Turklāt jāņem vērā ne tikai paša elektriskā transportlīdzekļa inerce, bet arī elektriskajā transportlīdzeklī (rotors, pārnesumkārba, kardāns, riteņi) esošo rotējošo masu inerces momenta ietekme. Šī ir formula paātrinājuma pretestības spēka aprēķināšanai:
Fin. = m*a*#963;vr

Fin. paātrinājuma pretestības spēks, N
m elektriskā transportlīdzekļa masa, kg
elektriskā transportlīdzekļa paātrinājums, m/s2
#963;r koeficients, lai ņemtu vērā rotējošās masas
Aptuveno koeficientu rotējošo masu ņemšanai vērā var aprēķināt, izmantojot formulu:

#963;vr=1,05 + 0,05*u2kp
Kur ir pārnesumkārbas pārnesumskaitlis?
Atliek aprakstīt riteņu saķeres spēku ar ceļu. tomēr dota vara Turpmākajos aprēķinos tas maz noder, tāpēc atstāsim vēlākam laikam.
Un tagad mums jau ir priekšstats par galvenajiem spēkiem, kas iedarbojas uz elektrisko transportlīdzekli (auto). Zināšanas par šo teorētisko jautājumu drīz liks mums izpētīt nākamo jautājumu par elektromobiļa raksturlielumu aprēķināšanu, kas nepieciešami apzinātai dzinēja, akumulatora un kontrollera izvēlei.

Lai noteiktu spēku pretestība gaisu radīt apstākļus, kādos ķermenis gravitācijas ietekmē sāk kustēties vienmērīgi un lineāri. Aprēķiniet smaguma spēku, tas būs vienāds ar gaisa pretestības spēku. Ja ķermenis pārvietojas gaisā, uzņemot ātrumu, tā pretestības spēku nosaka, izmantojot Ņūtona likumus, un gaisa pretestības spēku var atrast arī pēc mehāniskās enerģijas nezūdamības likuma un īpašām aerodinamiskām formulām.

Jums būs nepieciešams

tālmērs, svari, spidometrs vai radars, lineāls, hronometrs.

Norādījumi

Gaisa pretestības noteikšana vienmērīgi krītošam ķermenim Izmēra ķermeņa masu, izmantojot skalu. Nometiet to no noteikta augstuma un pārliecinieties, ka tas kustas vienmērīgi. Reiziniet ķermeņa masu kilogramos ar gravitācijas paātrinājumu (9,81 m/s²), iegūstot gravitācijas spēku, kas iedarbojas uz ķermeni. Un tā kā tas pārvietojas vienmērīgi un taisnā līnijā, gravitācijas spēks būs vienāds ar gaisa pretestības spēku.
Ķermeņa gaisa pretestības noteikšana, uzņemot ātrumu Nosakiet ķermeņa masu, izmantojot skalu. Kad ķermenis sāk kustēties, izmantojiet spidometru vai radaru, lai izmērītu tā momentāno vērtību sākotnējais ātrums. Sekcijas beigās izmēra tā momentāno gala ātrumu. Mēra ātrumu metros sekundē. Ja instrumenti to mēra kilometros stundā, daliet vērtību ar 3,6. Vienlaikus izmantojiet hronometru, lai noteiktu laiku, kurā notika šīs izmaiņas. Atņemot sākotnējo ātrumu no beigu ātruma un rezultātu dalot ar laiku, atrodiet paātrinājumu, ar kādu ķermenis kustas. Pēc tam atrodiet spēku, kas liek ķermenim mainīt ātrumu. Ja ķermenis krīt, tad tas ir gravitācijas spēks, ja ķermenis pārvietojas horizontāli, tad tas ir dzinēja vilces spēks. No šī spēka atņem ķermeņa masas un tā paātrinājuma reizinājumu (Fc=F+m a). Tas būs gaisa pretestības spēks. Svarīgi, lai kustībā ķermenis nepieskartos zemei, piemēram, tas kustas uz gaisa spilvena vai nokrīt.
No augstuma krītoša ķermeņa gaisa pretestības noteikšana Izmēriet ķermeņa masu un nometiet to no iepriekš zināma augstuma. Pieskaroties zemei, reģistrējiet ķermeņa ātrumu, izmantojot spidometru vai radaru. Pēc tam atrodiet gravitācijas paātrinājuma 9,81 m/s² reizinājumu ar augstumu, no kura ķermenis krita, no šīs vērtības atņemiet ātrumu kvadrātā. Iegūto rezultātu reiziniet ar ķermeņa masu un dalīt ar augstumu, no kura tas krita (Fc=m (9,81 H-v²)/H). Tas būs gaisa pretestības spēks.