Kā atrast pretestības spēku. Vilkšana (aerodinamika)

Mēs esam tik ļoti pieraduši, ka mūs ieskauj gaiss, ka bieži vien nepievēršam tam uzmanību. Mēs šeit runājam, pirmkārt, par lietišķām tehniskām problēmām, kuras risinot sākumā aizmirstas, ka ir spēks gaisa pretestība.

Viņa atgādina par sevi gandrīz jebkurā darbībā. Pat ja mēs braucam ar automašīnu, pat ja lidojam ar lidmašīnu, pat ja mēs vienkārši metam akmeņus. Tāpēc mēģināsim saprast, kāds ir gaisa pretestības spēks, izmantojot vienkāršus gadījumus kā piemērus.

Vai esat kādreiz domājuši, kāpēc automašīnām ir tik racionāla forma un gluda virsma? Bet patiesībā viss ir ļoti skaidrs. Gaisa pretestības spēks sastāv no diviem lielumiem - ķermeņa virsmas berzes pretestības un ķermeņa formas pretestības. Lai samazinātu un panāktu ārējo detaļu nelīdzenumu un nelīdzenumu samazināšanu automašīnu ražošanā un jebkurā citā transportlīdzekļiem.

Lai to izdarītu, tie ir gruntēti, krāsoti, pulēti un lakoti. Šāda detaļu apstrāde noved pie tā, ka samazinās gaisa pretestība, kas iedarbojas uz automašīnu, palielinās automašīnas ātrums un samazinās degvielas patēriņš braucot. Pretestības spēka esamība ir izskaidrojama ar to, ka, automašīnai kustoties, gaiss tiek saspiests un tā priekšā tiek izveidots lokāls laukums. augsts asinsspiediens, un aiz tā, attiecīgi, retināšanas reģions.

Jāpiebilst, ka pie palielinātiem transportlīdzekļa ātrumiem galveno ieguldījumu pretestībā dod automašīnas forma. Pretestības spēks, kura aprēķina formula ir norādīta zemāk, nosaka faktorus, no kuriem tas ir atkarīgs.

Pretestības spēks = Cx*S*V2*r/2

kur S ir mašīnas priekšējās projekcijas laukums;

Cx - koeficients ņemot vērā ;

Kā tas ir viegli redzams no iepriekš minētā, pretestība nav atkarīga no automašīnas masas. Galvenais devums ir no divām sastāvdaļām – ātruma kvadrāta un automašīnas formas. Tie. Kad ātrums tiek dubultots, pretestība palielināsies četras reizes. Nu, automašīnas šķērsgriezumam ir būtiska ietekme. Jo racionālāka automašīna, jo mazāka gaisa pretestība.

Un formulā ir vēl viens parametrs, kam vienkārši jāpievērš liela uzmanība - gaisa blīvums. Bet tā ietekme jau vairāk jūtama lidmašīnu lidojumu laikā. Kā jūs zināt, gaisa blīvums samazinās, palielinoties augstumam. Tas nozīmē, ka tā pretestības spēks attiecīgi samazināsies. Taču lidmašīnai nodrošinātās pretestības apjomu turpinās ietekmēt tie paši faktori – ātrums un forma.

Ne mazāk interesanta ir gaisa ietekmes uz šaušanas precizitāti izpētes vēsture. Šāda rakstura darbi tika veikti jau sen; pirmie apraksti datēti ar 1742. gadu. Eksperimenti tika veikti gadā dažādās valstīs, ar dažādu formu lodēm un čaulām. Pētījuma rezultātā tika noteikta lodes optimālā forma un tās galvas un astes daļu attiecība un izstrādātas lodes uzvedības lidojuma ballistiskās tabulas.

Pēc tam tika veikti pētījumi par lodes lidojuma atkarību no tās ātruma, turpināja izstrādāt lodes formu, tika izstrādāts un izveidots īpašs matemātisks rīks - ballistikas koeficients. Tas parāda aerodinamisko pretestības spēku attiecību, kas iedarbojas uz lodi.

Rakstā apskatīts, kas ir gaisa pretestības spēks, un dota formula, kas ļauj noteikt ietekmes lielumu un pakāpi dažādi faktori uz pretestības lielumu, tiek aplūkota tās ietekme dažādās tehnoloģiju jomās.

Gaisa pretestības spēka lielums ir atkarīgs no šāviņa formas, tā ķermeņa virsmas stāvokļa, tā lielākā šķērsgriezuma laukuma, gaisa blīvuma, šāviņa ātruma attiecībā pret gaisu, ātruma skaņas izplatīšanās un šāviņa gareniskās ass novietojums attiecībā pret šāviņa ātruma vektoru.

Īsi apskatīsim, kā iepriekš minētie faktori ietekmē gaisa pretestības spēka lielumu.

Šāviņa virsmas forma un stāvoklis. Šāviņa formas un tā virsmas stāvokļa ietekme uz gaisa pretestības spēka lielumu tika norādīta, ņemot vērā faktorus, kas nosaka gaisa pretestības spēka rašanos.

Rīsi. 12. Šāviņa formas ietekme uz galvas un astes veidošanos

viļņi un turbulence aiz šāviņa:

A- cilindrisks šāviņš; b - lodveida šāviņš (kodols); V - iegarens šāviņš ar cilindrisku jostas daļu (veca sprādzienbīstama granāta);

G-iegarens šāviņš ar konusveida jostas daļu

Viļņu un virpuļu pretestības lieluma atkarība no šāviņa formas ir skaidri redzama attēlā. 12, kurā parādīti šāviņu momentuzņēmumi, kas izšauts ar aptuveni tādu pašu sākotnējo ātrumu.

Vismazākos viļņus un turbulenci iegūst no šāviņa, kuram ir vissmailākā galva un noslīpēta apakšējā daļa, lielākos viļņus un turbulenci iegūst no cilindriska šāviņa.

Bet jāpatur prātā, ka, izvēloties optimālo šāviņa formu, vienlaikus ar gaisa pretestības samazināšanu ir jānodrošina šāviņa lidojuma stabilitāte, racionāla izmantošana metāls, aprīkojums un šāviņa efektīva darbība mērķī; tātad čaumalas dažādi veidi ir dažādas formas.

Gaisa pretestības spēka lieluma atkarību no šāviņa formas izsaka ar formas koeficientu i.

Šāda veida šāviņam, kura forma tiek ņemta par standartu, formas koeficients ir vienāds ar vienotību. Mainot šāviņa formu attiecībā pret atsauces, formas koeficientu nosaka eksperimentāli.

Lielākais šķērsgriezuma laukums. Ja nutācijas leņķis δ = 0, tad daudzums elementārdaļiņas gaisu, ko šāviņš savā ceļā satiks, ar citiem vienādos apstākļos būs atkarīgs no tā lielākā šķērsgriezuma laukuma. Kā lielāka platībašāviņa šķērsgriezumā, jo vairāk elementāru gaisa daļiņu iedarbosies uz šāviņu, jo lielāks būs gaisa pretestības spēks. Eksperimentālie dati liecina, ka gaisa pretestības spēks mainās proporcionāli šāviņa šķērsgriezuma laukuma izmaiņām.

Gaisa blīvums. Gaisa blīvums attiecas uz gaisa masu uz tilpuma vienību. Gaisa masas izmaiņas uz tilpuma vienību var rasties, mainoties elementārdaļiņu (molekulu) skaitam tilpuma vienībā vai mainoties katras daļiņas masai. Ja, piemēram, gaisa blīvums ir palielinājies, tas nozīmē, ka vai nu elementārdaļiņu skaits katrā gaisa tilpuma vienībā ir palielinājies, vai daļiņu masa ir palielinājusies (vai abas kopā), un, ja tā, tad gaisa iedarbības spēks uz katru šāviņa virsmas laukuma vienību palielināsies, līdz ar to palielināsies kopējā gaisa pretestība.

Konstatēts, ka gaisa pretestības spēks mainās proporcionāli gaisa blīvuma izmaiņām.

Šāviņa ātrums. Pētījumi liecina, ka gaisa pretestības spēks ir tieši proporcionāls šāviņa ātruma kvadrātam attiecībā pret gaisu. Ja, piemēram, šāviņa ātrums attiecībā pret gaisu dubultojas, tad gaisa pretestības spēks palielināsies četras reizes.

Tas izskaidrojams ar to, ka, pirmkārt, palielinoties šāviņa ātrumam, tas katrā laika vienībā savā ceļā sastapsies ar vairāk elementāru gaisa daļiņu un, otrkārt, gaisa daļiņu inercei pie lielāka ātruma “jāpieņem. lādiņš tiks pārvarēts īsākā laika posmā, kas radīs lielāku gaisa daļiņu pretestību.

Skaņas izplatīšanās ātrums gaisā. Viļņu pretestības veidošanās, kā parādīts iepriekš, notiek brīdī, kad kļūst šāviņa ātrums vienāds ātrums skaņa, t.i., brīdī, kad

Kur v- šāviņa ātrums un A- skaņas ātrums gaisā.

Skaņas ātrums gaisā nav nemainīgs (atkarīgs no gaisa temperatūras un mitruma). Līdz ar to pie vienāda šāviņa ātruma, mainoties skaņas ātrumam gaisā, viļņu pretestības lielums un gaisa pretestības spēks kopumā var atšķirties. Gaisa pretestības spēka lieluma atkarība no skaņas izplatīšanās ātruma tiek ņemta vērā ar īpašu koeficientu. Lielums , atkarīgs no šāviņa izmēra un formas. Šīs atkarības grafiks ir parādīts attēlā. 13.

Rīsi. 13. Funkciju grafiks:

A.- lādiņš ar cilindrisku jostas daļu (veca sprādzienbīstama granāta);

b - iegarens šāviņš ar konusveida jostas daļu

Šāviņa garenass novietojums attiecībā pret trajektorijas pieskari (ātruma vektoru). Šāviņa lidojumu gaisā pavada komplekss svārstīgas kustības ap smaguma centru, kā rezultātā šāviņa garenass nav saskaņota ar lidojuma virzienu (ar ātruma vektoru), t.i., parādās nutācijas leņķi.

Kad notiek nutācijas leņķis, šāviņš vairs nelido ar galvas daļu uz priekšu, bet pakļauj daļu sānu virsmas pretimnākošajai gaisa plūsmai. Šī iemesla dēļ strauji pasliktinās arī apstākļi gaisa plūsmai ap šāviņu.

Tas viss strauji palielina gaisa pretestības spēku. Lai samazinātu šī faktora ietekmi, tiek veikti pasākumi šāviņa lidojuma stabilizēšanai, t.i., nutācijas leņķu samazināšanai.

Tātad dažādu faktoru ietekme uz gaisa pretestības spēka lielumu ir sarežģīta un daudzpusīga. Tāpēc gaisa pretestības spēku parasti nosaka eksperimentāli pie nosacījumiem, ka gaisa pretestības spēks visas kustības laikā tiek pielikts tā smaguma centram un virzīts tangenciāli uz trajektoriju, t.i., nav nutācijas leņķu.

Gaisa pretestības spēka lielumu izsaka ar dažādām empīriskām formulām. Vienai no visizplatītākajām ir forma

(1.7)

Kur R- gaisa pretestības spēka lielums, kg;

es- formas faktors;

S- šāviņa šķērsgriezuma laukums, m 2;

ρ - gaisa blīvums (masa 1 m 3 no dotā gaisa tas ir vienāds ar

Kur P- svars 1 m 3 gaiss vai gaisa svara blīvums);

v- šāviņa ātrums attiecībā pret gaisu, m/s;

Empīriskais koeficients, ņemot vērā daudzuma ietekmi

šāviņa ātruma attiecība pret skaņas ātrumu atkarībā no šāviņa formas.

Formulā 1.7 daudzumam ir neatkarīga nozīme, jo tas nav nekas vairāk kā kinētiskā enerģija jeb dzīvais spēks 1 m 3 gaisu. Šo vērtību sauc par ātruma spiedienu.

10. lekcija

4. tēma. 2. aktivitāte. Gliemeņa avārija vējā

1. Paātriniet vai atbalstiet vēju. Šķērsvirziena virziens un ballistiskais koeficients.

2. Nepieciešamība pieņemt pasauli, lai nodrošinātu šāviņa stabilitāti laukā.

3. Cieši ietīta šāviņa avārija laukā. Atvasinājums.

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, ir nepieciešams veikt korekcijas, izmantojot šaušanas tabulas;

- 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 diagrammas izriet, ka gaisa pretestības spēks palielinās, palielinoties lodes ātrumam. Vilces spēka pieaugums līdz ātrumam 240 m/s ir salīdzinoši lēns. Ātrumā, 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, tas ir: lodes mērķis, pa šautenes vadīšanas metode, lodes kalibrs un svars, ieroča ierīce, kurai tā 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 šāviņam ir jāizveido salīdzinoši gara koniska astes daļa, lai samazinātu izlādētās telpas ietekmi. 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 asaru forma. Šī forma ir piešķirta mīnām un gaisa bumbām.

Eksperimenti pēc definīcijas

Kopš 1860. gada dažādās valstīs tiek 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 arī tiem 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 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

Tā ir kopējā aerodinamiskā spēka sastāvdaļa.

Vilces spēks parasti tiek attēlots kā divu komponentu summa: 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.

Vilces 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 sniedz 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 vilkme 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. Gaisa pretestības spēka veidošanās. Attēlā 78 un 81 parāda gaisa plūsmas, kas rodas vieglā un kravas automašīnas kustības laikā. Gaisa pretestības spēks P w sastāv no vairākām sastāvdaļām, no kurām galvenā ir pretestības spēks. Pēdējais rodas tādēļ, ka automašīnai kustoties (sk. 78. att.), tās priekšā tiek radīts pārspiediens.+AR gaiss, un aizmugurē - samazināts-AR (salīdzinot ar atmosfēras spiediens ). Gaisa spiediens automašīnas priekšā rada pretestību kustībai uz priekšu, un gaisa retums aiz automašīnas rada spēku, kas mēdz pārvietot automašīnu atpakaļ. Tāpēc nekā lielāka atšķirība spiediens automašīnas priekšā un aizmugurē, vairāk jaudas

pretestība, un spiediena starpība savukārt ir atkarīga no automašīnas izmēra, formas un tā ātruma.

Rīsi. 78.

Rīsi. 79.

Attēlā 79 parāda pretestības vērtības (parastajās vienībās) atkarībā no korpusa formas. Attēlā redzams, ka, racionalizējot priekšējo daļu, gaisa pretestība tiek samazināta par 60%, bet, kad aizmugurējā daļa ir racionalizēta - tikai par 15%. Tas norāda, ka automašīnas priekšā radītajam gaisa spiedienam ir lielāka ietekme uz gaisa pretestības spēka veidošanos nekā vakuumam aiz automašīnas. Par automašīnas aizmugures daļas pilnveidošanu var spriest pēc aizmugurējā loga - ar labu aerodinamisko formu tas nebūtu

Kopējā gaisa pretestības spēku līdzsvarā pretestības spēks veido aptuveni 60%. Citas sastāvdaļas ir: pretestība, kas rodas, gaisam ejot cauri radiatoram un motora nodalījumam; pretestība, ko rada izvirzītās virsmas; gaisa berzes pretestība uz virsmas un cita papildu pretestība. Visu šo komponentu vērtības ir vienā secībā.

Kopējais gaisa pretestības spēks Gaisa pretestības spēka veidošanās. Attēlā 78 un 81 parāda gaisa plūsmas, kas rodas vieglā un kravas automašīnas kustības laikā. Gaisa pretestības spēks koncentrējas vēja centrā, kas ir centrs lielākā platībaķermeņa sekcijas plaknē, kas ir perpendikulāra kustības virzienam. Kopumā buras centrs nesakrīt ar automašīnas masas centru.

Gaisa pretestības spēks ir ķermeņa šķērsgriezuma laukuma un gaisa ātruma spiediena reizinājums, ņemot vērā formas racionalizāciju:

Kur c x - bezizmēra pretestības koeficients (aerodinamiskā) pretestība,ņemot vērā racionalizāciju; /'-frontālais laukums vai frontālās projekcijas laukums, m2; q= 0,5p B v a 2 - gaisa ātruma spiediens, N/m 2. Kā redzams no izmēra, gaisa ātruma spiediens ir īpašs spēks, kas iedarbojas uz laukuma vienību.

Ātruma spiediena izteiksmi aizstājot formulā (114), iegūstam

kur v a ir automašīnas ātrums; r - gaisa blīvums, kg/m 3.

Frontālais laukums

kur a ir laukuma piepildījuma koeficients; a = 0,78...0,80 vieglajām automašīnām un a = 0,75...0,90 kravas automašīnām; H a , V a - augstākās vērtības attiecīgi automašīnas platums un augstums.

Arī gaisa pretestības spēku aprēķina, izmantojot formulu

Kur k w = 0,5 c x p - gaisa pretestības koeficients, ar gaisa blīvuma izmēru - kg/m 3 vai N s 2 /m 4. Jūras līmenī, kur gaisa blīvums p = 1,225 kg/m3, k w = 0,61 c x, kg/m3.

Koeficientu fiziskā nozīme k w Un c x ir tas, ka tie raksturo automašīnas racionalizācijas īpašības.

Automašīnas aerodinamiskie testi. Automašīnas aerodinamiskās īpašības tiek pētītas vēja tunelī, no kuriem viens tika uzbūvēts Krievijas mehānisko transportlīdzekļu testēšanas un attīstības pētniecības centrā. Apskatīsim šajā centrā izstrādāto metodi automašīnas testēšanai vēja tunelī.

Attēlā 80 parāda koordinātu asu sistēmu un kopējā aerodinamiskā spēka komponentu darbības virzienu. Pārbaudes laikā tiek noteikti šādi spēki un momenti: frontālais aerodinamiskais pretestības spēks R x, sānu spēks R, lifts Pv roll moments M x, apgāšanās moments mans, pagrieziena moments Mv

Rīsi. 80.

Testēšanas laikā transportlīdzeklis tiek uzstādīts uz sešu komponentu aerodinamiskajiem svariem un nostiprināts pie platformas (sk. 80. att.). Transportlīdzeklim jābūt uzpildītam, aprīkotam un piekrautam saskaņā ar tehnisko dokumentāciju. Gaisa spiedienam riepās jāatbilst rūpnīcas lietošanas instrukcijai. Pārbaudes tiek vadītas ar datoru saskaņā ar automatizēto standarta svara testu programmu. Testēšanas laikā speciāls ventilators rada gaisa plūsmas, kas pārvietojas ar ātrumu no 10 līdz 50 m/s ar intervālu 5 m/s. Var izveidot dažādus gaisa plūsmas leņķus uz transportlīdzekli attiecībā pret garenisko asi. Spēku un momentu vērtības, kas parādītas attēlā. 80 un 81, reģistrē un apstrādā datoru.

Pārbaudes laikā tiek mērīts arī ātruma (dinamiskais) gaisa spiediens. q. Pamatojoties uz mērījumu rezultātiem, dators aprēķina iepriekš uzskaitīto spēku un momentu koeficientus, no kuriem mēs piedāvājam formulu pretestības koeficienta aprēķināšanai:

Kur q- dinamiskais spiediens; F- frontālā zona.

Citi koeficienti ( Ar y, c vs tx, s tu, c mz) tiek aprēķināti līdzīgi, skaitītājā aizstājot atbilstošo vērtību.

Darbu sauc aerodinamiskās pretestības koeficients vai racionalizācijas faktors.

Gaisa pretestības koeficienta vērtības k w Un c x automašīnām dažādi veidi ir norādīti zemāk.

Gaisa pretestības samazināšanas veidi. Lai samazinātu pretestību, tiek uzlabotas vieglā automobiļa vai autovilciena aerodinamiskās īpašības: vieglajiem automobiļiem tiek mainīta virsbūves forma (galvenokārt), bet kravas automašīnās tiek izmantoti apvalki, nojume, slīps vējstikls.

Antena, spogulis izskats, jumta bagāžnieki, papildu priekšējie lukturi un citas izvirzītās daļas vai atvērti logi palielina gaisa pretestību.

Autovilciena gaisa pretestības spēks ir atkarīgs ne tikai no atsevišķo saišu formas, bet arī no ap posmiem plūstošo gaisa plūsmu mijiedarbības (81. att.). Intervālos starp tām veidojas papildu turbulences, palielinot kopējo gaisa pretestību autovilciena kustībai. Maģistrālajiem autovilcieniem, kas pārvietojas pa lielceļiem ar liels ātrums, enerģijas patēriņš gaisa pretestības pārvarēšanai var sasniegt 50% no automašīnas dzinēja jaudas. Lai to samazinātu, autovilcienos tiek uzstādīti deflektori, stabilizatori, apvalki un citas ierīces (82. att.). Saskaņā ar prof. A.N. Evgrafova, uzstādīto aerodinamisko elementu komplekta izmantošana samazina koeficientu c x puspiekabes autovilciens par 41%, piekabināmais vilciens - par 45%.

Rīsi. 81.

Rīsi. 82.

Pie ātruma līdz 40 km/h spēku Gaisa pretestības spēka veidošanās. Attēlā 78 un 81 parāda gaisa plūsmas, kas rodas vieglā un kravas automašīnas kustības laikā. Gaisa pretestības spēks mazāk spēka rites pretestība uz asfaltēta ceļa, kā rezultātā tā netiek ņemta vērā. Virs 100 km/h gaisa pretestības spēks ir galvenā vilces līdzsvara zuduma sastāvdaļa.