Является ли индуцированное сопротивление не чем иным, как определенным типом сопротивления формы?

Если бы я стоял снаружи в ветреный день, держа плоский прямоугольный предмет, такой как поднос с едой, на ветру, ортогональный направлению потока, создаваемое сопротивление было бы классифицировано, в основном, как сопротивление формы; перепад давления с наветренной стороны тарелки с более высоким давлением и с подветренной стороны с более низким давлением.

Если бы крыло самолета начиналось с угла атаки 0 градусов и медленно поворачивалось до угла атаки 90 градусов, подъемная сила увеличивалась бы до тех пор, пока не был бы превышен критический угол атаки, но коэффициент лобового сопротивления продолжал бы увеличиваться до 90 градусов.

Я предполагаю, что сопротивление, создаваемое крылом под углом 90 градусов, очень похоже на сопротивление формы, создаваемое лотком на ветру.

Является ли индуктивное сопротивление не чем иным, как сопротивлением формы с другой классификацией из-за обычного характера обсуждения подъемной силы?

Ответы (3)

Нет, по определению это не так.

Есть сопротивление. Сопротивление вызывается различными физическими явлениями. В зависимости от причины его делят на:

Индуцированное сопротивление

Индуктивное сопротивление является побочным эффектом создания подъемной силы на конечном размахе крыла.

Подъемная сила – это направленная вверх сила, с которой воздух действует на крыло. По принципу действия и противодействия (третий закон движения Ньютона) крыло оказывает на воздух направленную вниз силу равной величины, и, поскольку воздух может свободно двигаться, эта сила ускоряет движение воздуха вниз.

Теперь есть два эквивалентных аргумента, почему это вызывает сопротивление:

  • В системе отсчета крыло не совершает никакой работы (поскольку оно не движется), поэтому оно не может изменить кинетическую энергию воздуха и, следовательно, не может изменить свою полную скорость. Поскольку вертикальная составляющая этой скорости увеличивается, горизонтальная составляющая должна уменьшаться, а для этого требуется направленная вперед сила крыла. Обратной реакцией на эту силу является индуктивное сопротивление.

  • В системе отсчета встречного воздуха кинетическая энергия действительно увеличивается. Следовательно, крыло должно совершать в воздухе некоторую работу, то есть прилагать силу в направлении своего движения. Обратной реакцией на эту силу является индуктивное сопротивление.

Оба объяснения одинаково верны, просто используются разные системы отсчета.

Индуктивное сопротивление уменьшается с (квадратом) скорости (для постоянной подъемной силы), потому что при более высокой скорости требуется больше воздуха для ускорения, поэтому его нужно только ускорять меньше.

Индуктивное сопротивление также не зависит от поперечного сечения . Если отменить подъемную силу, подняв руль высоты или элерон вверх, поперечное сечение может вообще не измениться (закрылок может оставаться за крылом), но индуктивное сопротивление исчезнет.

Кстати, отсюда следует, что индуктивное сопротивление крыла под углом 90 градусов равно нулю, потому что оно не создает подъемной силы. Сопротивление формы, конечно, огромное.

Перетаскивание формы

Сопротивление формы вызвано несовершенным восстановлением давления за телом. В передней части тела, движущегося через жидкость, жидкость замедляется, что происходит с увеличением давления. В идеальном ламинарном потоке жидкость смыкается за объектом с такой же малой скоростью и таким же высоким давлением. Но по мере того, как объект движется быстрее, инерция приводит к тому, что поток разделяется и образует турбулентную область позади объекта, где давление остается низким. Эта разница давлений вызывает сопротивление формы.

Сопротивление формы зависит от поперечного сечения и формы объекта. Она всегда увеличивается со скоростью.

Интерференционное сопротивление

При анализе сложной конструкции, такой как самолет, сопротивление формы каждого компонента (крыло, фюзеляж, оперение и т. д.) сначала анализируется независимо. Но когда компоненты собираются вместе, поля давления вокруг деталей отрицательно влияют друг на друга, и это увеличение сопротивления называется интерференционным сопротивлением.

Перетаскивание кожи

Кожное сопротивление вызвано трением между поверхностью объекта и жидкостью. Кожное сопротивление в основном зависит от смачиваемой поверхности объекта. Оно увеличивается со скоростью аналогично сопротивлению формы, поэтому для практических целей его обычно объединяют с сопротивлением формы в один термин — паразитное сопротивление .

Волновое сопротивление

Когда объект, движущийся в жидкости, приближается к скорости звука, поток превышает ее, пытаясь избежать объекта, и образует ударную волну. За ударной волной давление намного выше, и это увеличение не уравновешивается каким-либо увеличением в задней части объекта, что вызывает большое сопротивление.

Этот вид сопротивления появляется только тогда, когда скорость потока приближается к скорости звука, но затем оно быстро становится больше, чем другие формы.

Индуцированное сопротивление отличается тем, что оно уменьшается со скоростью, но также уменьшается поперечное сечение объекта, ударяющегося о воздух и создающего сопротивление. Интересно: если бы определенный угол атаки был вынужден оставаться постоянным на крыле в контролируемой настройке, не увеличилось бы сопротивление со скоростью? Если бы это было так, это также привело бы меня к мысли, что это просто тип перетаскивания формы.
@RyanMortensen, если бы вы сохранили тот же угол атаки и увеличили скорость, подъемная сила увеличилась бы, а вместе с ней увеличилось бы индуктивное сопротивление. Но, например, изменив развал, вы можете сохранить поперечное сечение прежним, значительно изменив индуктивное сопротивление. Но, в конечном счете, аргумент состоит в том, что определение отличается. Я переписал ответ, чтобы включить более подробное определение других форм.
Ваш абзац о интерференционном сопротивлении — абсолютно лучшее, ясное и краткое объяснение, которое я когда-либо читал. Мне очень нравится ваш ответ в том виде, в котором он написан сейчас, но я уделю немного времени другим, прежде чем завершить процесс вопросов и ответов.
Ваши два пункта действительно сбивают меня с толку. Я понял, что вектор результирующей силы (полная аэродинамическая сила, действующая на крыло из-за угла атаки) не перпендикулярен воздушному потоку, а немного наклонен назад, потому что воздух движется вниз и вперед. Если вы разбиваете угол вектора вниз на вертикальную и горизонтальную составляющие (по отношению к воздушному потоку), вертикальная — это подъемная сила, а горизонтальная — индуктивное сопротивление. Мы можем говорить об одном и том же, только по-разному, но я не понимаю твоего объяснения.
@TomMcW, ну, сила наклонена, но вам нужно знать, почему она наклонена. Может быть какой-то прямой аргумент из теории подъемной силы, но это довольно сложно. Тем не менее, простой аргумент может быть сделан из законов движения и сохранения энергии, и это то, что я пытаюсь сделать здесь (сохранение энергии — забавный физический закон; он выполняется во всех системах отсчета, но энергии выглядят совершенно по-разному в других системах отсчета). каждый, поэтому у нас есть разные, одинаково достоверные описания в зависимости от того, какую систему отсчета мы используем).
Вы утверждаете: The backward reaction to that force is the induced dragно я не могу примирить это с: Induced drag decreases with (square of) speed (for constant lift), because at higher speed there is more air to accelerate, so it only needs to be accelerated by less.от F = ma, конечно, ускорение уменьшилось, а масса увеличилась, но сила остается постоянной, и поскольку вы определили реакцию на эту силу как индуктивное сопротивление, я не могу посмотрите, как это объясняет, как индуктивное сопротивление уменьшается с увеличением скорости полета.
@jumblie, спор не о силе, а о власти . Вместо того Ф знак равно м а , выразим силу как Ф знак равно м ˙ Δ в а я р , куда м ˙ массовый расход и Δ в а я р увеличение (вертикальной) скорости воздуха. С м ˙ ∝ в , Δ в ∝ 1 в . Теперь в системе отсчета свободного потока это ускорение требует мощности п знак равно ½ м ˙ Δ в а я р 2 и так как это имеет еще один Δ в а я р фактор, п ∝ 1 в . С п знак равно Ф в , Ф г знак равно п в и это имеет другую обратную в фактор, мы получаем Ф г ∝ 1 в 2 .
@jumblie, если вместо этого мы посмотрим на систему отсчета самолета, мы заметим, что масса воздуха, на которую воздействуют в любой момент, на самом деле постоянна, как и ускорение, а . Это нормальное ускорение, поэтому оно изменяет направление потока. Мы знаем это а знак равно в 2 р знак равно ю 2 р знак равно в ю ( в это скорость и ю угловая скорость). а постоянна, поэтому ю ∝ 1 в . Теперь изменение угла Δ α знак равно ю с в , куда с приблизительно равна длине хорды (также постоянной), поэтому Δ α ∝ в − 2 и Ф г знак равно Ф Δ α .
@jumblie, я проигнорировал тригонометрию, приблизив грех ⁡ α знак равно α и потому что ⁡ α знак равно 1 , что разумно для малых углов. Я сделал это последовательно в обоих решениях.

Индуктивное сопротивление на самом деле является способом, которым аэродинамики объясняют локальное изменение направления потока (внизу) в непосредственной близости от конечного крыла с острой задней кромкой, когда оно движется в жидкости под положительным углом атаки. Индуктивное сопротивление - это удобный термин, поскольку он подразумевает происхождение сопротивления из-за подъемной силы и действительно способствует увеличению общей силы, противодействующей движению. Но индуктивное сопротивление возникает не как нормальная к поверхности сила или сила натяжения кожи. Таким образом, это не похоже на сопротивление формы, поверхностное трение и сопротивление наростов, которые возникают из-за вязкого сдвигового взаимодействия между жидкостью и поверхностью крыла. Эти силы сопротивления, измеряемые в аэродинамической трубе, действуют на обшивку крыла либо как нормальная сила площади давления, либо как тангенциальные силы тяги. Сопротивление формы требует прочной внутренней структуры, чтобы сопротивляться ему; краска при трении кожи отслаивается; а сопротивление нароста требует прочных креплений для антенн и других выступов. Индуктивное сопротивление в аэродинамической трубе не измеряется; он рассчитывается постфактум. Это и не требует структурной адаптации, чтобы противостоять силе, потому что это не сила.

Какой же физической природы оно тогда? На самом деле это результат локального искажения горизонтально-вертикальной прямолинейной системы отсчета, которую инженеры приняли для учета сил при работе с самолетами. По общему признанию, эталон, используемый для учета эффектов замедления движения, параллелен вектору скорости на бесконечности, и все эффекты подъема согласованы перпендикулярно этому вектору. Из-за нисходящей составляющей потока на самом крыле фактический вектор локальной скорости наклонен под небольшим углом вниз к вектору на бесконечности; вектор подъемной силы, который всегда перпендикулярен фактическому локальному воздушному потоку, таким образом, наклонен назад под тем же углом. Когда этот «наклоненный назад» вектор подъемной силы согласуется с системой отсчета силы (скорость в бесконечности), таким образом, будет составляющая подъемной силы (ее синус), выровненная в направлении сопротивления. Это мы называем индуцированным сопротивлением.

Важно понять физику этого удобно названного, но вводящего в заблуждение термина, чтобы понять, что он означает для проектирования и эксплуатации самолетов.

Английский физик-инженер-математик по имени Ланчестер понял это и опубликовал в своем учебнике «Аэродонетика» еще до того, как братья Райт летали на Китти-Хок.

Короче говоря, нет. Индуктивное сопротивление является побочным продуктом движения аэродинамического профиля через жидкость для создания подъемной силы. Это сумма как сопротивления формы аэродинамического профиля, так и единичного вектора линии подъемной силы, противостоящей вектору тяги винта или реактивного выхлопа.

Является ли индуцированное сопротивление не чем иным, как определенным типом сопротивления формы?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v