Seret aerodinamis adalah gaya yang bekerja berlawanan dengan gerakan relatif benda apa pun. Itu bisa ada di antara dua lapisan permukaan padat. Tidak seperti set resistif lainnya, seperti gesekan kering, yang hampir tidak tergantung pada kecepatan, gaya drag mematuhi nilai yang diberikan. Meskipun penyebab utama dari aksi tersebut adalah gesekan viskos, turbulensi tidak bergantung padanya. Gaya hambat sebanding dengan kecepatan aliran laminar.
Konsep
Seret aerodinamis adalah gaya yang bekerja pada setiap benda padat yang bergerak ke arah fluida yang datang. Dalam pendekatan medan dekat, gaya hambat adalah hasil gaya akibat distribusi tekanan di atas permukaan benda, dilambangkan dengan D. Akibat gesekan kulit, yang merupakan hasil viskositas, dilambangkan De. Atau, dihitung dari sudut pandang medan aliran, gayaresistensi muncul sebagai akibat dari tiga fenomena alam: gelombang kejut, lapisan pusaran dan viskositas. Semua ini dapat ditemukan di tabel drag aerodinamis.
Ringkasan
Distribusi tekanan yang bekerja pada permukaan benda mempengaruhi gaya yang besar. Mereka, pada gilirannya, dapat diringkas. Komponen hilir dari nilai ini merupakan daya drag, Drp, karena distribusi tekanan yang mempengaruhi tubuh. Sifat kekuatan ini menggabungkan efek gelombang kejut, pembangkitan sistem pusaran dan mekanisme bangun.
Viskositas fluida memiliki pengaruh yang signifikan terhadap drag. Dengan tidak adanya komponen ini, gaya tekanan yang bekerja untuk memperlambat kendaraan dinetralkan oleh daya yang ada di bagian belakang dan mendorong kendaraan ke depan. Ini disebut repressurization, menghasilkan hambatan aerodinamis nol. Artinya, usaha yang dilakukan benda pada aliran udara adalah reversibel dan dapat diperoleh kembali karena tidak ada efek gesekan untuk mengubah energi aliran menjadi panas.
Pemulihan tekanan bekerja bahkan dalam kasus gerakan kental. Nilai ini, bagaimanapun, menghasilkan kekuatan. Ini adalah komponen drag yang dominan dalam kasus kendaraan dengan daerah aliran split dimana head recovery dianggap agak tidak efisien.
Gaya gesekan, yang merupakan kekuatan tangensial pada permukaanpesawat, tergantung pada konfigurasi lapisan batas dan viskositas. Hambatan aerodinamis, Df, dihitung sebagai proyeksi hilir kumpulan rawa yang diperkirakan dari permukaan tubuh.
Jumlah tahanan gesekan dan tekanan disebut tahanan viskos. Dari perspektif termodinamika, efek rawa adalah fenomena yang tidak dapat diubah dan karenanya menciptakan entropi. Resistensi viskos yang dihitung Dv menggunakan perubahan nilai ini untuk memprediksi gaya pantul secara akurat.
Di sini juga perlu diberikan rumus rapat massa udara untuk gas: V=m/MRT.
Saat pesawat menghasilkan gaya angkat, ada komponen pushback lainnya. Resistansi yang diinduksi, Di. Itu muncul dari perubahan distribusi tekanan dari sistem pusaran yang menyertai produksi lift. Perspektif lift alternatif dicapai dengan mempertimbangkan perubahan momentum aliran udara. Sayap mencegat udara dan memaksanya untuk bergerak ke bawah. Hal ini menghasilkan gaya hambat yang sama besar dan berlawanan arah yang bekerja pada sayap, yaitu gaya angkat.
Mengubah momentum aliran udara ke bawah menyebabkan penurunan nilai sebaliknya. Bahwa itu adalah hasil dari gaya yang bekerja ke depan pada sayap yang diterapkan. Massa yang sama tetapi berlawanan bekerja di bagian belakang, yang merupakan gaya hambat yang diinduksi. Ini cenderung menjadi komponen terpenting untuk pesawat saat lepas landas atau mendarat. Objek drag lainnya, wave drag (Dw) disebabkan oleh gelombang kejutpada kecepatan transonik dan supersonik mekanika penerbangan. Gulungan ini menyebabkan perubahan pada lapisan batas dan distribusi tekanan di atas permukaan tubuh.
Sejarah
Gagasan bahwa benda bergerak yang melewati udara (rumus massa jenis) atau cairan lain mengalami hambatan telah dikenal sejak zaman Aristoteles. Sebuah artikel oleh Louis Charles Breguet yang ditulis pada tahun 1922 memulai upaya untuk mengurangi hambatan melalui optimasi. Penulis terus menghidupkan ide-idenya, menciptakan beberapa pesawat pemecah rekor pada 1920-an dan 1930-an. Teori lapisan batas Ludwig Prandtl pada tahun 1920 memberikan insentif untuk meminimalkan gesekan.
Panggilan penting lainnya untuk pengurutan dibuat oleh Sir Melville Jones, yang memperkenalkan konsep teoretis untuk secara meyakinkan menunjukkan pentingnya pengurutan dalam desain pesawat. Pada tahun 1929, karyanya The Streamlined Airplane dipresentasikan kepada Royal Aeronautical Society sangat penting. Dia mengusulkan pesawat ideal yang memiliki hambatan minimal, yang mengarah pada konsep monoplane "bersih" dan undercarriage yang dapat ditarik.
Salah satu aspek karya Jones yang paling mengejutkan para desainer saat itu adalah plot tenaga kuda versus kecepatannya untuk pesawat yang nyata dan ideal. Jika Anda melihat titik data untuk sebuah pesawat terbang dan mengekstrapolasinya secara horizontal ke kurva yang sempurna, Anda dapat segera melihat hasilnya untuk kekuatan yang sama. Ketika Jones menyelesaikan presentasinya, salah satu pendengartingkat kepentingannya sebagai siklus Carnot dalam termodinamika.
Resistensi yang diinduksi pengangkatan
Tembakan akibat gaya angkat dihasilkan dari pembuatan kemiringan pada badan tiga dimensi seperti sayap pesawat atau badan pesawat. Pengereman terinduksi terutama terdiri dari dua komponen:
- Seret karena membuat pusaran yang tertinggal.
- Memiliki drag kental tambahan yang tidak ada saat lift nol.
Vortisitas balik dalam medan aliran yang muncul sebagai akibat dari pengangkatan benda disebabkan oleh pencampuran turbulen udara di atas dan di bawah benda, yang mengalir ke beberapa arah yang berbeda sebagai akibat dari gaya angkat.
Dengan parameter lain yang tetap sama dengan gaya angkat yang dibuat oleh tubuh, resistensi yang disebabkan oleh kemiringan juga meningkat. Ini berarti bahwa ketika sudut serang sayap meningkat, koefisien angkat meningkat, seperti halnya rebound. Pada awal stall, gaya aerodinamis yang rawan menurun secara dramatis, seperti halnya gaya hambat yang diinduksi lift. Tetapi nilai ini meningkat karena pembentukan aliran turbulen yang tidak terikat setelah tubuh.
Seret palsu
Ini adalah hambatan yang disebabkan oleh pergerakan benda padat melalui cairan. Hambatan parasit memiliki beberapa komponen, antara lain gerakan akibat tekanan viskos dan akibat kekasaran permukaan (gesekan kulit). Selain itu, kehadiran beberapa benda dalam jarak yang relatif dekat dapat menyebabkan apa yang disebutresistensi interferensi, yang kadang-kadang digambarkan sebagai komponen dari istilah.
Dalam penerbangan, serangan balik yang diinduksi cenderung lebih kuat pada kecepatan yang lebih rendah karena sudut serang yang tinggi diperlukan untuk mempertahankan daya angkat. Namun, saat kecepatan meningkat, itu bisa dikurangi, begitu juga dengan induced drag. Namun, gaya hambat parasit menjadi lebih besar karena fluida mengalir lebih cepat di sekitar benda yang menonjol, meningkatkan gesekan.
Pada kecepatan yang lebih tinggi (transonik), hambatan gelombang mencapai tingkat yang baru. Masing-masing bentuk tolakan ini bervariasi secara proporsional satu sama lain tergantung pada kecepatannya. Jadi kurva drag keseluruhan menunjukkan minimum pada beberapa kecepatan udara - pesawat akan berada pada atau mendekati efisiensi optimal. Pilot akan menggunakan kecepatan ini untuk memaksimalkan daya tahan (konsumsi bahan bakar minimum) atau jarak meluncur jika terjadi kerusakan mesin.
Kurva Daya Penerbangan
Interaksi dari parasitic drag dan induced drag sebagai fungsi dari kecepatan udara dapat direpresentasikan sebagai garis karakteristik. Dalam penerbangan, ini sering disebut sebagai kurva daya. Penting bagi pilot karena ini menunjukkan bahwa di bawah kecepatan udara tertentu, dan secara berlawanan, lebih banyak daya dorong diperlukan untuk mempertahankannya saat kecepatan udara berkurang, bukan berkurang. Implikasi menjadi "di belakang layar" dalam penerbangan adalah penting dan diajarkan sebagai bagian dari pelatihan pilot. Pada subsonikkecepatan udara di mana bentuk U dari kurva ini signifikan, hambatan gelombang belum menjadi faktor. Itu sebabnya tidak ditampilkan pada kurva.
Pengereman dalam aliran transonik dan supersonik
Seret gelombang tekan adalah gaya hambat yang dibuat ketika sebuah benda bergerak melalui fluida yang dapat dikompresi dan dengan kecepatan mendekati kecepatan suara di dalam air. Dalam aerodinamika, hambatan gelombang memiliki banyak komponen tergantung pada mode mengemudi.
Dalam aerodinamika penerbangan transonik, hambatan gelombang adalah hasil dari pembentukan gelombang kejut dalam cairan, yang terbentuk saat menciptakan area lokal aliran supersonik. Dalam praktiknya, gerakan seperti itu terjadi pada benda yang bergerak jauh di bawah kecepatan sinyal, karena kecepatan lokal udara meningkat. Namun, aliran supersonik penuh di atas kendaraan tidak akan berkembang sampai nilainya meningkat lebih jauh. Pesawat terbang dengan kecepatan transonik sering mengalami kondisi gelombang selama perjalanan normal penerbangan. Dalam penerbangan transonik, tolakan ini sering disebut sebagai drag kompresibilitas transonik. Ini sangat meningkat saat kecepatan terbangnya meningkat, mendominasi bentuk lain pada kecepatan itu.
Dalam penerbangan supersonik, hambatan gelombang adalah hasil dari gelombang kejut yang ada dalam cairan dan melekat pada tubuh, terbentuk di tepi depan dan belakang tubuh. Dalam aliran supersonik, atau di lambung kapal dengan sudut rotasi yang cukup besar, akan adakejutan longgar atau gelombang melengkung terbentuk. Selain itu, daerah aliran transonik lokal dapat terjadi pada kecepatan supersonik yang lebih rendah. Terkadang mereka mengarah pada pengembangan gelombang kejut tambahan yang ada di permukaan badan angkat lainnya, mirip dengan yang ditemukan pada aliran transonik. Dalam rezim aliran kuat, hambatan gelombang biasanya dibagi menjadi dua komponen:
- Pengangkatan supersonik tergantung pada nilainya.
- Volume, yang juga tergantung pada konsepnya.
Solusi bentuk tertutup untuk hambatan gelombang minimum dari sebuah benda revolusi dengan panjang tetap ditemukan oleh Sears dan Haack dan dikenal sebagai "Distribusi Seers-Haack". Demikian pula, untuk volume tetap, bentuk hambatan gelombang minimum adalah "Von Karman Ogive".
Biplane Busemann, pada prinsipnya, tidak dikenakan tindakan seperti itu sama sekali saat beroperasi pada kecepatan desain, tetapi juga tidak mampu menghasilkan gaya angkat.
Produk
Terowongan angin adalah alat yang digunakan dalam penelitian untuk mempelajari pengaruh pergerakan udara melewati benda padat. Desain ini terdiri dari saluran berbentuk tabung dengan objek yang diuji ditempatkan di tengah. Udara dipindahkan melewati objek dengan sistem kipas yang kuat atau cara lain. Benda uji, sering disebut sebagai model pipa, dilengkapi dengan sensor yang sesuai untuk mengukur kekuatan udara, distribusi tekanan, atau lainnyakarakteristik aerodinamis. Ini juga diperlukan untuk memperhatikan dan memperbaiki masalah dalam sistem tepat waktu.
Apa saja jenis pesawat
Mari kita lihat sejarah dulu. Terowongan angin paling awal ditemukan pada akhir abad ke-19, pada hari-hari awal penelitian penerbangan. Saat itulah banyak yang mencoba mengembangkan pesawat yang lebih berat dari udara. Terowongan angin dikandung sebagai sarana untuk membalikkan paradigma konvensional. Alih-alih berdiri diam dan menggerakkan suatu benda melaluinya, efek yang sama akan diperoleh jika benda itu diam dan udara bergerak dengan kecepatan yang lebih tinggi. Dengan cara ini, pengamat stasioner dapat mempelajari produk terbang yang sedang beraksi dan mengukur aerodinamika praktis yang dikenakan padanya.
Perkembangan pipa mengiringi perkembangan pesawat. Item aerodinamis besar dibangun selama Perang Dunia II. Pengujian dalam tabung semacam itu dianggap penting secara strategis selama pengembangan pesawat supersonik dan rudal selama Perang Dingin. Hari ini, pesawat adalah apa saja. Dan hampir semua perkembangan terpenting telah diperkenalkan ke dalam kehidupan sehari-hari.
Kemudian penelitian terowongan angin menjadi hal yang biasa. Pengaruh angin pada struktur atau objek buatan manusia harus dipelajari ketika bangunan menjadi cukup tinggi untuk memberikan permukaan yang besar kepada angin, dan gaya yang dihasilkan harus ditahan oleh elemen internal bangunan. Definisi set tersebut diperlukan sebelum kode bangunan bisamenentukan kekuatan struktur yang dibutuhkan. Dan tes semacam itu terus digunakan untuk bangunan besar atau tidak biasa hingga hari ini.
Bahkan kemudian, pemeriksaan diterapkan pada hambatan aerodinamis mobil. Tetapi ini bukan untuk menentukan gaya seperti itu, tetapi untuk menetapkan cara mengurangi daya yang diperlukan untuk menggerakkan mobil di sepanjang landasan jalan dengan kecepatan tertentu. Dalam studi ini, interaksi antara jalan dan kendaraan memainkan peran penting. Dialah yang harus diperhitungkan ketika menafsirkan hasil tes.
Dalam situasi nyata, jalan bergerak relatif terhadap kendaraan, tetapi udara masih relatif terhadap jalan. Tapi di terowongan angin, udara bergerak relatif terhadap jalan. Sedangkan yang terakhir adalah stasioner relatif terhadap kendaraan. Beberapa terowongan angin kendaraan uji termasuk sabuk bergerak di bawah kendaraan uji. Ini untuk lebih dekat dengan keadaan sebenarnya. Perangkat serupa digunakan dalam konfigurasi lepas landas dan pendaratan terowongan angin.
Peralatan
Contoh peralatan olahraga juga sudah umum selama bertahun-tahun. Mereka termasuk klub golf dan bola, gerobak luncur Olimpiade dan pengendara sepeda, dan helm mobil balap. Aerodinamika yang terakhir sangat penting dalam kendaraan dengan kabin terbuka (Indycar, Formula One). Gaya angkat yang berlebihan pada helm dapat menyebabkan tekanan yang signifikandi leher pengemudi, dan pemisahan aliran di sisi belakang adalah segel turbulen dan, akibatnya, gangguan penglihatan pada kecepatan tinggi.
Kemajuan dalam simulasi dinamika fluida komputasi (CFD) pada komputer digital berkecepatan tinggi telah mengurangi kebutuhan akan pengujian terowongan angin. Namun hasil CFD masih belum sepenuhnya dapat diandalkan, alat ini digunakan untuk memverifikasi prediksi CFD.
