Gaya seret ini terjadi di pesawat terbang karena sayap atau badan pengangkat mengarahkan udara untuk menyebabkan daya angkat, dan di mobil dengan sayap airfoil yang mengarahkan udara untuk menyebabkan gaya ke bawah. Samuel Langley memperhatikan bahwa pelat dengan rasio aspek yang lebih tinggi memiliki daya angkat dan gaya hambat yang lebih rendah dan diperkenalkan pada tahun 1902. Tanpa penemuan kualitas aerodinamis pesawat, desain pesawat modern tidak akan mungkin.
Mengangkat dan memindahkan
Gaya aerodinamis total yang bekerja pada sebuah benda biasanya dianggap terdiri dari dua komponen: angkat dan perpindahan. Secara definisi, komponen gaya yang sejajar dengan counter flow disebut perpindahan, sedangkan komponen yang tegak lurus dengan counter flow disebut lift.
Dasar-dasar aerodinamika ini sangat penting untuk analisis kualitas aerodinamis sayap. Lift dihasilkan dengan mengubah arah aliran di sekitar sayap. Mengubaharah menghasilkan perubahan kecepatan (bahkan jika tidak ada perubahan kecepatan, seperti yang terlihat pada gerak melingkar beraturan), yaitu percepatan. Oleh karena itu, untuk mengubah arah aliran, diperlukan gaya yang diterapkan pada fluida. Ini terlihat jelas di pesawat manapun, lihat saja representasi skema kualitas aerodinamis An-2.
Tapi tidak semuanya begitu sederhana. Melanjutkan tema kualitas aerodinamis sebuah sayap, perlu diperhatikan bahwa terciptanya gaya angkat udara di bawahnya berada pada tekanan yang lebih tinggi daripada tekanan udara di atasnya. Pada sayap bentang terbatas, perbedaan tekanan ini menyebabkan udara mengalir dari akar sayap permukaan bawah ke dasar permukaan atasnya. Aliran udara terbang ini bergabung dengan udara yang mengalir menyebabkan perubahan kecepatan dan arah yang memutar aliran udara dan menciptakan vortisitas di sepanjang trailing edge sayap. Pusaran yang dibuat tidak stabil, mereka dengan cepat bergabung untuk membuat pusaran sayap. Vortisitas yang dihasilkan mengubah kecepatan dan arah aliran udara di belakang trailing edge, membelokkannya ke bawah dan dengan demikian menyebabkan kepakan di belakang sayap. Dari sudut pandang ini, misalnya, pesawat MS-21 memiliki rasio lift-to-drag yang tinggi.
Kontrol aliran udara
Pusaran pada gilirannya mengubah aliran udara di sekitar sayap, mengurangi kemampuan sayap untuk menghasilkan daya angkat, sehingga memerlukan sudut serang yang lebih tinggi untuk gaya angkat yang sama, yang memiringkan gaya aerodinamis total ke belakang dan meningkatkan komponen hambatan kekuatan itu. Deviasi sudut dapat diabaikanmempengaruhi angkat. Namun, ada peningkatan drag yang sama dengan produk lift dan sudut yang menyimpang. Karena defleksi itu sendiri merupakan fungsi dari gaya angkat, hambatan tambahan sebanding dengan sudut panjat, yang dapat dilihat dengan jelas pada aerodinamika A320.
Contoh sejarah
Sayap planet persegi panjang menciptakan lebih banyak getaran pusaran daripada sayap berbentuk kerucut atau elips, itulah sebabnya banyak sayap modern dibuat meruncing untuk meningkatkan rasio angkat-terhadap-tarik. Namun, badan pesawat elips lebih efisien karena pencucian yang diinduksi (dan karenanya sudut serang efektif) konstan di seluruh rentang sayap. Karena komplikasi manufaktur, beberapa pesawat memiliki bentuk rencana ini, contoh paling terkenal adalah Spitfire Perang Dunia II dan Thunderbolt. Sayap meruncing dengan tepi depan dan belakang lurus dapat mendekati distribusi gaya angkat elips. Sebagai aturan umum, sayap lurus yang tidak meruncing menghasilkan 5% dan sayap yang meruncing menghasilkan tarikan induksi 1-2% lebih banyak daripada sayap elips. Oleh karena itu, mereka memiliki kualitas aerodinamis yang lebih baik.
Proporsionalitas
Sayap dengan rasio aspek tinggi akan menghasilkan gaya hambat yang lebih kecil daripada sayap dengan rasio aspek rendah karena lebih sedikit gangguan udara di ujung sayap yang lebih panjang dan tipis. Oleh karena itu, induksiresistensi dapat berbanding terbalik dengan proporsionalitas, tidak peduli seberapa paradoksnya kedengarannya. Distribusi gaya angkat juga dapat diubah dengan mencuci, memutar sayap untuk mengurangi penurunan ke arah sayap, dan dengan mengganti airfoil di dekat sayap. Hal ini memungkinkan Anda untuk mendapatkan lebih banyak daya angkat lebih dekat ke akar sayap dan lebih sedikit ke sayap, yang menyebabkan penurunan kekuatan vortisitas sayap dan, karenanya, peningkatan kualitas aerodinamis pesawat.
Dalam sejarah desain pesawat
Pada beberapa pesawat awal, sirip dipasang di ujung ekor. Kemudian pesawat memiliki bentuk sayap yang berbeda untuk mengurangi intensitas vortisitas dan mencapai rasio lift-to-drag maksimum.
Tangki bahan bakar impeller atap juga dapat memberikan beberapa manfaat dengan mencegah aliran udara yang kacau di sekitar sayap. Sekarang mereka digunakan di banyak pesawat. Kualitas aerodinamis DC-10 sepatutnya dianggap revolusioner dalam hal ini. Namun, pasar penerbangan modern telah lama diisi ulang dengan model yang jauh lebih canggih.
Rumus drag-to-drag: dijelaskan dengan istilah sederhana
Untuk menghitung resistansi total, perlu diperhitungkan apa yang disebut resistansi parasit. Karena induced drag berbanding terbalik dengan kuadrat kecepatan udara (pada lift tertentu), sedangkan parasit drag berbanding lurus dengan itu, kurva drag keseluruhan menunjukkan kecepatan minimum. Pesawat terbang,terbang dengan kecepatan seperti itu, beroperasi dengan kualitas aerodinamis yang optimal. Menurut persamaan di atas, kecepatan resistansi minimum terjadi pada kecepatan di mana resistansi induksi sama dengan resistansi parasit. Ini adalah kecepatan di mana sudut slip optimal tercapai untuk pesawat yang menganggur. Agar tidak berdasar, perhatikan rumus pada contoh pesawat terbang:
Kelanjutan dari formula ini juga cukup membuat penasaran (gambar di bawah) Terbang lebih tinggi, di mana udara lebih tipis, akan meningkatkan kecepatan di mana hambatan minimum terjadi, dan dengan demikian memungkinkan perjalanan lebih cepat pada jumlah yang sama bahan bakar.
Jika sebuah pesawat terbang dengan kecepatan maksimum yang diizinkan, maka ketinggian di mana kerapatan udara akan memberikan kualitas aerodinamis terbaik. Ketinggian optimal pada kecepatan maksimum dan kecepatan optimal pada ketinggian maksimum dapat berubah selama penerbangan.
Stamina
Kecepatan untuk daya tahan maksimum (yaitu waktu di udara) adalah kecepatan untuk konsumsi bahan bakar minimum dan kecepatan lebih kecil untuk jangkauan maksimum. Konsumsi bahan bakar dihitung sebagai produk dari daya yang dibutuhkan dan konsumsi bahan bakar spesifik per mesin (konsumsi bahan bakar per unit daya). Daya yang dibutuhkan sama dengan waktu drag.
Sejarah
Perkembangan aerodinamika modern baru dimulai pada abad XVIIberabad-abad, tetapi gaya aerodinamis telah digunakan oleh manusia selama ribuan tahun di perahu layar dan kincir angin, dan gambar serta kisah penerbangan muncul di semua dokumen sejarah dan karya seni, seperti legenda Yunani kuno tentang Icarus dan Daedalus. Konsep dasar kontinum, resistensi dan gradien tekanan muncul dalam karya Aristoteles dan Archimedes.
Pada tahun 1726, Sir Isaac Newton menjadi orang pertama yang mengembangkan teori hambatan udara, menjadikannya salah satu argumen pertama tentang kualitas aerodinamis. Matematikawan Belanda-Swiss Daniel Bernoulli menulis sebuah risalah pada tahun 1738 yang disebut Hydrodynamica di mana ia menggambarkan hubungan mendasar antara tekanan, kepadatan dan kecepatan aliran untuk aliran yang tidak dapat dimampatkan, yang sekarang dikenal sebagai prinsip Bernoulli, yang menyediakan satu metode untuk menghitung gaya angkat aerodinamis. Pada tahun 1757, Leonhard Euler menerbitkan persamaan Euler yang lebih umum, yang dapat diterapkan pada aliran kompresibel dan inkompresibel. Persamaan Euler diperluas untuk memasukkan efek viskositas pada paruh pertama tahun 1800-an, sehingga menimbulkan persamaan Navier-Stokes. Performa aerodinamis/kualitas aerodinamis kutub ditemukan pada waktu yang hampir bersamaan.
Berdasarkan peristiwa ini, serta penelitian yang dilakukan di terowongan angin mereka sendiri, Wright bersaudara menerbangkan pesawat pertama pada 17 Desember 1903.
Jenis aerodinamika
Masalah aerodinamis diklasifikasikan berdasarkan kondisi aliran atau sifat aliran, termasuk karakteristik seperti kecepatan, kompresibilitas, dan viskositas. Mereka paling sering dibagi menjadi dua jenis:
- Aerodinamika eksternal adalah studi tentang aliran di sekitar benda padat dengan berbagai bentuk. Contoh aerodinamika eksternal adalah penilaian gaya angkat dan hambat pada pesawat, atau gelombang kejut yang terbentuk di depan hidung rudal.
- Aerodinamika internal adalah studi tentang aliran melalui bagian dalam benda padat. Misalnya, aerodinamika internal mencakup studi aliran udara melalui mesin jet atau melalui cerobong AC.
Masalah aerodinamis juga dapat diklasifikasikan menurut kecepatan aliran di bawah atau mendekati kecepatan suara.
Masalahnya disebut:
- subsonik, jika semua kecepatan dalam soal lebih kecil dari kecepatan suara;
- transonic jika ada kecepatan di bawah dan di atas kecepatan suara (biasanya ketika karakteristik kecepatan kira-kira sama dengan kecepatan suara);
- supersonik, ketika karakteristik kecepatan aliran lebih besar dari kecepatan suara;
- hipersonik, ketika kecepatan aliran jauh lebih besar daripada kecepatan suara.
Ahli aerodinamika tidak setuju dengan definisi pasti aliran hipersonik.
Pengaruh viskositas pada aliran menentukan klasifikasi ketiga. Beberapa masalah mungkin hanya memiliki efek kekentalan yang sangat kecil, dalam hal ini kekentalan dapat dianggap dapat diabaikan. Perkiraan untuk masalah ini disebut inviscidarus. Aliran yang viskositasnya tidak dapat diabaikan disebut aliran kental.
Kompresibilitas
Aliran tak termampatkan adalah aliran yang kerapatannya konstan baik dalam ruang maupun waktu. Meskipun semua fluida nyata dapat dimampatkan, aliran sering kali dianggap tidak dapat dimampatkan jika pengaruh perubahan densitas hanya menyebabkan perubahan kecil pada hasil perhitungan. Ini lebih mungkin terjadi ketika laju aliran jauh di bawah kecepatan suara. Efek kompresibilitas lebih signifikan pada kecepatan yang mendekati atau lebih tinggi daripada kecepatan suara. Nomor Mach digunakan untuk mengevaluasi kemungkinan inkompresibilitas, jika tidak, efek kompresibilitas harus disertakan.
Menurut teori aerodinamika, aliran dianggap kompresibel jika kerapatannya berubah di sepanjang garis arus. Ini berarti bahwa, berbeda dengan aliran yang tidak dapat dimampatkan, perubahan densitas diperhitungkan. Secara umum, ini adalah kasus ketika jumlah Mach sebagian atau seluruh aliran melebihi 0,3. Nilai Mach 0,3 agak berubah-ubah, tetapi digunakan karena aliran gas di bawah nilai ini menunjukkan perubahan densitas kurang dari 5%. Juga, perubahan densitas maksimum 5% terjadi pada titik stagnasi (titik pada objek di mana kecepatan aliran adalah nol), sedangkan densitas di sekitar objek lainnya akan jauh lebih rendah. Aliran transonik, supersonik, dan hipersonik semuanya dapat dimampatkan.
Kesimpulan
Aerodinamika adalah salah satu ilmu terpenting di dunia saat ini. Dia memberi kitamembangun kualitas pesawat, kapal, mobil dan angkutan komik. Ini memainkan peran besar dalam pengembangan jenis senjata modern - rudal balistik, booster, torpedo, dan drone. Semua ini tidak mungkin jika bukan karena konsep modern yang canggih tentang kualitas aerodinamis.
Dengan demikian, gagasan tentang subjek artikel berubah dari fantasi yang indah, tetapi naif tentang Icarus, menjadi pesawat yang berfungsi dan benar-benar berfungsi yang muncul pada awal abad terakhir. Hari ini kita tidak bisa membayangkan hidup kita tanpa mobil, kapal dan pesawat, dan kendaraan ini terus berkembang dengan terobosan baru dalam aerodinamika.
Kualitas aerodinamis pesawat layang merupakan terobosan nyata pada masanya. Pada awalnya, semua penemuan di bidang ini dibuat dengan perhitungan teoretis abstrak, kadang-kadang terpisah dari kenyataan, yang dilakukan oleh ahli matematika Prancis dan Jerman di laboratorium mereka. Kemudian, semua formula mereka digunakan untuk tujuan lain yang lebih fantastis (menurut standar abad ke-18), seperti menghitung bentuk dan kecepatan ideal pesawat masa depan. Pada abad ke-19, perangkat ini mulai dibuat dalam jumlah besar, dimulai dengan pesawat layang dan kapal udara, orang Eropa secara bertahap beralih ke konstruksi pesawat terbang. Yang terakhir ini pertama kali digunakan secara eksklusif untuk tujuan militer. Kartu As Perang Dunia Pertama menunjukkan betapa pentingnya masalah dominasi di udara bagi negara mana pun, dan para insinyur dari periode antar perang menemukan bahwa pesawat semacam itu efektif tidak hanya untuk militer, tetapi juga untuk warga sipil.sasaran. Seiring waktu, penerbangan sipil telah memasuki kehidupan kita dengan kuat, dan hari ini tidak ada satu negara pun yang dapat melakukannya tanpanya.
