Wat is luchtweerstand. Hoe hangt de kracht van de luchtweerstand af van de vorm van het object en zijn massa?

29.09.2019

De luchtweerstandscoëfficiënt maakt het mogelijk om rekening te houden met energieverliezen tijdens lichaamsbeweging. Meestal worden twee soorten bewegingen beschouwd: beweging op een oppervlak en beweging in een substantie (vloeistof of gas). Als beweging langs een steunpunt wordt overwogen, praten we meestal over de wrijvingscoëfficiënt. Als we de beweging van een lichaam in een vloeistof of gas beschouwen, bedoelen we de luchtweerstandscoëfficiënt van de vorm.

Bepaling van de glijweerstandscoëfficiënt (wrijving).

DEFINITIE

Weerstands- (wrijvings)coëfficiënt de evenredigheidscoëfficiënt genoemd die de wrijvingskracht () en de kracht verbindt normale druk(N) lichamen op steun. Deze coëfficiënt wordt meestal aangegeven met een Griekse letter. In dit geval definiëren we de wrijvingscoëfficiënt als:

We hebben het over de glijdende wrijvingscoëfficiënt, die afhangt van de totale eigenschappen van de wrijvende oppervlakken en een dimensieloze grootheid is. De wrijvingscoëfficiënt hangt af van: de kwaliteit van de oppervlaktebehandeling, wrijvende lichamen, de aanwezigheid van vuil erop, de bewegingssnelheid van lichamen ten opzichte van elkaar, enz. De wrijvingscoëfficiënt wordt empirisch (experimenteel) bepaald.

Bepaling van de rolweerstandscoëfficiënt (wrijving).

DEFINITIE

Rolweerstandscoëfficiënt (wrijving). vaak aangeduid met de letter . Deze kan worden bepaald aan de hand van de verhouding tussen het moment van rollende wrijvingskracht () en de kracht waarmee het lichaam tegen de steun wordt gedrukt (N):

Deze coëfficiënt heeft de afmeting van lengte. De basiseenheid in het SI-systeem is de meter.

Bepaling van de vormweerstandscoëfficiënt

DEFINITIE

Vorm weerstandscoëfficiënt — fysieke hoeveelheid, die de reactie van een stof op de beweging van een lichaam erin bepaalt. We kunnen het anders zeggen: dit is een fysieke grootheid die de reactie van een lichaam op beweging in de materie bepaalt. Deze coëfficiënt wordt empirisch bepaald; hij wordt bepaald door de formule:

waar is de weerstandskracht, is de dichtheid van de substantie, is de snelheid van de stroming van de substantie (of de bewegingssnelheid van het lichaam in de substantie), het gebied van de projectie van het lichaam op een vlak loodrecht op de bewegingsrichting (loodrecht op de stroming).

Soms, als beweging wordt overwogen langwerpig lichaam, dan overwegen ze:

waarbij V het volume van het lichaam is.

De beschouwde luchtweerstandscoëfficiënt is een dimensieloze grootheid. Er wordt geen rekening gehouden met effecten op het oppervlak van lichamen, dus formule (3) kan ongeschikt worden als een stof met een hoge viscositeit wordt overwogen. De luchtweerstandscoëfficiënt (C) is constant zolang het Reynoldsgetal (Re) constant is. In het algemeen .

Als een lichaam scherpe randen heeft, is empirisch gebleken dat voor dergelijke lichamen de luchtweerstandscoëfficiënt constant blijft over een breed bereik van Reynoldsgetallen. Zo werd experimenteel verkregen dat voor ronde platen die over de luchtstroom zijn geplaatst, de waarden van de weerstandscoëfficiënt in het bereik van 1,1 tot 1,12 liggen. Naarmate het Reynoldsgetal () afneemt, verandert de weerstandswet in de wet van Stokes, die voor ronde platen de vorm heeft:

De balweerstand is onderzocht over een breed bereik van Reynoldsgetallen tot en met Voor ontvangen:

De naslagwerken presenteren luchtweerstandscoëfficiënten voor ronde cilinders, bollen en ronde platen, afhankelijk van het Reynoldsgetal.

IN luchtvaart technologie het probleem van het vinden van de lichaamsvorm met minimale weerstand is van bijzonder belang.

Voorbeelden van probleemoplossing

VOORBEELD 1

Oefening

De maximale snelheid van een auto op een horizontaal gedeelte van de weg is gelijk aan het maximale vermogen gelijk aan P. De luchtweerstandscoëfficiënt van de auto is C, en het grootste dwarsdoorsnedeoppervlak bevindt zich in de richting loodrecht op de snelheid S. De auto heeft een reconstructie ondergaan, grootste gebied secties in de richting loodrecht op de snelheid werden teruggebracht tot een waarde, waarbij de luchtweerstandscoëfficiënt ongewijzigd bleef. Ervan uitgaande dat de wrijvingskracht op het wegdek onveranderd blijft, bereken dan wat het maximale vermogen van de auto is als de snelheid op een horizontaal gedeelte van de weg gelijk wordt aan . De luchtdichtheid bedraagt.

Oplossing

Laten we een tekening maken.

Het vermogen van de auto definiëren we als:

waar is de trekkracht van de auto.

Ervan uitgaande dat een auto op een horizontaal gedeelte van de weg meerijdt constante snelheid schrijven we de tweede wet van Newton in de vorm:

In projectie op de X-as (figuur 1) hebben we:

De weerstandskracht die een auto ervaart terwijl hij door de lucht beweegt, drukken we uit als:

Dan kan het vermogen van de auto worden geschreven:

Laten we uit (1.5) de wrijvingskracht van de auto op de weg uitdrukken:

Laten we de uitdrukking voor vermogen schrijven, maar waarbij de autoparameters worden gewijzigd afhankelijk van de probleemomstandigheden:

Laten we er rekening mee houden dat de wrijvingskracht van de auto op de weg niet is veranderd, en rekening houden met uitdrukking (1.6):

Antwoord

VOORBEELD 2

Oefening

Wat is de maximale snelheid van een bal die vrij in de lucht valt als bekend is: de dichtheid van de bal (), de dichtheid van de lucht (), de massa van de bal (), en de luchtweerstandscoëfficiënt C?

Oplossing

Laten we een tekening maken.

Laten we de tweede wet van Newton voor de vrije val van een bal opschrijven:

Eén van de manifestaties van wederzijdse zwaartekracht is de zwaartekracht, d.w.z. de aantrekkingskracht van lichamen naar de aarde. Als alleen de zwaartekracht op een lichaam inwerkt, ondergaat het een vrije val. Vrije val is dus de val van lichamen in een luchtloze ruimte onder invloed van de zwaartekracht naar de aarde, beginnend vanuit een rusttoestand.

Galileo bestudeerde dit fenomeen eerst, maar vanwege het ontbreken van luchtpompen kon hij geen experimenten uitvoeren in de luchtloze ruimte, dus voerde Galileo experimenten in de lucht uit. Door alle secundaire verschijnselen die zich voordoen wanneer lichamen in de lucht bewegen te negeren, ontdekte Galileo de wetten van de vrije val van lichamen. (1590)

1e wet. Vrije val is een rechtlijnige, uniform versnelde beweging.
2e wet. De versnelling van de zwaartekracht op een bepaalde plaats op aarde is voor alle lichamen hetzelfde; de gemiddelde waarde is 9,8 m/s.

De afhankelijkheden tussen de kinematische kenmerken van vrije val worden verkregen uit formules voor uniform versnelde beweging, als we in deze formules a = g plaatsen. Voor v0 = 0 V = gt, H = gt2\2, v = √2gH.

In de praktijk weerstaat lucht altijd de beweging van een vallend lichaam, en voor een bepaald lichaam geldt: hoe groter de valsnelheid, hoe groter de luchtweerstand. Als gevolg hiervan neemt de luchtweerstand toe naarmate de valsnelheid toeneemt, neemt de versnelling van het lichaam af, en wanneer de luchtweerstand gelijk wordt aan de zwaartekracht, wordt de versnelling van een vrij vallend lichaam nul. In de toekomst zal de beweging van het lichaam een uniforme beweging zijn.

De feitelijke beweging van lichamen in de atmosfeer van de aarde vindt plaats langs een ballistisch traject, dat vanwege de luchtweerstand aanzienlijk verschilt van het parabolische traject. Als u bijvoorbeeld een kogel afvuurt met een geweer met een snelheid van 830 m/s onder een hoek α = 45° ten opzichte van de horizon en een filmcamera gebruikt om het werkelijke traject van de tracerkogel en de locatie van de inslag vast te leggen, dan is het vliegbereik ongeveer 3,5 km. En als je het met de formule berekent, wordt het 68,9 km. Het verschil is enorm!

De luchtweerstand is afhankelijk van vier factoren: 1) GROOTTE van het bewegende object. Een groot object zal uiteraard meer weerstand ondervinden dan een klein object. 2) VORM van een bewegend lichaam. Een vlakke plaat van een bepaald gebied zal een veel grotere windweerstand bieden dan een gestroomlijnd lichaam (druppelvorm) met hetzelfde dwarsdoorsnede-oppervlak voor dezelfde wind, feitelijk 25 keer groter! Het ronde voorwerp bevindt zich ergens in het midden. (Dit is de reden waarom de carrosserieën van alle auto's, vliegtuigen en paragliders waar mogelijk afgerond of druppelvormig zijn: het vermindert de luchtweerstand en zorgt ervoor dat je sneller kunt bewegen met minder inspanning op de motor en dus met minder brandstof). 3) LUCHTDICHTHEID. We weten al dat een kubieke meter op zeeniveau ongeveer 1,3 kg weegt, en hoe hoger je komt, hoe minder dicht de lucht wordt. Dit verschil kan een rol spelen praktische rol tijdens het opstijgen slechts zeer grote hoogte. 4) SNELHEID. Elk van de drie tot nu toe beschouwde factoren levert een proportionele bijdrage aan de luchtweerstand: als je één ervan verdubbelt, verdubbelt de luchtweerstand ook; als je een van beide met de helft verkleint, daalt de weerstand met de helft.

De LUCHTWEERSTAND is gelijk aan de HELFT VAN DE DICHTHEID VAN DE LUCHT, vermenigvuldigd met de SLEEPCOËFFICIËNT, vermenigvuldigd met het SECTIONELE OPPERVLAK en vermenigvuldigd met het SNELHEIDSVIERKANT.

Laten we de volgende symbolen introduceren: D - luchtweerstand; p - luchtdichtheid; A - dwarsdoorsnede; cd - weerstandscoëfficiënt; υ - luchtsnelheid.

Nu hebben we: D = 1/2 x р x cd x A x υ 2

Wanneer een lichaam onder reële omstandigheden valt, zal de versnelling van het lichaam niet gelijk zijn aan de versnelling van de vrije val. In dit geval zal de tweede wet van Newton de vorm aannemen ma = mg – Fresist –Farch

Farkh. =ρqV , aangezien de luchtdichtheid laag is, kan deze worden verwaarloosd, dan ma = mg – ηυ

Laten we deze uitdrukking analyseren. Het is bekend dat een sleepkracht inwerkt op een lichaam dat in de lucht beweegt. Het is bijna duidelijk dat deze kracht afhangt van de bewegingssnelheid en de grootte van het lichaam, bijvoorbeeld het dwarsdoorsnedeoppervlak S, en deze afhankelijkheid is van het type “hoe groter υ en S, hoe groter F.” U kunt het type van deze afhankelijkheid ook verduidelijken op basis van overwegingen van dimensies (maateenheden). De kracht wordt gemeten in Newton ([F] = N), en N = kg m/s2. Het is te zien dat het tweede kwadraat in de noemer is opgenomen. Vanaf hier is het meteen duidelijk dat de kracht evenredig moet zijn met het kwadraat van de snelheid van het lichaam ([υ2] = m2/s2) en de dichtheid ([ρ] = kg/m3) - uiteraard het medium waarin het lichaam beweegt . Dus,

En om te benadrukken dat deze kracht tegen de snelheidsvector is gericht.

We hebben al veel geleerd, maar dat is nog niet alles. De sleepkracht (aërodynamische kracht) hangt zeker ook af van de vorm van het lichaam - het is geen toeval dat vliegtuigen “goed gestroomlijnd” worden gemaakt. Om rekening te houden met deze verwachte afhankelijkheid, is het mogelijk om in de hierboven verkregen relatie (proportionaliteit) een dimensieloze factor te introduceren, die de gelijkheid van dimensies in beide delen van deze relatie niet zal schenden, maar deze in gelijkheid zal veranderen:

Laten we ons een bal voorstellen die door de lucht beweegt, bijvoorbeeld een pellet, die horizontaal wegvliegt met een beginsnelheid. Als er geen luchtweerstand zou zijn, zou de pellet op een afstand x in de tijd verticaal naar beneden bewegen. Maar als gevolg van de werking van de sleepkracht (gericht tegen de snelheidsvector) zal de vluchttijd van de pellet naar het verticale vlak x groter zijn dan t0. Hierdoor zal de zwaartekracht langer op de pellet inwerken, waardoor deze onder y0 zal vallen.

En over het algemeen zal de pellet langs een andere curve bewegen, die niet langer een parabool is (het wordt een ballistisch traject genoemd).

In de aanwezigheid van een atmosfeer worden vallende lichamen, naast de zwaartekracht, beïnvloed door de krachten van stroperige wrijving met de lucht. In ruwe benadering kan bij lage snelheden de kracht van stroperige wrijving worden beschouwd als evenredig met de bewegingssnelheid. In dit geval heeft de bewegingsvergelijking van het lichaam (de tweede wet van Newton) de vorm ma = mg – η υ

De kracht van de stroperige wrijving die inwerkt op bolvormige lichamen die met lage snelheid bewegen, is ongeveer evenredig met hun dwarsdoorsnedeoppervlak, d.w.z. kwadratische lichaamsradius: F = -η υ= - const R2 υ

De massa van een bolvormig lichaam met constante dichtheid is evenredig met zijn volume, d.w.z. kubus met straal m = ρ V = ρ 4/3π R3

Bij het schrijven van de vergelijking wordt rekening gehouden met de neerwaartse richting van de OY-as, waarbij η de luchtweerstandscoëfficiënt is. Deze waarde hangt af van de toestand van de omgeving en lichaamsparameters (lichaamsgewicht, grootte en vorm). Voor een bolvormig lichaam, volgens de Stokes-formule η =6(m(r waarbij m de massa van het lichaam is, r de straal van het lichaam is, ( de viscositeitscoëfficiënt van de lucht is.

Denk bijvoorbeeld aan het vallen van ballen uit verschillende materialen. Laten we twee ballen van dezelfde diameter nemen, plastic en ijzer. Laten we voor de duidelijkheid aannemen dat de dichtheid van ijzer 10 keer groter is dan de dichtheid van plastic, dus de ijzeren bal zal een massa hebben die 10 keer groter is, en dienovereenkomstig zal zijn traagheid 10 keer groter zijn, d.w.z. onder dezelfde kracht zal het 10 keer langzamer accelereren.

In een vacuüm werkt alleen de zwaartekracht op de ballen; deze is 10 keer groter dan op een plastic bal, dienovereenkomstig zullen ze versnellen met dezelfde versnelling (10 keer de grotere zwaartekracht compenseert de 10). maal grotere traagheid van de ijzeren bal). Met dezelfde versnelling zullen beide ballen dezelfde afstand in dezelfde tijd afleggen, d.w.z. met andere woorden, ze zullen gelijktijdig vallen.

In de lucht: er wordt kracht toegevoegd aan het effect van de zwaartekracht aerodynamische weerstand en de macht van Archimedes. Beide krachten zijn naar boven gericht, tegen de werking van de zwaartekracht in, en beide zijn alleen afhankelijk van de grootte en bewegingssnelheid van de ballen (niet afhankelijk van hun massa) en zijn bij gelijke bewegingssnelheden gelijk voor beide ballen.

Naar. de resultante van de drie krachten die op de ijzeren bal inwerken zal niet langer 10 keer groter zijn dan de vergelijkbare resultante van de houten bal, maar meer dan 10, en de traagheid van de ijzeren bal blijft groter dan de traagheid van de houten bal door de 10 keer hetzelfde. Dienovereenkomstig zal de versnelling van de ijzeren bal groter zijn dan die van de plastic bal, en hij zal eerder vallen.

Door voor het lichaam te remmen neemt de stroomsnelheid af en neemt de druk toe. De mate van toename hangt af van de vorm van het voorste deel van het lichaam. Voor de vlakke plaat is de druk groter dan voor het druppelvormige lichaam. Achter het lichaam neemt door verdunning de druk af, terwijl de vlakke plaat een grotere waarde heeft ten opzichte van het druppelvormige lichaam.

Er ontstaat dus een drukverschil voor en achter het lichaam, wat resulteert in de creatie van een aerodynamische kracht die drukweerstand wordt genoemd. Bovendien ontstaat er door luchtwrijving in de grenslaag een aerodynamische kracht, die wrijvingsweerstand wordt genoemd.

Wanneer het symmetrisch rond een lichaam stroomt, wordt de weerstand groter

druk- en wrijvingsweerstand zijn gericht in de richting tegengesteld aan de beweging van het lichaam, en vormen samen de sleepkracht. Experimenten hebben aangetoond dat de aerodynamische kracht afhangt van de stroomsnelheid, de massadichtheid van de lucht, de vorm en grootte van het lichaam, zijn positie in de stroming en de toestand van het oppervlak. Naarmate de snelheid van de tegemoetkomende stroom toeneemt, neemt de kinetische energie ervan, die evenredig is met het kwadraat van de snelheid, toe. Wanneer er dus met toenemende snelheid rond een vlakke plaat stroomt die loodrecht op de stroming staat, is de druk in het voorste gedeelte aanwezig

Dit neemt toe, omdat het grootste deel van de kinetische energie van de stroming tijdens het remmen wordt omgezet in potentiële drukenergie. In dit geval neemt de druk achter de plaat nog meer af, omdat als gevolg van de toename van de traagheid van de straal de omvang van het gebied met lage druk toeneemt. Dus met een toename van de stroomsnelheid, als gevolg van een toename van het drukverschil voor en achter het lichaam, neemt de aerodynamische sleepkracht toe in verhouding tot het kwadraat van de snelheid.

Eerder werd vastgesteld dat de dichtheid van lucht de inertie ervan karakteriseert: hoe hoger de dichtheid, hoe groter de inertie. Om een lichaam in meer inerte en dus dichtere lucht te bewegen, is er meer inspanning nodig om luchtdeeltjes te verplaatsen, wat betekent dat de lucht een grotere kracht op het lichaam zal uitoefenen. Hoe hoger de luchtdichtheid, hoe groter de aerodynamische kracht die op een bewegend lichaam inwerkt.

In overeenstemming met de wetten van de mechanica is de grootte van de aerodynamische kracht evenredig met het dwarsdoorsnedeoppervlak van het lichaam loodrecht op de werkingsrichting van deze kracht. Voor de meeste lichamen is deze doorsnede de grootste doorsnede, de middensectie genoemd, en voor een vleugel het plangebied.

De vorm van het lichaam beïnvloedt de aard van het aerodynamische spectrum (de snelheid van de stromen die rond een bepaald lichaam stromen), en dus het drukverschil, dat de grootte van de aerodynamische kracht bepaalt. Wanneer de positie van een lichaam in de luchtstroom verandert, verandert het stromingsspectrum, wat een verandering in de grootte en richting van de aerodynamische krachten met zich meebrengt.

Lichamen met een minder ruw oppervlak ervaren lagere wrijvingskrachten, omdat hun grenslaag over het grootste deel van het oppervlak een laminaire stroming heeft, waarbij de wrijvingsweerstand kleiner is dan bij een turbulente stroming.

Dus als de invloed van vorm en positie
lichamen in de stroming, houd rekening met de mate van oppervlaktebehandeling
correctiefactor genaamd aero
dynamische coëfficiënt, dat kunnen we concluderen
dat de aerodynamische kracht recht evenredig is met de kracht ervan
zijn coëfficiënt, snelheidsdruk en mi-
het lichaam verdelen (aan de vleugel - het gebied),

Als we de totale aerodynamische kracht van de luchtweerstand met de letter aanduiden R, zijn aerodynamische coëfficiënt - snelheidsdruk - Q, en het vleugeloppervlak kan de formule voor de luchtweerstand als volgt worden geschreven:

valt aan als de snelheidsdruk gelijk is

ziet eruit als:

de formule zal zijn

De gegeven formule voor de kracht van luchtweerstand is de belangrijkste, omdat het met vergelijkbare vormen mogelijk is om de grootte van elke aerodynamische kracht te bepalen, waarbij alleen de aanduiding van de kracht en de coëfficiënt ervan wordt vervangen.

Totale aerodynamische kracht en zijn component

Omdat de kromming van de vleugel aan de bovenkant groter is dan aan de onderkant, is, wanneer deze de luchtstroom ontmoet, volgens de wet van constantheid van de tweede luchtstroomsnelheid, de lokale stroomsnelheid rond de vleugel aan de bovenkant groter dan aan de bovenkant. de bodem, en aan de aanvalsrand neemt het scherp af en op sommige punten zakt het naar nul. Volgens de wet van Bernoulli verschijnt er een gebied met verhoogde druk voor en onder de vleugel; Boven en achter de vleugel ontstaat een gebied met lage druk. Bovendien vanwege de viscositeit van lucht. er ontstaat een kracht, wrijving in de grenslaag. Het patroon van de drukverdeling langs het vleugelprofiel hangt af van de positie van de vleugel in de luchtstroom, om deze te karakteriseren wordt het concept van de ‘aanvalshoek’ gebruikt.

De aanvalshoek van de vleugel (α) is de hoek tussen de richting van de vleugelkoorde en de binnenkomende luchtstroom of de richting van de vliegsnelheidsvector (Fig. 11).

De drukverdeling langs het profiel wordt eveneens weergegeven in de vorm van een vectordiagram. Om het te construeren, tekent u het profiel van de vleugel en markeert u daarop de punten waarop

van waaruit de druk werd gemeten, en vanaf deze punten worden de waarden van de overdruk als vectoren uitgezet. Als op een bepaald punt de druk laag is, dan is de vectorpijl van het profiel af gericht; De uiteinden van de vectoren zijn verbonden door een gemeenschappelijke lijn. In afb. Figuur 12 toont een afbeelding van de drukverdeling langs het vleugelprofiel bij lage en hoge aanvalshoeken. Hieruit blijkt dat het grootste vacuüm wordt verkregen op het bovenoppervlak van de vleugel op de plaats waar de stromen maximaal vernauwen. Bij een invalshoek gelijk aan nul zal het grootste vacuüm zich bevinden op het punt met de grootste dikte van het profiel. Ook onder de vleugel treedt een vernauwing van de stromen op, waardoor ook daar een verdunningszone ontstaat, maar kleiner dan boven de vleugel. Voor de vleugeltip bevindt zich een hogedrukgebied.

Naarmate de aanvalshoek groter wordt, verschuift de verdunningszone naar de aanvalsrand en neemt aanzienlijk toe. Dit gebeurt omdat de plaats van de grootste vernauwing van de stromen naar de aanvalsrand beweegt. Onder de vleugels van luchtdeeltjes, ontmoeting bodemoppervlak vleugels vertragen, waardoor de druk toeneemt.

Elke in het diagram weergegeven overdrukvector vertegenwoordigt een kracht die inwerkt op een eenheid vleugeloppervlak, dat wil zeggen dat elke pijl op een bepaalde schaal de hoeveelheid overdruk vertegenwoordigt, of het verschil tussen de plaatselijke druk en de druk in het ongestoorde gebied. stroom:

Door alle vectoren bij elkaar op te tellen, kunnen we de aerodynamische kracht verkrijgen zonder rekening te houden met wrijvingskrachten. Deze kracht zal, rekening houdend met de luchtwrijvingskracht in de grenslaag, gelijk zijn aan de totale aerodynamische kracht van de vleugel. Dus de totale aerodynamische kracht (R) ontstaat door het drukverschil voor en achter de vleugel, onder de vleugel en erboven, maar ook door luchtwrijving in de grenslaag.

Het punt waarop de totale aerodynamische kracht wordt uitgeoefend, bevindt zich op de koorde van de vleugel en wordt het drukcentrum (CP) genoemd. Omdat de totale aerodynamische kracht in de richting van de lagere druk werkt, zal deze naar boven worden gericht en naar achteren worden afgebogen.

In overeenstemming met de fundamentele wet van verzet

Rijst. 13. Ontleding van de totale aerodynamische kracht van een vleugel in zijn componenten

lucht, wordt de totale aerodynamische kracht uitgedrukt door de formule:

De totale aerodynamische kracht wordt meestal beschouwd als geometrische som twee componenten: een ervan, Y, loodrecht op de ongestoorde stroming, wordt de liftkracht genoemd, en de andere, Q, gericht tegengesteld aan de beweging van de vleugel, wordt de sleepkracht genoemd.

Elk van deze krachten kan worden beschouwd als een algebraïsche som van twee termen: drukkracht en wrijvingskracht. Voor de hefkracht kan men de tweede term praktisch verwaarlozen en aannemen dat het slechts een drukkracht is. Weerstand moet worden beschouwd als de som van drukweerstand en wrijvingsweerstand (Fig. 13).

De hoek tussen de liftvectoren en de totale aerodynamische kracht wordt de kwaliteitshoek (Θк) genoemd.

Vleugel omhoog

De liftkracht (Y) ontstaat door het verschil in gemiddelde druk aan de onder- en bovenkant van de vleugel.

Bij stroming rond een asymmetrisch profiel is de stroomsnelheid boven de vleugel groter dan onder de vleugel, vanwege de grotere kromming van het bovenoppervlak van de vleugel en, in overeenstemming met de wet van Bernoulli, is de druk van bovenaf kleiner dan van onderen.

Als het vleugelprofiel symmetrisch is en de aanvalshoek nul is, dan is de stroming symmetrisch, is de druk boven en onder de vleugel hetzelfde en vindt er geen lift plaats (Fig. 14). Een vleugel met een symmetrisch profiel creëert alleen lift bij een aanvalshoek die niet nul is.

Hieruit volgt dat de grootte van de liftkracht gelijk is aan het product van het verschil in overdruk onder de vleugel (Rizb.low) en daarboven ( Rizb. boven) per vleugeloppervlak:

C Y- liftcoëfficiënt, die experimenteel wordt bepaald bij het blazen van de vleugel in een windtunnel. De grootte ervan hangt af: 1 - van de vorm van de vleugel, die de grootste rol speelt bij het creëren van lift; 2 - vanuit de aanvalshoek (oriëntatie van de vleugel ten opzichte van de stroming); 3 - over de mate van verwerking van de vleugel (afwezigheid van ruwheid, integriteit van het materiaal, enz.).

Als een grafiek wordt uitgezet op basis van gegevens van het blazen van een asymmetrische vleugel in een windtunnel onder verschillende invalshoeken, ziet deze er als volgt uit (Fig. 15).

Het laat zien dat:

1. Bij een bepaalde negatieve aanvalshoek is de liftcoëfficiënt nul. Dit is de hoek waarbij de lift nul is en wordt aangeduid met α0.

2. Met een toename van de aanvalshoek tot een bepaalde waarde

Rijst. 14. Subsonische stroming rond een vleugel: A- stroomspectrum (grenslaag niet getoond); B- drukverdeling (drukpatroon)

Rijst. 15. Het schema hangt ervan af
coëfficiënt
liftkracht en coëfficiënt
frontale bestuurder
hoek weerstand
aanvallen.

Rijst, 16. Stroming stopt bij superkritische invalshoeken: op punt A is de druk groter dan op punt B, en op punt C is de druk groter dan op punten A en B

de liftcoëfficiënt neemt proportioneel toe (in een rechte lijn); na een bepaalde aanvalshoek neemt de toename van de liftcoëfficiënt af, wat wordt verklaard door de vorming van wervels op het bovenoppervlak.

3. Bij een bepaalde aanvalshoek bereikt de liftcoëfficiënt zijn maximale waarde. Deze hoek wordt kritisch genoemd en wordt aangeduid met α cr. Vervolgens neemt bij een verdere toename van de aanvalshoek de liftcoëfficiënt af, wat optreedt als gevolg van de intense stroomscheiding van de vleugel, veroorzaakt door de beweging van de grenslaag tegen de beweging van de hoofdstroom in (Fig. 16).

Het bereik van operationele aanvalshoeken zijn hoeken van α 0 naar α cr. Bij aanvalshoeken die bijna kritiek zijn, heeft de vleugel niet voldoende stabiliteit en wordt hij slecht gecontroleerd.

Alle componenten van de luchtweerstand zijn analytisch moeilijk te bepalen. Daarom is in de praktijk een empirische formule gebruikt, die de volgende vorm heeft voor het snelheidsbereik dat kenmerkend is voor een echte auto:

Waar Met X - dimensieloos luchtstroomcoëfficiënt, afhankelijk van lichaamsvorm; ρ in – luchtdichtheid ρ in = 1,202…1,225 kg/m 3 ; A– middengedeelte (dwarsprojectiegebied) van de auto, m2; V– voertuigsnelheid, m/s.

Gevonden in de literatuur luchtweerstandscoëfficiënt k V :

F V = k V AV 2 , Waar k V = c X ρ V /2 , – luchtweerstandscoëfficiënt, Ns 2 /m 4.

…en stroomlijningsfactorQ V : Q V = k V · A.

Als in plaats daarvan Met X vervanging Met z, dan krijgen we de aerodynamische liftkracht.

Middengedeelte voor een auto:

A=0,9 B maximaal · N,

Waar IN max – maximale spoorbreedte van het voertuig, m; N– voertuighoogte, m.

De kracht wordt uitgeoefend in het metacentrum en er ontstaan momenten.

Luchtstroomweerstandssnelheid rekening houdend met wind:

, waarbij β de hoek is tussen de bewegingsrichtingen van de auto en de wind.

MET X sommige auto's

VAZ 2101…07			Opel astra Sedan
VAZ 2108…15


			Landrover Vrije Lander
VAZ 2102…04
VAZ 2121…214
			vrachtauto
			vrachtwagen met aanhanger

Hefweerstandskracht

F P = G A zonde α.

In de wegenpraktijk wordt de grootte van de helling doorgaans geschat aan de hand van de grootte van de stijging van het wegdek, gerelateerd aan de grootte van de horizontale projectie van de weg, d.w.z. raaklijn van de hoek, en duiden i, waarbij de resulterende waarde wordt uitgedrukt als een percentage. Als de helling relatief klein is, is het toegestaan om deze niet te gebruiken zondeα., en de waarde i in relatieve termen. Voor grote hellingswaarden vervangen zondeα door de tangenswaarde ( i/100) onaanvaardbaar.

Versnellingsweerstandskracht

Bij het accelereren van een auto versnelt de voorwaarts bewegende massa van de auto en versnellen de roterende massa's, waardoor de weerstand tegen versnelling toeneemt. Met deze toename kan in de berekeningen rekening worden gehouden als we aannemen dat de massa's van de auto translationeel bewegen, maar een bepaalde equivalente massa gebruiken M eh, iets groter M a (in de klassieke mechanica wordt dit uitgedrukt door de Koenig-vergelijking)

Wij gebruiken de methode van N.E. Zhukovsky, waarbij de kinetische energie van een translationeel bewegende equivalente massa gelijk wordt gesteld aan de som van energieën:

Waar J D– traagheidsmoment van het motorvliegwiel en bijbehorende onderdelen, N s 2 m (kg m 2); ω D – hoeksnelheid motor, rad/s; J Naar– traagheidsmoment van één wiel.

Omdat ω k = V A / R k , ω D = V A · i kp · i O / R k , R k = R k 0 ,