چگونه نیروی مقاومت هوا را پیدا کنیم. کشش آیرودینامیکی ماشین

دستورالعمل ها

نیروی مقاومت در برابر حرکت را که بر روی جسمی که به طور یکنواخت در یک خط مستقیم حرکت می کند، بیابید. برای این کار از دینامومتر یا روش دیگری برای اندازه گیری نیرویی که باید به بدن وارد شود استفاده کنید تا به طور یکنواخت و در یک خط مستقیم حرکت کند. طبق قانون سوم نیوتن، از نظر عددی برابر با نیروی مقاومت حرکت بدن خواهد بود.

نیروی مقاومت در برابر حرکت جسمی که در امتداد یک سطح افقی حرکت می کند را تعیین کنید. در این حالت نیروی اصطکاک با نیروی واکنش تکیه گاه نسبت مستقیم دارد که به نوبه خود برابر با نیروی گرانش وارد بر جسم است. بنابراین، نیروی مقاومت در برابر حرکت در این حالت یا نیروی اصطکاک Ftr برابر است با حاصل ضرب جرم بدن m که با مقیاس بر حسب کیلوگرم، با شتاب سقوط آزاد g≈9.8 m/s² و ضریب تناسب اندازه‌گیری می‌شود. μ، Ftr = μ∙m∙g. عدد μ ضریب اصطکاک نامیده می شود و بستگی به سطوحی دارد که در حین حرکت با هم تماس پیدا می کنند. برای مثال برای اصطکاک فولاد و چوب این ضریب 0.5 است.

نیروی مقاومت در برابر حرکت جسمی که در امتداد حرکت می کند را محاسبه کنید. علاوه بر ضریب اصطکاک μ، جرم بدن m و شتاب گرانشی g، به زاویه تمایل صفحه به افق α بستگی دارد. برای یافتن نیروی مقاومت در برابر حرکت در این مورد، باید حاصل ضرب ضریب اصطکاک، جرم بدن، شتاب گرانش و کسینوس زاویه ای که صفحه به افق در آن قرار دارد را پیدا کنید Ftr = μ∙m∙g. ∙cos(α).

وقتی جسمی با سرعت کم در هوا حرکت می کند، نیروی مقاومت Fс با سرعت جسم v نسبت مستقیم دارد، Fc=α∙v. ضریب α بستگی به خواص بدنه و ویسکوزیته محیط دارد و جداگانه محاسبه می شود. هنگامی که با سرعت بالا حرکت می کنید، به عنوان مثال، هنگامی که یک جسم از ارتفاع قابل توجهی سقوط می کند یا یک ماشین حرکت می کند، نیروی مقاومت مستقیماً با مربع سرعت Fc=β∙v² متناسب است. ضریب β نیز برای سرعت های بالا محاسبه می شود.

منابع:

• 1 فرمول کلی نیروی مقاومت هوا در شکل

برای تعیین استحکام - قدرت مقاومت هواشرایطی را ایجاد می کند که تحت تأثیر گرانش بدن شروع به حرکت یکنواخت و خطی می کند. مقدار گرانش را محاسبه کنید، برابر با نیروی مقاومت هوا خواهد بود. اگر جسمی در هوا حرکت کند و سرعت بگیرد، نیروی مقاومت آن با استفاده از قوانین نیوتن و نیروی مقاومت هوا نیز از قانون بقای انرژی مکانیکی و فرمول های آیرودینامیکی خاص پیدا می شود.

شما نیاز خواهید داشت

• مسافت یاب، ترازو، سرعت سنج یا رادار، خط کش، کرونومتر.

دستورالعمل ها

قبل از اندازه گیری مقاومتبرای یک مقاومت استفاده شده، حتما آن را از روی برد یا بلوک قدیمی جدا کنید. در غیر این صورت ممکن است توسط قسمت های دیگر مدار دور زده شود و خوانش های نادرستی از آن دریافت کنید. مقاومت.

ویدیو در مورد موضوع

برای یافتن مقاومت الکتریکی یک هادی از فرمول های مناسب استفاده کنید. مقاومت یک بخش مدار طبق قانون اهم یافت می شود. اگر جنس و ابعاد هندسی هادی مشخص باشد، می توان مقاومت آن را با استفاده از فرمول خاصی محاسبه کرد.

شما نیاز خواهید داشت

• - آزمایشکننده؛
• - کولیس؛
• - خط كش.

دستورالعمل ها

به یاد داشته باشید که مفهوم مقاومت به چه معناست. در این مورد، مقاومت باید به عنوان هر رسانا یا عنصر یک مدار الکتریکی که دارای مقاومت مقاومتی فعال است درک شود. اکنون مهم است که بپرسیم تغییر در مقدار مقاومت چگونه بر مقدار فعلی تأثیر می گذارد و به چه چیزی بستگی دارد. ماهیت پدیده مقاومت این است که مقاومت ها نوعی مانع در برابر عبور بارهای الکتریکی ایجاد می کنند. هر چه مقاومت یک ماده بیشتر باشد، اتم ها در شبکه ماده مقاوم تر قرار می گیرند. این الگو قانون اهم را برای بخشی از یک زنجیره توضیح می دهد. همانطور که می دانید قانون اهم برای یک مقطع مدار به شرح زیر است: شدت جریان در یک مقطع از مدار با ولتاژ آن مقطع نسبت مستقیم و با مقاومت مقطع خود مدار نسبت عکس دارد.

بر اساس قانون اهم، نموداری از وابستگی جریان به ولتاژ دو طرف مقاومت و همچنین مقاومت آن را بر روی یک کاغذ بکشید. در حالت اول نمودار هذلولی و در حالت دوم نمودار خط مستقیم خواهید داشت. بنابراین، هر چه ولتاژ در مقاومت بیشتر باشد و مقاومت کمتر باشد، قدرت جریان بیشتر است. علاوه بر این، وابستگی به مقاومت در اینجا بارزتر است، زیرا ظاهر یک ابربولی دارد.

توجه داشته باشید که مقاومت مقاومت نیز با تغییر دمای آن تغییر می کند. اگر یک عنصر مقاومتی را گرم کنید و تغییر قدرت جریان را مشاهده کنید، متوجه خواهید شد که چگونه جریان با افزایش دما کاهش می یابد. این الگو با این واقعیت توضیح داده می شود که با افزایش دما، ارتعاشات اتم ها در گره های شبکه کریستالی مقاومت افزایش می یابد و در نتیجه فضای آزاد برای عبور ذرات باردار کاهش می یابد. دلیل دیگری که باعث کاهش قدرت جریان در این حالت می شود این است که با افزایش دمای ماده، حرکت آشفته ذرات از جمله ذرات باردار افزایش می یابد. بنابراین، حرکت ذرات آزاد در مقاومت بیشتر از جهت هدایت می شود که بر کاهش قدرت جریان تأثیر می گذارد.

ویدیو در مورد موضوع

مقدار نیروی مقاومت هوا به شکل پرتابه، وضعیت سطح بدنه، مساحت بزرگترین سطح مقطع، چگالی هوا، سرعت پرتابه نسبت به هوا، سرعت بستگی دارد. انتشار صوت و موقعیت محور طولی پرتابه نسبت به بردار سرعت پرتابه.

اجازه دهید به طور خلاصه بررسی کنیم که چگونه عوامل ذکر شده در بالا بر مقدار نیروی مقاومت هوا تأثیر می گذارد.

شکل و وضعیت سطح پرتابه. تأثیر شکل پرتابه و وضعیت سطح آن بر میزان نیروی مقاومت هوا هنگام در نظر گرفتن عوامل تعیین کننده وقوع نیروی مقاومت هوا نشان داده شد.

برنج. 12. تأثیر شکل پرتابه بر شکل گیری سر و دم

امواج و تلاطم پشت پرتابه:

آ- پرتابه استوانه ای؛ ب - پرتابه توپ (هسته)؛ V -یک پرتابه مستطیلی با یک قسمت کمربند استوانه ای (یک نارنجک قدیمی با انفجار قوی)؛

جیپرتابه مستطیلی با قسمت کمربند مخروطی شکل

وابستگی بزرگی مقاومت موج و گرداب به شکل پرتابه در شکل 1 به وضوح قابل مشاهده است. 12، که عکس‌های فوری از پرتابه‌هایی را نشان می‌دهد که تقریباً با همان سرعت اولیه شلیک می‌شوند.

کوچکترین امواج و تلاطم از پرتابه ای به دست می آید که دارای سر نوک تیزترین و قسمت پایینی اریب دار است، بیشترین امواج و تلاطم از پرتابه استوانه ای شکل به دست می آید.

اما باید در نظر داشت که هنگام انتخاب شکل بهینه یک پرتابه، لازم است در کنار کاهش مقاومت هوا، از پایداری پرواز پرتابه، استفاده منطقی از فلز، تجهیزات و عملکرد موثر پرتابه اطمینان حاصل شود. در هدف؛ بنابراین انواع مختلف پرتابه ها شکل های متفاوتی دارند.

وابستگی بزرگی نیروی مقاومت هوا به شکل پرتابه با ضریب شکل بیان می شود. من.

برای پرتابه ای از این نوع که شکل آن به عنوان استاندارد در نظر گرفته شده است، ضریب شکل برابر با واحد در نظر گرفته می شود. هنگامی که شکل پرتابه نسبت به نمونه مرجع تغییر می کند، ضریب شکل به صورت تجربی تعیین می شود.

بزرگترین سطح مقطع اگر زاویه nutation δ = 0، سپس تعداد ذرات اولیه هوا که پرتابه در مسیر خود با سایر موارد برابر است، به مساحت بزرگترین مقطع آن بستگی دارد. هرچه سطح مقطع پرتابه بزرگتر باشد، ذرات هوای اولیه بیشتری روی پرتابه اثر می‌گذارند و نیروی مقاومت هوا بیشتر می‌شود. داده های تجربی نشان می دهد که نیروی مقاومت هوا متناسب با تغییر سطح مقطع پرتابه تغییر می کند.

تراکم هوا. چگالی هوا به جرم هوا در واحد حجم اشاره دارد. تغییر در جرم هوا در واحد حجم می تواند به دلیل تغییر در تعداد ذرات بنیادی (مولکول) در واحد حجم یا به دلیل تغییر در جرم هر ذره رخ دهد. به عنوان مثال، اگر چگالی هوا افزایش یافته باشد، به این معنی است که یا تعداد ذرات بنیادی در هر واحد حجم هوا افزایش یافته است، یا جرم ذرات افزایش یافته است (یا هر دو با هم)، و اگر چنین است، پس نیروی عمل هوا در هر واحد سطح پرتابه افزایش می یابد، بنابراین، مقاومت کل هوا افزایش می یابد.

ثابت شده است که نیروی مقاومت هوا متناسب با تغییر چگالی هوا تغییر می کند.

سرعت پرتابه. تحقیقات نشان می دهد که نیروی مقاومت هوا با مجذور سرعت پرتابه نسبت به هوا نسبت مستقیم دارد. به عنوان مثال، اگر سرعت پرتابه نسبت به هوا دو برابر شود، نیروی مقاومت هوا چهار برابر می شود.

این امر با این واقعیت توضیح داده می شود که اولاً با افزایش سرعت پرتابه، در هر واحد زمان با ذرات هوای ابتدایی بیشتری در مسیر خود مواجه می شود و ثانیاً اینرسی ذرات هوا در سرعت بالاتر «باید در زمان کوتاه تری توسط پرتابه غلبه شود که باعث مقاومت بیشتر ذرات هوا می شود.

سرعت انتشار صدا در هوا شکل گیری مقاومت موج، همانطور که در بالا نشان داده شده است، در لحظه ای رخ می دهد که سرعت پرتابه برابر با سرعت صوت می شود، یعنی در لحظه ای که

جایی که v- سرعت پرتابه و آ- سرعت صوت در هوا

سرعت صوت در هوا ثابت نیست (بسته به دما و رطوبت هوا). در نتیجه، در همان سرعت پرتابه، به دلیل تغییر در سرعت صوت در هوا، مقدار مقاومت موج و نیروی مقاومت هوا به طور کلی می تواند متفاوت باشد. وابستگی مقدار نیروی مقاومت هوا به سرعت انتشار صوت با یک ضریب خاص در نظر گرفته می شود. اندازه , بستگی به اندازه و شکل پرتابه دارد. نمودار این وابستگی در شکل نشان داده شده است. 13.

برنج. 13. نمودار تابع:

آ.- یک پرتابه با قسمت کمربند استوانه ای (یک نارنجک قدیمی با انفجار قوی)؛

ب - پرتابه مستطیلی با قسمت کمربند مخروطی شکل

موقعیت محور طولی پرتابه نسبت به مماس بر مسیر (بردار سرعت). پرواز یک پرتابه در هوا با حرکات نوسانی پیچیده در اطراف مرکز ثقل همراه است، در نتیجه محور طولی پرتابه با جهت پرواز (با بردار سرعت)، یعنی زوایای نوسانی مطابقت ندارد. به نظر می رسد.

هنگامی که زاویه مهره رخ می دهد، پرتابه دیگر با قسمت سر خود به جلو پرواز نمی کند، بلکه بخشی از سطح جانبی خود را در معرض جریان هوای ورودی قرار می دهد. به همین دلیل، شرایط برای جریان هوا در اطراف پرتابه نیز به شدت بدتر می شود.

همه اینها به شدت نیروی مقاومت هوا را افزایش می دهد. برای کاهش تأثیر این عامل، اقداماتی برای تثبیت پرواز پرتابه انجام می شود، یعنی کاهش زوایای nutation.

بنابراین تأثیر عوامل مختلف بر میزان نیروی مقاومت هوا پیچیده و چندوجهی است. بنابراین، نیروی مقاومت هوا معمولاً در شرایطی که نیروی مقاومت هوا در کل حرکت به مرکز ثقل آن اعمال می‌شود و به طور مماس بر مسیر حرکت می‌کند، به‌طور تجربی تعیین می‌شود، یعنی زوایای nutation وجود نداشته باشد.

مقدار نیروی مقاومت هوا با فرمول های تجربی مختلف بیان می شود. یکی از رایج ترین آنها فرم است

(1.7)

جایی که آر- بزرگی نیروی مقاومت هوا، کیلوگرم؛

من-فاکتور شکل؛

اس- سطح مقطع پرتابه، متر 2;

ρ - چگالی هوا (جرم 1 m 3از هوای داده شده برابر است با

جایی که پ- وزن 1 m 3هوا، یا چگالی وزن هوا)؛

v- سرعت پرتابه نسبت به هوا، ام‌اس؛

ضریب تجربی با در نظر گرفتن تأثیر کمیت

نسبت سرعت پرتابه به سرعت صدا بسته به شکل پرتابه.

در فرمول 1.7، کمیت معنای مستقلی دارد، زیرا چیزی بیش از انرژی جنبشی یا نیروی زنده 1 نیست. m 3هوا این مقدار فشار سرعت نامیده می شود.

سخنرانی 10

مبحث 4. فعالیت 2. سقوط یک پوسته در باد

1. باد را شتاب دهید یا از آن حمایت کنید. دید عرضی و ضریب بالستیک.

2. نیاز به پذیرش جهان برای اطمینان از پایداری پرتابه در میدان.

3. سقوط یک پرتابه محکم پیچیده در میدان. استخراج.

این جزئی از کل نیروی آیرودینامیکی است.

نیروی پسا معمولاً به صورت مجموع دو مولفه نمایش داده می شود: درگ با بالابر صفر و درگ القایی. هر مولفه با ضریب درگ بدون بعد خاص خود و وابستگی خاصی به سرعت حرکت مشخص می شود.

کشیدن هم می تواند به یخ زدن هواپیما (در دمای پایین هوا) کمک کند و هم باعث گرم شدن سطوح جلویی هواپیما در سرعت های مافوق صوت با یونیزاسیون ضربه شود.

با بالابر صفر بکشید

این جزء پسا به بزرگی نیروی بالابر ایجاد شده بستگی ندارد و متشکل از کشش پروفیل بال، مقاومت عناصر ساختاری هواپیما که به نیروی بالابر کمک نمی کنند و کشش موج است. دومی هنگام حرکت با سرعت های نزدیک و مافوق صوت مهم است و به دلیل تشکیل یک موج ضربه ای ایجاد می شود که بخش قابل توجهی از انرژی حرکت را با خود می برد. کشش موج زمانی اتفاق می‌افتد که هواپیما به سرعتی مطابق با عدد بحرانی ماخ برسد، زمانی که بخشی از جریان در اطراف بال هواپیما به سرعت مافوق صوت می‌رسد. هرچه عدد بحرانی M بیشتر باشد، زاویه رفت و برگشت بال بیشتر می شود، لبه جلویی بال نوک تیزتر و نازکتر می شود.

نیروی مقاومت بر خلاف سرعت حرکت است، بزرگی آن متناسب با ناحیه مشخصه S، چگالی محیط ρ و مربع سرعت V است:

سی ایکس 0 ضریب درگ آیرودینامیکی بدون بعد است که از معیارهای شباهت به دست می آید، برای مثال اعداد رینولدز و فرود در آیرودینامیک.

تعیین ناحیه مشخصه بستگی به شکل بدن دارد:

• در ساده ترین حالت (توپ) - سطح مقطع.
• برای بال و خروج - ناحیه بال / بال در نمای پلان؛
• برای پروانه ها و روتورهای هلیکوپتر - یا ناحیه تیغه ها یا منطقه جارو شده روتور.
• برای بدنه های مستطیلی چرخشی گرا در امتدادجریان (بدنه، پوسته کشتی هوایی) - کاهش سطح حجمی برابر با V 2/3، که در آن V حجم بدن است.

قدرت مورد نیاز برای غلبه بر یک جزء معین از نیروی پسا متناسب است کوباسرعت.

راکتانس القایی

راکتانس القایی(انگلیسی) کشش ناشی از لیفت) نتیجه تشکیل بالابر روی بال با دهانه محدود است. جریان نامتقارن در اطراف بال منجر به این می شود که جریان هوا از بال با زاویه ای نسبت به جریان وارد شده روی بال (به اصطلاح مخروطی جریان) از بال خارج می شود. بنابراین در حین حرکت بال، شتاب ثابتی از جرم هوای ورودی در جهتی عمود بر جهت پرواز و به سمت پایین وجود دارد. این شتاب اولاً با تشکیل نیروی بالابر همراه است و ثانیاً منجر به نیاز به انتقال انرژی جنبشی به جریان شتاب دهنده می شود. مقدار انرژی جنبشی مورد نیاز برای ایجاد سرعت عمود بر جهت پرواز به جریان، میزان درگ القایی را تعیین می کند.

بزرگی درگ القایی نه تنها تحت تأثیر بزرگی نیروی بالابر، بلکه تحت تأثیر توزیع آن در طول دهانه بال قرار می گیرد. حداقل مقدار درگ القایی با توزیع بیضوی نیروی بالابر در طول دهانه به دست می آید. هنگام طراحی بال، این با استفاده از روش های زیر به دست می آید:

• انتخاب یک پلان بال منطقی؛
• استفاده از پیچش هندسی و آیرودینامیکی؛
• نصب سطوح کمکی - نوک بال های عمودی.

راکتانس القایی متناسب است مربعنیروی بالابر Y و معکوسمساحت بال S، ازدیاد طول آن λ، تراکم متوسط ​​ρ و مربعسرعت V:

بنابراین، کشش القایی در هنگام پرواز با سرعت پایین (و در نتیجه، در زوایای حمله بالا) سهم قابل توجهی دارد. همچنین با افزایش وزن هواپیما افزایش می یابد.

مقاومت کل

مجموع انواع نیروهای مقاومت است:

ایکس = ایکس 0 + ایکس من

از آنجایی که کشیدن در بالابر صفر ایکس 0 متناسب با مجذور سرعت و استقرایی است ایکس من- با مجذور سرعت نسبت معکوس دارد، سپس آنها در سرعت های مختلف سهم های متفاوتی دارند. با افزایش سرعت، ایکس 0 در حال رشد است و ایکس من- سقوط، و نمودار مقاومت کل ایکسدر سرعت ("منحنی رانش مورد نیاز") در نقطه تقاطع منحنی ها حداقل است. ایکس 0 و ایکس من، که در آن هر دو نیروی مقاومت از نظر قدر برابر هستند. در این سرعت، هواپیما کمترین پسا را ​​برای نیروی بالابر معین (برابر وزن) دارد و بنابراین بالاترین کیفیت آیرودینامیکی را دارد.

بنیاد ویکی مدیا 2010.

تشکیل نیروی مقاومت هوا. در شکل شکل های 78 و 81 جریان هوای تولید شده در حین حرکت یک خودروی سواری و کامیون را نشان می دهد. نیروی مقاومت هوا Pwاز اجزای متعددی تشکیل شده است که اصلی ترین آنها نیروی پسا است. مورد دوم به دلیل این واقعیت است که هنگام حرکت ماشین (شکل 78 را ببینید)، فشار اضافی در مقابل آن ایجاد می شود. +ARهوا، و در عقب - کاهش می یابد -AR(در مقایسه با فشار اتمسفر). فشار هوای جلوی خودرو در برابر حرکت رو به جلو مقاومت ایجاد می کند و کمیاب شدن هوای پشت خودرو نیرویی ایجاد می کند که تمایل دارد خودرو را به سمت عقب حرکت دهد. بنابراین، هر چه اختلاف فشار در جلو و پشت خودرو بیشتر باشد، نیروی پسا بیشتر است و اختلاف فشار نیز به نوبه خود به اندازه، شکل خودرو و سرعت آن بستگی دارد.

برنج. 78.

برنج. 79.

در شکل 79 مقادیر کشش (در واحدهای معمولی) را بسته به شکل بدن نشان می دهد. شکل نشان می دهد که وقتی قسمت جلویی صاف می شود، کشش هوا تا 60٪ کاهش می یابد و وقتی قسمت عقب صاف می شود - فقط 15٪. این نشان می دهد که فشار هوای ایجاد شده در جلوی خودرو نسبت به خلاء پشت خودرو تأثیر بیشتری بر تشکیل نیروی پسا هوا دارد. ساده بودن قسمت عقب خودرو را می توان با شیشه عقب قضاوت کرد - با یک شکل آیرودینامیکی خوب این کار را نمی کند.

کثیف می شود و اگر جریان هوا ضعیف باشد، شیشه عقب گرد و غبار را جذب می کند.

در توازن کلی نیروهای مقاومت هوا، نیروی پسا تقریباً 60 درصد است. سایر اجزاء عبارتند از: مقاومت ناشی از عبور هوا از رادیاتور و محفظه موتور. مقاومت ایجاد شده توسط سطوح بیرون زده؛ مقاومت در برابر اصطکاک هوا بر روی سطح و سایر مقاومت های اضافی. مقادیر همه این مؤلفه ها به یک ترتیب هستند.

کل نیروی مقاومت هوا Pwمتمرکز در مرکز باد، که مرکز بزرگترین سطح مقطع بدن در یک صفحه عمود بر جهت حرکت است. به طور کلی، مرکز بادبان با مرکز جرم خودرو منطبق نیست.

نیروی کشش هوا حاصل ضرب سطح مقطع بدنه و فشار سرعت هوا با در نظر گرفتن ساده شدن شکل است:

جایی که c x - ضریب درگ بدون بعد (آیرودینامیک) مقاومت،با در نظر گرفتن ساده سازی؛ /'-منطقه جلویی یا ناحیه پیش بینی جلویی، m2; q= 0.5p B v a 2 - فشار سرعت هوا، N/m 2. همانطور که از ابعاد مشخص است، فشار سرعت هوا نیروی خاصی است که در واحد سطح اعمال می شود.

با جایگزینی عبارت فشار سرعت به فرمول (114)، به دست می آوریم

که در آن v a سرعت ماشین است. r در - چگالی هوا، کیلوگرم بر متر 3.

میدان فرونتال

که در آن a ضریب پر شدن مساحت است. a = 0.78...0.80 برای خودروهای سواری و a = 0.75...0.90 برای کامیون ها. H a، V a- به ترتیب بزرگترین مقادیر عرض و ارتفاع خودرو.

نیروی کشش هوا نیز با استفاده از فرمول محاسبه می شود

جایی که k w = 0.5c x p - ضریب مقاومت هوا،دارای ابعاد چگالی هوا - kg/m 3 یا N s 2 /m 4. در سطح دریا، که در آن چگالی هوا p = 1.225 کیلوگرم بر متر مکعب، k w = 0,61 c xکیلوگرم بر متر مکعب

معنای فیزیکی ضرایب k wو c xاین است که آنها ویژگی های ساده ماشین را مشخص می کنند.

تست های آیرودینامیکی خودرو ویژگی های آیرودینامیکی خودرو در یک تونل باد مورد مطالعه قرار می گیرد که یکی از آنها در مرکز تحقیقات روسیه برای آزمایش و توسعه وسایل نقلیه موتوری ساخته شده است. بیایید روش آزمایش خودرو در یک تونل باد را که در این مرکز توسعه داده شده است در نظر بگیریم.

در شکل شکل 80 سیستم محورهای مختصات و جهت عمل اجزای کل نیروی آیرودینامیکی را نشان می دهد. در طول آزمایش، نیروها و ممان های زیر تعیین می شوند: نیروی پسا آیرودینامیکی جلویی Rxنیروی جانبی R،بلند کردن Pvلحظه رول M xلحظه واژگونی M y،لحظه عطف M v

برنج. 80.

در طول آزمایش، وسیله نقلیه بر روی ترازوهای آیرودینامیکی شش جزئی نصب شده و روی سکو ثابت می شود (شکل 80 را ببینید). خودرو باید مطابق با مستندات فنی سوخت، تجهیز و بارگیری شود. فشار باد لاستیک ها باید مطابق با دستورالعمل های کارخانه باشد. تست ها مطابق با برنامه تست وزن استاندارد خودکار توسط کامپیوتر کنترل می شوند. در حین آزمایش، یک فن مخصوص جریان هوا را با سرعت 10 تا 50 متر بر ثانیه با فاصله 5 متر بر ثانیه ایجاد می کند. زوایای مختلفی از جریان هوا بر روی خودرو نسبت به محور طولی ایجاد می شود. مقادیر نیروها و گشتاورها نشان داده شده در شکل. 80 و 81، کامپیوتر را ثبت و پردازش می کند.

در طول آزمایش، فشار هوا سرعت (دینامیک) نیز اندازه گیری می شود. qبر اساس نتایج اندازه گیری، کامپیوتر ضرایب نیروها و گشتاورهای ذکر شده در بالا را محاسبه می کند، که از آن فرمول محاسبه ضریب درگ را ارائه می دهیم:

جایی که q-فشار دینامیکی؛ F-ناحیه جلویی

سایر ضرایب ( با y، c v s tx، s tu، c mz)به طور مشابه با جایگزینی مقدار مربوطه به صورت حساب محاسبه می شوند.

کار نامیده می شود عامل کشش آیرودینامیکییا عامل ساده سازی

مقادیر ضریب مقاومت هوا k wو c xبرای انواع خودرو در زیر آورده شده است.

راه های کاهش مقاومت هوا برای کاهش کشش، ویژگی‌های آیرودینامیکی ماشین یا قطار جاده‌ای بهبود می‌یابد: در اتومبیل‌های سواری شکل بدنه تغییر می‌کند (بیشتر) و در کامیون‌ها از فیرینگ، سایبان و شیشه جلوی شیبدار استفاده می‌شود.

آنتن، آینه بیرونی، قفسه سقف، چراغ های جلوی اضافی، و سایر قسمت های بیرون زده یا پنجره های باز مقاومت هوا را افزایش می دهند.

نیروی مقاومت هوای قطار جاده ای نه تنها به شکل تک تک پیوندها، بلکه به برهمکنش جریان های هوای جاری در اطراف پیوندها نیز بستگی دارد (شکل 81). در فواصل بین آنها، تلاطم های اضافی تشکیل می شود که مقاومت کل هوا را در برابر حرکت قطار جاده افزایش می دهد. برای قطارهای جاده ای مسافت طولانی که در امتداد بزرگراه ها با سرعت بالا حرکت می کنند، مصرف انرژی برای غلبه بر مقاومت هوا می تواند به 50٪ از قدرت موتور خودرو برسد. برای کاهش آن، منحرف کننده ها، تثبیت کننده ها، فیرینگ ها و سایر وسایل در قطارهای جاده ای نصب می شوند (شکل 82). به گفته پروفسور A.N. Evgrafova، استفاده از مجموعه ای از عناصر آیرودینامیکی نصب شده باعث کاهش ضریب می شود c xقطار جاده نیمه تریلر با 41٪، قطار دنباله دار - 45٪.

برنج. 81.

برنج. 82.

با سرعت 40 کیلومتر در ساعت نیرو Pwمقاومت غلتشی در جاده آسفالته کمتر است که در نتیجه در نظر گرفته نمی شود. بیش از 100 کیلومتر در ساعت، نیروی مقاومت هوا جزء اصلی از دست دادن تعادل کششی است.

مقاومت آب. ما قبلاً می دانیم (§ 68) که وقتی یک جسم صلب در هوا حرکت می کند، یک نیروی مقاومت هوا بر روی بدن وارد می شود که مخالف حرکت بدن است. اگر جریانی از هوا بر روی جسم ساکن جریان یابد، همان نیرو ایجاد می شود. البته در امتداد حرکت جریان هدایت می شود. نیروی پسا اولاً به دلیل اصطکاک هوا بر روی سطح بدن و ثانیاً به دلیل تغییر حرکت جریان ناشی از بدن ایجاد می شود. در یک جریان هوا که با وجود یک جسم تغییر می کند، فشار در قسمت جلویی بدن افزایش می یابد و در سمت عقب نسبت به فشار در جریان دست نخورده کاهش می یابد. بنابراین، یک اختلاف فشار ایجاد می شود، یک جسم متحرک را ترمز می کند یا یک جسم غوطه ور در یک جریان را می کشد. حرکت هوا در پشت بدن حالت گردابی آشفته ای به خود می گیرد.

برنج. 334. اجسام نشان داده شده در شکل همان مقاومت را در برابر حرکت هوا نشان می دهند

نیروی مقاومت به سرعت جریان، اندازه و شکل بدنه بستگی دارد. برنج. 334 تأثیر شکل بدن را نشان می دهد. برای تمام اجسام نشان داده شده در این شکل، با وجود اندازه های بسیار متفاوت اجسام، مقاومت در برابر حرکت یکسان است. توضیحی برای این موضوع در شکل داده شده است. 335، جریان هوا را در اطراف صفحه و بدنه "روشن شده" نشان می دهد. شکل، خطوط ساده ای را نشان می دهد که جت های هوا را محدود می کند. ما می بینیم که بدنه "روشن شده" تقریباً نظم جریان را مختل نمی کند. بنابراین فشار روی پشت بدنه نسبت به جلو کمی کاهش یافته و مقاومت کمی وجود دارد. در مقابل، در پشت صفحه یک منطقه کامل از حرکت گرداب تصادفی هوا تشکیل می شود که در آن فشار به شدت کاهش می یابد.

برنج. 335. الف) گرداب ها در پشت صفحه ای که در یک جریان قرار می گیرد تشکیل می شود. فشار بسیار کمتر از فشار است. ب) یک بدن "جریان شده" به آرامی به اطراف پرواز می کند. فشار فقط کمی کمتر از فشار است

فیرینگ های مختلف نصب شده بر روی قسمت های بیرون زده هواپیما دقیقاً برای از بین بردن تلاطم جریان از قسمت های بیرون زده سازه در نظر گرفته شده است. به طور کلی، طراحان تلاش می کنند تا کمترین تعداد ممکن از قطعات بیرون زده و بی نظمی هایی را که می توانند تلاطم ایجاد کنند (ارابه فرود جمع شونده، اشکال "صاف شده") روی سطح باقی بگذارند.

به نظر می رسد که نقش اصلی را قسمت عقب بدنه متحرک ایفا می کند، زیرا کاهش فشار در نزدیکی آن بیشتر از افزایش فشار در قسمت جلویی است (مگر اینکه سرعت بدن یا جریان مقابل بسیار زیاد باشد. ). بنابراین، بسیار مهم است که به قسمت عقب بدن شکلی ساده داده شود. تأثیر مقاومت هوا نیز تأثیر زیادی بر وسایل نقلیه زمینی دارد: با افزایش سرعت اتومبیل ها، بخش فزاینده ای از قدرت موتور صرف غلبه بر مقاومت هوا می شود. بنابراین، به خودروهای مدرن تا حد امکان شکل ساده ای داده می شود.

هنگامی که با سرعتی بیشتر از سرعت صوت حرکت می کنید، سرعت "مافوق صوت" (گلوله، پوسته، موشک، هواپیما)، مقاومت هوا به شدت افزایش می یابد، زیرا بدنه پرنده امواج صوتی قدرتمندی ایجاد می کند که انرژی جسم متحرک را می برد (شکل 336). برای کاهش درگ در سرعت های مافوق صوت، لازم است قسمت جلوی بدنه متحرک تیز شود، در حالی که در سرعت های پایین تر، همانطور که در بالا ذکر شد، تیز کردن قسمت عقب آن ("جریان سازی") بیشترین اهمیت را دارد.

برنج. 336. امواج صوتی قدرتمند در نزدیکی پرتابه ای که با سرعت مافوق صوت حرکت می کند، ایجاد می شود

هنگامی که اجسام در آب حرکت می کنند، نیروهای مقاومت نیز به وجود می آیند که مخالف حرکت بدن هستند. اگر جسمی در زیر آب حرکت کند (مثلاً ماهی، زیردریایی)، آنگاه مقاومت به همان دلایل مقاومت هوا ایجاد می شود: اصطکاک آب در برابر سطح بدن و تغییر در جریان، ایجاد مقاومت اضافی. ماهی‌های شناگر سریع (کوسه، اره‌ماهی) و سینه‌داران (دلفین‌ها، نهنگ‌های قاتل) شکل بدنی منظمی دارند که مقاومت در برابر آب را هنگام حرکت کاهش می‌دهد. به زیردریایی ها نیز شکل ساده ای داده می شود. به دلیل چگالی بالای آب نسبت به چگالی هوا، مقاومت در برابر حرکت جسم معین در آب بسیار بیشتر از مقاومت هوا در همان سرعت حرکت است.

برای کشتی‌های معمولی که روی سطح آب قایقرانی می‌کنند، مقاومت موج اضافی نیز وجود دارد: امواج از کشتی متحرک روی سطح آب جدا می‌شوند (شکل 337)، که ایجاد آن بخشی از کار موتور کشتی را به هدر می‌دهد.

برنج. 337. امواج از یک کشتی در حال حرکت بیرون می زند و انرژی را می برد

شباهتی بین مقاومت موجی که یک کشتی با آن مواجه می شود و مقاومتی که در طول پرواز سریع پرتابه به دلیل تولید امواج صوتی ظاهر می شود وجود دارد. در هر دو مورد، انرژی جسم متحرک صرف ایجاد امواج در محیط می شود. با این حال، کشتی امواج را با هر سرعتی ایجاد می کند، در حالی که امواج صوتی تنها با سرعت پرتابه مافوق صوت به وجود می آیند. این تفاوت به این دلیل است که کشتی امواجی را روی سطح آب ایجاد می کند و رابط بین مایع و هوا را هدایت می کند. در مورد پرتابه در حال پرواز، چنین مرزی وجود ندارد. برای کاهش کشش موج، که برای کشتی های پرسرعت می تواند بیش از 3/4 کشش کل باشد، بدنه کشتی شکل خاصی به آن داده می شود. کمان کشتی در قسمت زیر آب گاهی اوقات به شکل حباب ساخته می شود (شکل 338). در همان زمان، شکل گیری اراده در سطح آب کاهش می یابد، به این معنی که مقاومت کاهش می یابد.

برنج. 338. کمان «لامپ شکل» کشتی تندرو

190.1. اگر یک جعبه کبریت را در حالی که یک تورنیکت روشن در پشت آن نگه داشته اید باد کنید، جریان دود به سمت جعبه منحرف می شود (شکل 339). پدیده را توضیح دهید.

190.2. یک دایره سبک روی سوزن بافندگی قرار می گیرد و آزادانه در امتداد آن می لغزد. اگر روی دایره سمت چپ باد کنید، در امتداد سوزن بافندگی به سمت راست می لغزد (شکل 340، a). اگر روی دایره از سمت چپ باد کنید، ابتدا صفحه ای را روی سوزن بافندگی در جلوی دایره قرار داده باشید، سپس دایره به سمت چپ می لغزد و روی صفحه فشار می یابد (شکل 340، b). پدیده را توضیح دهید.

برنج. 339. برای تمرین 190.1

برنج. 340. برای تمرین 190.2