na aerodinâmica, arraste aerodinâmico é a força de arraste de fluido que atua em qualquer corpo sólido em movimento na direção do fluxo de fluxo livre de fluido. Do ponto de vista do corpo (aproximação de campo próximo), o arrasto resulta de forças devido à distribuição de pressão sobre a superfície do corpo, simbolizado D P r {\displaystyle D_{pr}} , e forças devido ao atrito da pele, que é um resultado da viscosidade, denotado D f {\displaystyle D_{f}} ., Alternativamente, calculada a partir da perspectiva do campo de fluxo (abordagem de campo distante), a força de arrasto resulta de três fenômenos naturais: ondas de choque, folha de vórtice, e viscosidade.
OverviewEdit
a distribuição da pressão que actua na superfície do corpo exerce forças normais sobre o corpo. Essas forças podem ser somadas e o componente dessa força que atua rio abaixo representa a força de arrasto, D p r {\displaystyle D_{pr}, devido à distribuição de pressão atuando no corpo., A natureza destas forças normais combina efeitos de onda de choque, efeitos de geração do sistema vórtice e mecanismos viscosos de Despertar.a viscosidade do fluido tem um grande efeito no arrasto. Na ausência de viscosidade, as forças de pressão atuando para retardar o veículo são canceladas por uma força de pressão mais à ré que atua para empurrar o veículo para a frente; isto é chamado de recuperação de pressão e o resultado é que o arrasto é zero. Isto é, o trabalho que o corpo faz no fluxo de ar, é reversível e é recuperado como não há efeitos de fricção para converter a energia do fluxo em calor., A recuperação da pressão actua mesmo no caso do fluxo viscoso. Viscosidade, no entanto resulta em arrasto de pressão e é o componente dominante do arrasto no caso de veículos com regiões de fluxo separado, em que a recuperação de pressão é bastante ineficaz.
a força de arrasto pelo atrito, que é uma força tangencial na superfície da aeronave, depende substancialmente da configuração da camada limite e viscosidade. O arrasto de atrito da Rede, D F {\displaystyle D_{f}} , é calculado como a projeção a jusante das forças viscosas avaliadas sobre a superfície do corpo.,
a soma do arrasto de atrito e do arrasto de Pressão (forma) é chamada de arrasto viscoso. Este componente de arrasto é devido à viscosidade. Em uma perspectiva termodinâmica, os efeitos viscosos representam fenômenos irreversíveis e, portanto, criam entropia. O arrasto viscoso calculado D V {\displaystyle D_{v} usa alterações de entropia para prever com precisão a força de arrasto.
Quando o avião produz elevação, outro componente de arrasto resulta., O arrasto induzido, simbolizado D i {\displaystyle D_{I}}, é devido a uma modificação da distribuição de pressão devido ao sistema de vórtice que acompanha a produção do elevador. Uma perspectiva alternativa de Elevação e arrasto é obtida considerando a mudança de momentum do fluxo de ar. A asa intercepta o fluxo de ar e força o fluxo a se mover para baixo. Isto resulta em uma força igual e oposta atuando para cima na asa que é a força de elevação., A mudança do momentum do fluxo de ar para baixo resulta em uma redução do momentum para trás do fluxo que é o resultado de uma força atuando para frente no fluxo de ar e aplicada pela ASA para o fluxo de ar; uma força igual mas oposta atua na asa para trás que é o arrasto induzido. O arrasto induzido tende a ser o componente mais importante para aviões durante o voo de descolagem ou aterragem. Outro componente de arrasto, nomeadamente o arrasto de onda, D w {\displaystyle D_{w}}, resulta de ondas de choque em velocidades de voo transónicas e supersónicas., As ondas de choque induzem mudanças na camada limite e distribuição de pressão sobre a superfície do corpo.
HistoryEdit
a ideia de que um corpo em movimento que passa pelo ar ou outro fluido encontra resistência era conhecida desde o tempo de Aristóteles. Louis Charles Breguet’s paper of 1922 began efforts to reduce drag by streamlining. Breguet passou a colocar suas ideias em prática, projetando várias aeronaves que quebraram recordes nos anos 1920 e 1930. a teoria da camada limite de Ludwig Prandtl na década de 1920 forneceu o impulso para minimizar o atrito da pele., Um outro grande apelo para a racionalização foi feito por Sir Melvill Jones, que forneceu os conceitos teóricos para demonstrar enfaticamente a importância da racionalização no design de aeronaves. Em 1929 seu artigo “the Streamline Airplane” apresentado à Royal Aeronautical Society foi seminal. He proposed an ideal aircraft that would have minimal drag which led to the concepts of a ‘clean’ monoplano and retrátable undercarriage. O aspecto do jornal de Jones que mais chocou os designers da época foi o seu enredo do poder do cavalo requerido versus velocidade, para um plano real e ideal., Ao olhar para um ponto de dados para uma determinada aeronave e extrapolá-lo horizontalmente para a curva ideal, o ganho de velocidade para a mesma potência pode ser visto. Quando Jones terminou sua apresentação, um membro do público descreveu os resultados como sendo do mesmo nível de importância que o ciclo Carnot na termodinâmica.
dragEdit induzido pela elevação
arrasto induzido vs., o arrasto induzido pela elevação (também chamado arrasto induzido) é o arrasto que ocorre como resultado da criação da elevação em um corpo de elevação tridimensional, como a asa ou fuselagem de um avião. O arrasto induzido consiste principalmente de dois componentes: o arrasto devido à criação de vórtices (arrasto vórtice); e a presença de arrasto viscoso adicional (arrasto viscoso induzido pelo elevador) que não está presente quando o elevador é zero., Os vórtices no campo de fluxo, presentes na esteira de um corpo de elevação, derivam da mistura turbulenta de ar de cima e abaixo do corpo que flui em direções ligeiramente diferentes como consequência da criação de elevação.
com outros parâmetros permanecendo os mesmos, como o elevador gerado por um corpo aumenta, assim como o arrasto induzido pelo elevador. Isto significa que à medida que o ângulo de ataque da asa aumenta (até um máximo chamado de ângulo de parada), o coeficiente de elevação também aumenta, assim como o arrasto induzido pelo elevador., No início da parada, o elevador é abruptamente diminuído, como é o arrasto induzido pelo elevador, mas o arrasto de pressão viscosa, um componente do arrasto parasita, aumenta devido à formação de fluxo turbulento não acoplado na esteira atrás do corpo.
dragEdit parasitário
arrasto parasitário é arrasto causado por mover um objeto sólido através de um fluido. O arrasto parasitário é composto por vários componentes, incluindo o arrasto de pressão viscosa (arrasto da forma), e o arrasto devido à rugosidade da superfície (arrasto de atrito da pele)., Além disso, a presença de múltiplos corpos na proximidade relativa pode incorrer no chamado arrasto de interferência, que é por vezes descrito como um componente do arrasto parasitário.
na aviação, o arrasto induzido tende a ser maior em velocidades mais baixas porque um ângulo de ataque elevado é necessário para manter o elevador, criando mais arrasto. No entanto, como a velocidade aumenta o ângulo de ataque pode ser reduzido e o arrasto induzido diminui. O arrasto parasitário, no entanto, aumenta porque o fluido está fluindo mais rapidamente em torno de objetos salientes aumentando o atrito ou arrasto., A velocidades ainda mais altas (transônicas), o arrasto de onda entra na imagem. Cada uma destas formas de arrasto muda na proporção das outras com base na velocidade. A curva de arrasto global combinada, portanto, mostra um mínimo a alguma velocidade do ar – uma aeronave que voa a esta velocidade será em ou perto de sua eficiência ideal. Os pilotos utilizarão esta velocidade para maximizar a resistência (consumo mínimo de combustível), ou maximizar o alcance de voo em caso de falha do motor.
curva de Potência em aviationEdit
A curva de potência: parasitas de arraste e o arrasto induzido vs., velocidade do ar
a interacção do arrasto parasita e induzido vs. velocidade do ar pode ser traçada como uma curva característica, ilustrada aqui. Na aviação, isso é muitas vezes referido como a curva de potência, e é importante para os pilotos, porque mostra que, abaixo de uma certa velocidade de ar, manter a velocidade de ar contraintuitivamente requer mais impulso à medida que a velocidade diminui, em vez de menos. As consequências de estar” atrás da curva ” em voo são importantes e são ensinadas como parte do treinamento de pilotos., Nas planilhas subsônicas onde a forma” U ” desta curva é significativa, o arrasto de onda ainda não se tornou um fator, e por isso não é mostrado na curva.
a Onda de arraste em transonic e supersônico flowEdit
variação Qualitativa no Cd fator com o número de Mach para aeronaves
a Onda de arraste (também chamado de compressibilidade arraste) é arrastar que é criado quando um corpo se move em um fluido compressível e a velocidades perto da velocidade do som no fluido., Em aerodinâmica, o arrasto de onda consiste em vários componentes dependendo do regime de Velocidade do voo.
em voo transônico (números Mach maiores que cerca de 0,8 e menos que cerca de 1,4), arrasto de onda é o resultado da formação de ondas de choque no fluido, formado quando áreas locais de fluxo supersônico (número Mach maior que 1,0) são criados. Na prática, o fluxo supersônico ocorre em corpos que viajam bem abaixo da velocidade do som, como a velocidade local do ar aumenta à medida que acelera sobre o corpo para velocidades acima de Mach 1.0., No entanto, o fluxo supersônico completo sobre o veículo não se desenvolverá até bem depois Mach 1.0. Aeronaves voando a velocidade transônica muitas vezes incorrer em arrasto de onda através do curso normal de operação. Em voo transônico, arrasto de onda é comumente referido como arrasto de compressibilidade transônica. O arrasto de compressibilidade transônica aumenta significativamente à medida que a velocidade do voo aumenta para Mach 1.0, dominando outras formas de arrasto a essas velocidades.
em voo supersónico (números Mach superiores a 1.,0), arrasto de onda é o resultado de ondas de choque presentes no fluido e ligados ao corpo, tipicamente ondas de choque oblíquas formadas nas bordas dianteiras e finais do corpo. Em fluxos altamente supersônicos, ou em corpos com ângulos de giro suficientemente grandes, ondas de choque não acopladas, ou ondas de arco se formarão em vez disso. Além disso, áreas locais de fluxo transônico por trás da onda de choque inicial podem ocorrer em velocidades supersônicas mais baixas, e podem levar ao desenvolvimento de ondas de choque adicionais menores presentes nas superfícies de outros corpos de elevação, semelhantes às encontradas em fluxos transônicos., Em regimes de fluxo supersônico, o arrasto de ondas é comumente separado em dois componentes, o arrasto de ondas supersônico dependente do elevador e o arrasto de ondas supersônico dependente do volume.
a solução de forma fechada para o arrasto mínimo de onda de um corpo de revolução com um comprimento fixo foi encontrada por Sears e Haack, e é conhecida como a distribuição Sears-Haack. Similarly, for a fixed volume, the shape for minimum wave drag is the Von Karman Ogive.
o biplano de Busemann não está, em princípio, sujeito ao arrasto de ondas quando operado em sua velocidade de projeto, mas é incapaz de gerar elevação nesta condição.