Opór aerodynamiczny

(Przekierowano z Cx)

Opór aerodynamiczny to siła powstająca podczas ruchu ciała w płynie (w szczególności w powietrzu), przyłożona do tego ciała.

Opór aerodynamiczny jest wypadkową siłą wynikającą z nierównomiernego rozkładu ciśnienia na powierzchni ciała oraz z istnienia sił stycznych (tarcia) do tej powierzchni. Opływ płynu wokół ciała powoduje zmiany rozkładu ciśnienia. W uproszczeniu – powstaje nadciśnienie na powierzchni natarcia (stronie nawietrznej) i podciśnienie na stronie przeciwnej (zawietrznej). Oznacza to, że siła oporu aerodynamicznego skierowana jest w przeciwnym kierunku niż prędkość ciała względem płynu.

Dla prostych (w sensie geometrycznym) ciał poruszających się z niewielką prędkością (przepływ laminarny wokół ciała) istnieje kilka teorii opisujących opór aerodynamiczny:

• Prawo Stokesa

<math>\bar{F}=-6\pi \eta r \bar{v}</math>

Opisujące opór dla kuli o promieniu r poruszającej się z prędkością v w nieskończenie rozległym ośrodku o lepkości dynamicznej η

• Prawo Newtona (empiryczne)

<math>\bar{F}=-C S v\cdot\bar{v}</math>

Opisuje opór ciała o powierzchni przekroju S w kierunku prostopadłym do ruchu

Wzór na siłę oporu, stosowany powszechnie w aerodynamice:

<math>P_x = C_x \cdot \rho \cdot S \cdot {V^2\over 2}</math>

gdzie:

• <math>P_x</math> – siła oporu
• <math>C_x</math> – współczynnik siły oporu, wyznaczany empirycznie bezwymiarowy współczynnik, w przybliżeniu stały dla danego kształtu i kątowej orientacji poruszającego się ciała i dla zakresu prędkości znacznie mniejszych od prędkości dźwięku, rośnie przy zbliżaniu się do tej prędkości, co przyczyniło się do powstania w swoim czasie określenia bariera dźwięku. Przykładowo dla kuli przy niskiej prędkości wynosi 0,2.

• ρ – gęstość płynu (powietrze nad poziomem morza 1.225 kg/m³)
• S – powierzchnia odniesienia
• V – prędkość ciała względem płynu

Jeżeli poruszające się ciało wytwarza siłę nośną, powataje dodatkowo opór związany ze współczynnikiem siły nośnej, zwany oporem indukowanym. Dla typowego przykładu w postaci skrzydła samolotu współczynnik oporu indukowanego wyraża się wzorem:

<math> C_xi = {C_z^2 \over \pi\cdot \lambda} </math>

gdzie <math>\lambda</math> nazywa się wydłużeniem skrzydła i określone jest zależnością:

<math> \lambda = {S\over c^2} </math>

gdzie c jest średnią cięciwą skrzydła, S - polem jego powierzchni a Cz - współczynnikiem siły nośnej.

Uzasadnia to stosowanie długich wąskich skrzydeł u szybowców i innych latających z wykorzystaniem dużych współczynników siły nośnej samolotów, a także wskazuje przyczynę, dla której współczesny wyczynowy jacht żaglowy ma smukły kil, miecz i ster - a także wysokie i wąskie żagle.

Kategorie

Znajdź

Znajdź