Волновое сопротивление - Wave drag

В воздухоплаванию , волновое сопротивление является составной частью аэродинамического сопротивления на самолетных крыльев и фюзеляжа, советы лопасти винта и снарядов , движущихся на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, в связи с наличием ударных волн . Волновое сопротивление не зависит от вязких эффектов и имеет тенденцию проявляться как внезапное и резкое увеличение сопротивления, когда транспортное средство увеличивает скорость до критического числа Маха . Именно внезапный и резкий рост волнового сопротивления приводит к концепции звукового барьера .

Обзор

Волновое сопротивление является компонентом сопротивления давлением из-за эффектов сжимаемости . Это вызвано образованием ударных волн вокруг тела. Ударные волны создают значительное сопротивление, которое может привести к чрезмерному сопротивлению телу. Хотя ударные волны обычно связаны со сверхзвуковым потоком, они могут формироваться на дозвуковых скоростях самолета на участках тела, где местный воздушный поток ускоряется до сверхзвуковой скорости. Эффект обычно наблюдается на самолетах на околозвуковых скоростях (около 0,8 Маха ), но можно заметить проблему на любой скорости, превышающей критическую скорость Маха этого самолета. Он настолько выражен, что до 1947 года считалось, что авиационные двигатели не будут достаточно мощными, чтобы преодолеть повышенное сопротивление, или что сила будет настолько велика, что самолет будет подвержен риску разрушения в полете. Это привело к концепции звукового барьера .

Исследовать

В 1947 году исследования волнового сопротивления привели к разработке идеальных форм, чтобы уменьшить волновое сопротивление настолько, насколько это возможно теоретически. Для фюзеляжа полученной формой было тело Сирса – Хаака , которое предлагало идеальную форму поперечного сечения для любого заданного внутреннего объема. Фон Кармана стрельчатыми была подобная форма для тела с тупым концом, как ракета. Оба были основаны на длинных узких формах с заостренными концами, главное отличие состояло в том, что огив был заострен только на одном конце.

Снижение лобового сопротивления

Ряд новых технологий, разработанных во время и сразу после Второй мировой войны, позволили резко снизить величину волнового сопротивления, и к началу 1950-х годов новейшие истребители могли развивать сверхзвуковые скорости.

Эти приемы быстро начали применять авиаконструкторы. Одним из распространенных решений проблемы волнового сопротивления было использование стреловидного крыла , которое фактически было разработано до Второй мировой войны и использовалось в некоторых немецких конструкциях военного времени. Смахивание крыла делает его тоньше и длиннее в направлении воздушного потока, делая обычную каплевидную форму крыла более близкой к форме огива фон Кармана , оставаясь при этом полезными на более низких скоростях, где важны кривизна и толщина.

Крыло не требует стреловидности, если можно сделать очень тонкое крыло. Это решение использовалось в ряде проектов, начиная с Bell X-1 , первого пилотируемого самолета, летящего со скоростью звука. Обратной стороной этого подхода является то, что крыло настолько тонкое, что его больше нельзя использовать для хранения топлива или шасси. Такие крылья очень распространены на ракетах, хотя в этой области их часто называют «плавниками».

Форма фюзеляжа была аналогичным образом изменена с введением правила площади Уиткомба . Уиткомб работал над испытаниями различных форм планера на трансзвуковое сопротивление, когда после просмотра презентации Адольфа Буземана в 1952 году он понял, что корпус Sears-Haack должен применяться ко всему самолету, а не только к фюзеляжу. Это означало, что фюзеляж нужно было сделать более узким там, где он соединялся с крыльями, чтобы поперечное сечение всего самолета соответствовало корпусу Sears-Haack.

Convair 990 был особенно очевидным анти-шок тела ; современные авиалайнеры обычно имеют более тонкую форму для управления районом.

Применение правила площади также можно увидеть в использовании противоударных корпусов на околозвуковых самолетах, включая некоторые реактивные авиалайнеры . Противоударные корпуса, представляющие собой стручки вдоль задних кромок крыльев, выполняют ту же роль, что и конструкция узкого поясного фюзеляжа других трансзвуковых самолетов.

Другие методы уменьшения сопротивления

За прошедшие годы было предпринято несколько других попыток уменьшить волновое сопротивление. Сверхкритическая Лопатка представляет собой тип , что приводит к разумной низкой скорости лифта , как обычный аэродинамический профиль, но имеет профиль значительно ближе к оживальной фон Кармана. Все современные гражданские авиалайнеры используют формы сверхкритического крыла и имеют значительный сверхзвуковой поток над верхней поверхностью крыла.

Математическая формула

Для плоского аэродинамического профиля

Для двухклинового крыла

использованная литература