Руководство пилота по аэронавтике » Глава 4. Аэродинамика полета » Сила сопротивления » Паразитное сопротивление

Паразитное сопротивление

Parasite Drag

Паразитное сопротивление является суммой всех сил, замедляющих движение самолета, не связанных с созданием подъемной силы крылом. Оно включает в себя перемещение воздушных масс при движении самолета, создание турбулентностей в воздушном потоке, замедление потока воздуха, проходящий по аэродинамическим поверхностям самолета. Существует три типа паразитного сопротивления: профильное сопротивление, волновое сопротивление и сопротивление обшивки.

Parasite drag is comprised of all the forces that work to slow an aircraft’s movement. As the term parasite implies, it is the drag that is not associated with the production of lift. This includes the displacement of the air by the aircraft, turbulence generated in the airstream, or a hindrance of air moving over the surface of the aircraft and airfoil. There are three types of parasite drag: form drag, interference drag, and skin friction.

Профильное сопротивление

Form Drag

Профильное сопротивление — часть паразитного сопротивления, произведенная профилем самолета и потоком воздуха вокруг него. К примеру, сюда относится кожух двигателя, антенны и другие компоненты обшивки. При движении самолета воздуха должен разделяться и обтекать двигающийся самолет и его компоненты после чего разделенные потоки воздуха вновь соединяются. Величина того, как быстро и ровно происходит последующее соединение разделенных потоков, характеризует сопротивление среды, на преодоление которого требуется дополнительная сила. [Рисунок 4-5].

Рисунок 4-5. Профильное сопротивление.

Обратите внимание, как плоская пластина на рисунке 4-5 заставляет воздух циркулировать вокруг краев, пока он в конечном счете не соединится в единый поток далее по течению. Профильное сопротивление проще всего уменьшить на этапе проектирования самолета. Решение состоит в том, чтобы сгладить как можно больше деталей.

Form drag is the portion of parasite drag generated by the aircraft due to its shape and airflow around it. Examples include the engine cowlings, antennas, and the aerodynamic shape of other components. When the air has to separate to move around a moving aircraft and its components, it eventually rejoins after passing the body. How quickly and smoothly it rejoins is representative of the resistance that it creates which requires additional force to overcome. [Figure 4-5]

Figure 4-5. Form drag.

Notice how the flat plate in Figure 4-5 causes the air to swirl around the edges until it eventually rejoins downstream. Form drag is the easiest to reduce when designing an aircraft. The solution is to streamline as many of the parts as possible.

Волновое сопротивление

Interference drag

Волновое сопротивление образуется при пересечении воздушных потоков, приводящего к образованию вихревых потоков, турбулентностей или препятствует ровному потоку воздуха. Например, у пересечения крыла и фюзеляжа в корневой части крыла образовывается существенная сила волнового сопротивления. Воздух, проходящий вокруг фюзеляжа, сталкивается с воздухом, проходящим по крылу, сливается единый поток воздуха, отличающегося от двух составляющих его потоков. Наибольшее значение волнового сопротивления наблюдается, когда две поверхности встречаются под прямым углам. Для уменьшения волнового сопротивления используются обтекатели. Если истребитель имеет две идентичных цистерны под крыльями, то полное сопротивление будет больше чем сумма сопротивления каждой цистерны в отдельности, так каждая из них дополнительно будет создавать волновое сопротивление. Обтекатели и увеличение расстояние от поверхности крыла до внешних компонентов (такими как радарные антенны, удаленные от крыльев), уменьшают волновое сопротивление. [Рисунок 4-6]

Рисунок 4-6. Корневая часть крыла может вызвать волновое сопротивление.

Interference drag comes from the intersection of airstreams that creates eddy currents, turbulence, or restricts smooth airflow. For example, the intersection of the wing and the fuselage at the wing root has significant interference drag. Air flowing around the fuselage collides with air flowing over the wing, merging into a current of air different from the two original currents. The most interference drag is observed when two surfaces meet at perpendicular angles. Fairings are used to reduce this tendency. If a jet fighter carries two identical wing tanks, the overall drag is greater than the sum of the individual tanks because both of these create and generate interference drag. Fairings and distance between lifting surfaces and external components (such as radar antennas hung from wings) reduce interference drag. [Figure 4-6]

Figure 4-6. A wing root can cause interference drag.

Сопротивление обшивки

Skin friction drag

Сопротивление обшивки — аэродинамическое сопротивление возникающее из-за контакта движущегося воздуха с поверхностью самолета. У каждой поверхности если рассмотреть ее под микроскопом, есть шероховатости и неровности, независимо от того насколько она выглядит гладкой. Молекулы воздуха, которые находятся в прямом контакте с поверхностью крыла, фактически неподвижны. Каждый последующий слой молекул над поверхностью перемещается немного быстрее предыдущего, вплоть до тех пор, пока скорость движения молекул не совпадет со скоростью потока воздуха двигающегося около самолета. Эту скорость называют скоростью свободного потока. Слой воздуха между крылом и уровнем где достигается скорость свободного потока называется пограничным слоем, по ширине он сравним с шириной игральной карты. Наверху пограничного слоя молекулы увеличивают скорость и перемещаются на той же самой скорости как молекулы вне пограничного слоя. Фактическая скорость, с которой двигаются молекулы зависит от формы крыла, вязкости (неподвижности) воздуха, через который крыло перемещаются, и сжимаемости воздуха (насколько он может быть уплотнен).

Поток воздуха за пределами пограничного слоя реагирует на форму края пограничного слоя, так же как на физическую поверхность объекта. Пограничный слой дает любому объекту «эффективную» форму, которая обычно немного отличается от реальной физической формы. Пограничный слой может также отделяться от тела, таким образом создавая эффективную форму, сильно отличающуюся от физической формы объекта. Это изменение в физической форме пограничного слоя вызывает драматическое уменьшение подъемной силы и увеличение сопротивления. Такое явление называется срывом потока.

Чтобы уменьшить эффект сопротивления обшивки, авиаконструкторы используют заклепки, монтируемые заподлицо и удаляют любые неровности, которые могут выступать выше поверхности крыла. Кроме того, гладкое и лощеное крыло помогает проходить воздуху по поверхности крыла. Так как грязь на самолете разрывает свободный поток воздуха и увеличивает сопротивление, сохраняйте поверхности самолета чистыми и натертыми воском.

Skin friction drag is the aerodynamic resistance due to the contact of moving air with the surface of an aircraft. Every surface, no matter how apparently smooth, has a rough, ragged surface when viewed under a microscope. The air molecules, which come in direct contact with the surface of the wing, are virtually motionless. Each layer of molecules above the surface moves slightly faster until the molecules are moving at the velocity of the air moving around the aircraft. This speed is called the free-stream velocity. The area between the wing and the free-stream velocity level is about as wide as a playing card and is called the boundary layer. At the top of the boundary layer, the molecules increase velocity and move at the same speed as the molecules outside the boundary layer. The actual speed at which the molecules move depends upon the shape of the wing, the viscosity (stickiness) of the air through which the wing or airfoil is moving, and its compressibility (how much it can be compacted).

The airflow outside of the boundary layer reacts to the shape of the edge of the boundary layer just as it would to the physical surface of an object. The boundary layer gives any object an “effective” shape that is usually slightly different from the physical shape. The boundary layer may also separate from the body, thus creating an effective shape much different from the physical shape of the object. This change in the physical shape of the boundary layer causes a dramatic decrease in lift and an increase in drag. When this happens, the airfoil has stalled.

In order to reduce the effect of skin friction drag, aircraft designers utilize flush mount rivets and remove any irregularities which may protrude above the wing surface. In addition, a smooth and glossy finish aids in transition of air across the surface of the wing. Since dirt on an aircraft disrupts the free flow of air and increases drag, keep the surfaces of an aircraft clean and waxed.


Система Orphus