Opór aerodynamiczny

Z Wikipedii

Opór aerodynamiczny to składowa siły powstająca podczas ruchu ciała w płynie (w szczególności w powietrzu), przyłożona do tego ciała, równoległa do kierunku ruchu względnego ciała w płynie.

Opór aerodynamiczny jest wypadkową siłą wynikającą z nierównomiernego rozkładu ciśnienia na powierzchni ciała oraz z istnienia sił stycznych (tarcia) do tej powierzchni, które są wynikiem lepkości. Siły lepkie dominują przy małych prędkościach (małej liczbie Reynoldsa (Re)) i są wprost proporcjonalne do prędkości ciała. Siły wywołane nierównomiernym rozkładem ciśnienia dominują przy dużych prędkościach i są proporcjonalne do kwadratu prędkości.

Opływ płynu wokół ciała powoduje zmiany rozkładu ciśnienia. W uproszczeniu – powstaje nadciśnienie na powierzchni natarcia (stronie nawietrznej) i podciśnienie na stronie przeciwnej (zawietrznej).

Dla prostych (w sensie geometrycznym) ciał poruszających się z niewielką prędkością (przepływ laminarny wokół ciała) istnieje kilka teorii opisujących opór aerodynamiczny np. Prawo Stokesa dla sfery poruszającej się z małą prędkością.

Ogólnie siłę oporu w dowolnym przypadku oblicza się z zależności:

gdzie:

• – siła oporu; jest skierowana przeciwnie do prędkości ciała względem płynu;
• C_D – współczynnik siły oporu;
• S – powierzchnia rzutu ciała na płaszczyznę prostopadłą do kierunku ruchu względnego ciała i płynu; upraszczając powierzchnia jaka jest "wystawiona" w kierunku przepływu;
• p_d – ciśnienie dynamiczne;
• – prędkość ciała względem płynu
• ρ_f – gęstość płynu.

[edytuj] Współczynnik siły oporu

Jest wyznaczany empirycznie, bądź metodami CFD. Jest to bezwymiarowy współczynnik, zależny od kształtu, kątowej orientacji poruszającego się ciała i liczby Reynoldsa (Re). Rośnie znacznie przy zbliżaniu się do prędkości dźwięku w płynie, co przyczyniło się do powstania określenia bariera dźwięku. Dla przepływów turbulentnych jest stały w dużych zakresach Re. Przykładowo dla kuli w wynosi około 0,45.

Ta sekcja jest zalążkiem. Jeśli możesz, rozbuduj ją.

[edytuj] Opór indukowany w lotnictwie

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

gdzie λ nazywa się wydłużeniem skrzydła i określone jest zależnością:

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.