Аеродинамічний опір та його види

Оскільки склалось так, що розвиток авіації припав на період світових воєн, та і сама авіація на той час активно розвивалась, двигуни ставали потужнішими й т.д., інженери хотіли зробити літаки швидше.

Потреба та бажання літати швидше існувала з перших польотів, тому за доволі короткий термін було досягнено чималих успіхів у цьому. Сьогодні розкажу про те, що не давало літакам розвивати високу швидкість, а саме про аеродинамічний опір та його види.

Що таке аеродинамічний опір

Аеродинамічний опір — це сили, що протидіють руху літака. Сила опору завжди протидіє руху об’єкта, а в літаку долається в основному тягою.

Рівняння опору

Отож, формула допоможе зрозуміти, від чого залежить сила опору:

• Зі збільшенням швидкості збільшується опір: чим швидше літаєте, тим більший опір повітря.
• З ростом густини також росте опір повітря, і це одна з причин, чому літаки літають на великій висоті — щоб зменшити опір та покращити льотні характеристики.
• Коефіцієнт опору (Cd) залежить від форми об’єкта і також зростає зі збільшенням кута атаки. Збільшення Cd призводить до збільшення підйому та опору.
• Збільшення загальної площі поверхні збільшує опір.

Види опору

Оскільки протягом руху літака на нього діє багато сил, розділяють декілька видів опору за характером виникнення.

Це насамперед паразитний опір (Parasitic Drag), що ділиться на опір форми (Form drag), опір поверхневого тертя (Skin Friction Drag) та інтерференційний опір (Interference Drag).

Також це індуктивний опір (Induced Drag) і хвилевий опір (Wave Drag).

Паразитний або шкідливий опір (Parasitic drag)

Паразитний опір описує сили, що виникають як наслідок реакції форми літака на опір повітря (його тиск в процесі руху). Паразитний опір збільшується якщо збільшується швидкість польоту.

Опір форми (Form drag)

Опір від поверхонь, що штовхають повітря в процесі руху. Наприклад, у кубика аеродинамічно непривабливі плоскі поверхні, які сповільнять його рух, в м’яча значно краща форма.

Опір поверхневого тертя (Skin Friction Drag)

Не всі поверхні ідеальні та гладкі. Наприклад, коли поверхня крила літака покривається льодом, його опір поверхневого тертя росте, разом зі швидкістю звалювання. Також на опір впливає в’язкість повітря.

Поверхні, які піддаються високому опору поверхневого тертя нагріваються, що також може становити проблему.

Також окремо виділяють поняття профільного опору який об’єднує Skin Friction та Form Drag.

Інтерференційний опір (Interference Drag)

Опір, що виникає в результаті інтерференції (взаємовпливу) частин конструкції літака. Наприклад, в місці з’єднання крила та фюзеляжу

Індуктивний опір (Induced drag / Vortex drag)

Якщо паразитний опір формується незалежно від підіймальної сили, індуктивний опір є її наслідком. При збільшенні швидкості індуктивний опір падає.

Як тільки літак набирає швидкість до зльоту, починає виникати індуктивний опір. На закінцівках крила створюються так звані вихрові сліди, які є небезпечними для інших літаків та створюють сильну турбулентність (силу якої часто стараються зменшити видовженням крила або використання вінглетів).

Хвилевий опір (Wave drag)

Хвильовий опір — це четверта складова опору аеродинамічного опору, що проявляється на трансзвукових швидкостях, а саме близьких до швидкості звуку (в районі Mach 1). В цей момент сильно збільшується загальний опір літака.

Повний опір (Total drag)

Також існує поняття загального (повного) опору, який є комбінацією паразитного опору, хвильового та індукованого опору.

Повний опір = Паразитний + Хвилевий + Індуктивний

Отож

Розуміння аеродинамічного опору є фундаментальною проблемою в авіабудуванні, адже саме значення опору визначає, наскільки швидко та економно зможе літати літак.

Вас може зацікавити:

Що таке чорний ящик в літаку та чому він не чорний Що таке реверс на літаку та яка його ефективність Що таке слоти в авіації Що таке Density Altitude та як це впливає на політ