Curs teoretic - Aerodinamica...

 

    NOTIUNI GENERALE

 

     1.AERODINAMICA este ramura mecanicii fluide,care studiazã miºcarea aerului,miºcarea corpurilor în aer ºi forþele ºi momen-tele care acþioneazã asupra acestor corpuri în timpul miºcãrii lor în aer.           

   Metoda de studiu a fenomenelor aerodinamice depinde ºi de mãrimea vitezei de zbor. Când un corp se deplaseazã în mediul aerian,el determinã variaþii locale ale densitãþii aerului.

Aceastã variaþie  a densitãþii este foarte micã la viteze foarte mici de deplasare a corpurilor ºi creºte odatã cu mãrirea vitezei corpului.

            Legea lui Bernulli pentru fluide incompresibile

     Este aplicarea legii conservãrii energiei la curgerea fluidelor. Conºiderãm un tub de curent de fluid incompresibil aflat în curgere în regim permanent. Fiecare particulã de fluid aflatã în miºcare are energie cineticã ºi energie potenþialã.

     Presiunea dinamicã (rV²/2) este presiunea pe care o exercitã un fluid aflat în miºcare asupra unei plãci plane cu suprafaþa frontalã perpendicularã pe direcþia vitezei fluidului. Presiunea staticã (p) este presiunea pe care fluidul o exercitã întotdeauna perpendicular pe suprafaþa unui corp aflat în inte-riorul fluidului fie cã fluidul este în repaus sau în miºcare odatã cu corpul.

     Legea lui Bernulli pentru fluide incompresibile face tocmai bilanþul energiei totale pe care o posedã fluidul în miºcare cu diferite viteze.Într-un tub de curent de fluid incompresibil aflat în curgere în regim permanent,suma între presiunea dinamicã ºi presiunea staticã este constantã ºi are aceeaºi valoare în orice secþiune a tubului de curent.

1.     Aplicaþiile legii lui Bernoulli pentru zborul cu parapanta

     Aripa în zbor formeazã un unghi cu direcþia vitezei,pe care îl numim unghi de incidenþã.

                    (D E S E N)

      Datoritã poziþiei aripii ºi formei acesteia în sec-

þiune,doar delimitãm tubul de curent al particulelor de aer care trec pe deasupra aripii (extrados) vom vedea cã acest tub de curent îºi micºoreazã secþiunea în zona aripii S2V1. Deci,în secþiunea S2 a crescut presiunea dinamicã.

Dar aplicând ecuaþia lui Bernoulli V²/2+p=constant rezultã cã aici trebuie sã scadã presiunea staticã (p), deci deasupra aripii se creeazã o zonã depresionarã (O). Pe partea de jos a aripii (intrados) fenomenul are loc invers,deoarece aici secþiunea tubului de curent creºte S4>S3 deci V4rV²/2 va trebui sã creascã presiunea staticã (p),deci sub aripã apare o zonã cu presiune mare (O). Datoritã acestor diferenþe de presiune staticã între intradosul ºi extradosul aripii (care am vãzut cã acþioneazã întotdeauna perpendicular pe suprafaþa corpului apare o forþã care acþioneazã asupra aripii,forþa totalã aerodinamicã Fa,care dã o componentã ce echilibreazã greutatea sarcinii pe aripã la zborul orizontal,

numitã fortã portantã.

2.     Forþa totalã aerodinamicã ºi componentele ei .

    Miºcarea unui corp rigid în aer întâmpinã o rezistenþã pro-porþionalã cu aria secþiunii frontale maxime a corpului (perpendicularã pe direcþia de deplasare) ºi depinde de natura fluidului,de starea suprafeþei corpului,crescând proporþional cu viteza de deplasare ridicatã la pãtrat (v²).

     Se defineºte unghiul de incidenþã (a)al profilului,unghiul dintre direcþia vitezei de deplasare n ºi coarda profilului. Direcþia forþei cu care aerul acþioneazã asupra corpului (forþa totalã aerodinamicã) depinde,în principal,de unghiul de inciden-þã.

    

3.     Forþa totalã aerodinamicã (Fa)

     Forþa totalã aerodinamicã (Fa) este rezultatul interac-þiunii aerului cu aripa în miºcare. La apariþia ei contribuie întreg ansamblul: parapantist + parapantã. Cauzele care dau naºtere la forþa totalã aerodinamicã sunt:

    a) diferenþa dintre presiunile de pe intradosul ºi extradosul aripii,de aceea forþa totalã aerodinamicã nu este pe direcþia miºcãrii,ci îndreptatã în cazul unghiurilor de incidenþã pozitive spre extrados,iar la unghiuri negative spre intrados. 

     b)diferenþa de presiune între partea din faþã (bordul de atac) ºi partea din spate (bordul de fugã) a aripii;

     c) forma corpului;

     d) suprafaþa corpului;

     e)densitatea aerului;

     f)viteza obiectului în raport cu aerul.   

NOTÃ: Aerul este un fluid gazos. La presiunea standard de 760 mm coloanã de mercur ºi la 0 grade celºius un litru de aer cântã-reºte 1.293 g,deci 1m³ de aer va cântãri 1.293 Kg. El are dife-rite proprietãþi ca: extensibilitate,compresibilitate,elasti-citate ºi vâscozitate proprie.

 Orice obiect în deplasare prin aer va rupe un echilibru ºi particulele de aer se vor opune la avansarea acestui obiect în miºcare.

4.     Forma corpului: Cx

În funcþie de forma corpului ºi de incidenþa lui,se determinã, în suflantã,un coeficient de rezistenþã Cx. Câteva exemple:

       Disc plat Cx=1

           (referinþã)

       Sferã Cx=0.4

       Con Cx=0.6

       Semi-sferã

       Cx=o.3

        Fuzee Cx=0.04

        (profil aerodinamic)

 Constatare:fuzeea opune de 25 de ori mai puþinã rezistenþã la înaintare în aer decât discul plat,pentru aceeaºi suprafaþã prezentatã perpendicular pe direcþia de curgere  a aerului, aceasta fiind direct legatã de forma corpului. Este uºor sã dai unui obiect o formã adoptatã pentru a fi bine înconjurat de fileurile de aer,dar ceea ce este important:este organizarea curgerii în scopul evitarii la maximum a formãrii de turbulenþe, care sunt mari consumatoare de energie ºi care sunt la originea forþei care reprezintã rezistenþa la înaintarea obiectelor prin aer.

     Este vorba de dâra turbulentã care rãmâne în spatele corpului,denumitã ºi . Trebuiesc luate toate mãsurile pentru a o reduce;în zbor retrageþi-vã picioarele, coatele,dar nu ºi corpul. Ieºiþi din poziþia tip paraºutist ºi adunaþi-vã cu genunchii la piept înclinând corpul spre spate,adoptând astfel o formã aerodinamicã acceptabilã ºi în acelaºi timp veþi avea controlul vizual asupra parapantei.

            Suprafaþa corpului:S

Rezistenþa la înaintare este proporþionalã cu suprafaþa prezentatã perpendicular pe direcþia de înaintare.Dacã suprafaþa se înmulþeºte cu 3 rezistenþa se va înmulþi ºi ea cu 3.

            Densitatea aerului:d

       

       Rezistenþa aerului este proporþionalã cu densitatea lui, aceasta variind cu temperatura ºi mai ales cu altitudinea. Dacã densitatea este de douã ori mai micã,rezistenþa la înaintare va fi ºi ea de douã ori mai micã.

        De exemplu,la 6000 de metri d este de douã ori mai micã decât la nivelul mãrii,deci R la 6000 m = (R la 0 m )/2.

            Viteza obiectului în raport cu aerul :V

        Este factorul cel mai influent,pentru cã R variazã cu pãtratul vitezei.

       Dacã V=1  R=1

            V=2  R=4

            V=3  R=9

        Orice obiect în deplasare prin aer va fi deci supus acestei forþe care se opune avansãrii,ca urmare a rezistenþei aerului.Ea este îndreptatã în sensul opus traiectoriei,deci pe axa curgerii fileurilor de aer ºi se numeºte REZISTENÞÃ LA ÎNAINTARE. În cazul nostru,aripa,suspantele ºi parapantismul au fiecare rezistenþa lor proprie la înaintare. Orice obiect în deplasare prin aer are o rezistenþã la înaintare ºi parapan-tistul reprezintã de la 30 la 50 % din totalul rezistenþei la înaintare,din ansamblul aripã + parapantist. Cauzele care determinã apariþia rezistenþei la înaintare sunt :

            a)diferenþa de presiune între partea din faþã ºi partea din spate a corpului (rezistenþa de formare);