Aerodynamika. Tomáš Kostroun

Aerodynamika Tomáš Kostroun

Aerodynamika 



Pojednává o plynech v pohybu a jejich působení na tělesa Dělení podle rychlosti    



Nízkorychlostní – M = (0-0,3) Vysokorychlostní – M = (0,3-0,85) Transonická – M = (0,85-1,1) Supersonická – M > 1,1

Teoretická x experimentální aerodynamika

Aerodynamika 



Pojednává o plynech v pohybu a jejich působení na tělesa Dělení podle rychlosti    



Nízkorychlostní – M = (0-0,3) Vysokorychlostní – M = (0,3-0,85) Transonická – M = (0,85-1,1) Supersonická – M > 1,1

Teoretická x experimentální aerodynamika

Atmosféra  

Vzdušný obal země Složení: N2 78%, O2 21%, Ar 0,1%, CO2 0,03% Ne, He, CH4, Kr, SO2, H2, N2O, Xe, Y2, NO2, O3 ~ 1%



Stavba atmosféry   

Hustá atmosféra < 50 km 99 % hmotnosti vzduchu do 36 km Stopy atmosféry až 5000 km

Atmosféra 

Vrstvy atmosféry 

Troposféra – 0-11 km 

 



Na pólech 7 km, na rovníku 11 km

Stratosféra – 11-50 km Mezosféra – 50-80 km Termosféra – 80-800 km

Mezinárodní standardní atmosféra  



Teoretický model (srovnávací) Udává průběh teploty, tlaku a hustoty v závislosti na výšce Geopotecionální výška  r  g ( h)  g 0   r h

rh H rh

2

r = 6378km g0 = 9,80665m/s

Pozn. v 10 000m je H=9984 m

Mezinárodní standardní atmosféra 

Průběh stavových veličin



Stavová rovnice pv = RT p/r = RT

R – plynová konstanta – 287,1 [J/KgK] T – termodinamická teplota [K]


Stavové veličiny na hladině moře - H = 0 m 









Teplota:  t = 15 °C, T = 288,15 K Tlak :  p = 1013,25 hPa Hustota :  r = 1,225 kg/m3 Tíhové zrychlení :  g = 9,80665 m/s Kinematická viskozita :  n = 1,461 x 105 m2/s


Gradienty stavových veličin 





Teplota:  - 0,65 °C / 100 m (pro H = 0-11 km) Tlak :  každých 5500 m klesne tlak na polovinu  - 1,25 % / 100 m  v malých výškách 1hPa = 8m Hustota :  v 6800 m klesne hustota na polovinu  - 1 % / 100 m

Základní zákony proudění plynu  

 





Stav plynu lze určit pomocí p, T, r Viskozita a stlačitelnost Zákon zachování hmotnosti – rovnice kontinuity Zákon zachování hybnosti – Newtonův pohybový zákon Zákon zachování energie – Eulerova a Bernouliova rovnice Stavová rovnice

Základní zákony proudění plynu 

viskozita 

Je mírou velikosti třecí síly mezi dvěma sousedními vrstvami proudícího plynu dv   dn

 n r

 - dynamická viskozita n - kinematická viskozita


Stlačitelnost 

je mírou změny objemu (hustoty) způsobenou změnou tlaku

dr  f dp  

rychlost zvuku a 

p

r

 RT


Zákon zachování hmotnosti – rovnice kontinuity

r.v.S  konst

v.S  konst

v1  S1  v2  S 2


Zákon zachování energie – Bernoulli



Em=Ep+Et+Ek





m – mechanická energie (celková) p – potenciální energie (možno zanedbat) t – tlaková energie k – kinetická energie



tlaková forma

 

pC  rgh  p 

1 2 rv  konst 2

1 2 pC  p s  rv 2

1 2 rv  q 2

Základní zákony proudění plynu  

 

Zákon zachování hybnosti H = H1 + H2 mv = m1v1 + m2v2 m = (m1 + m2)

v

H = mv

m1v1  m2 v 2 m1  m2



Stavová rovnice ideálního plynu



pv = RT

Základní pojmy proudění plynu 

proudnice 



ve stacionárním proudění trajektorie částic

proudová trubice 

Je kontrolní objem ohraničení proudnicemi, ve kterém sledujeme pohyb částic


proudění 



laminární x turbulentní

mezní vrstva 

část proudu zpomalená třením o povrch


Reynoldsovo číslo 

Srovnávací kritérium určující charakter proudění (L x T)

Re  

v l

n

Kritické Reynoldsovo číslo 

Dochází k přechodu mezi laminární a turbulentní mezní vrstvou

Re krit  5.105


Odtržení mezní vrstvy

Aerodymické síly 

Odpor - X 

tvarový odpor - většinou odtržené proudění



třecí odpor – mezní vrstva

Aerodymické síly 

vztlak - Y 

Vzniká rozdílem tlaku na horní a dolní straně profilu, který je způsobený rozdílem rychlostí obtékání

Aerodymické součinitele 

Součinitel tlaku



p  p 1 rv 2 2 Součinitel vztlaku cp 

cY 



Y 1 rv 2 S 2

Y  cY

1 rv 2 S 2

X  cX

1 rv 2 S 2

Součinitel odporu

cX 

X 1 rv 2 S 2

Aerodynamické profily 

Profil – řez křídlem



Základní geometrické charakteristiky

Rozložení tlaku po profilu 

a úhel náběhu – úhel mezi tětivou a nabíhajícím proudem

Rozložení tlaku po profilu


Profil FX-61-163 – úhel nulového vztlaku


Profil FX-61-163 – úhel a0


Profil FX-61-163 – úhel a10

Vývoj profilů 

Profily ptáků

MVA 123 (1916)



Pénaud (1873)

Clark Y (1922)



Žukovskij (1912)

NACA 2412 (1933)

Vývoj profilů 

NACA 652 215 (1933)

Eppler STF 863-615



MIG 17 (1949)

Wortmann FX 61-163



MIG 29 (1977)

MS(1) -0313

Vztlaková čára    

1 – úhel nulového vztlaku 2 – nulový úhel náběhu 3 – optimální úhel klouzání 4 – úhel maximálního vztlaku

Odporová čára 

Třecí odpor na desce

součinitel odporu profilu

Aerodynamická polára profilu 1- režim optimálního klouzání 2- režim horizontálního letu 3- režim minimální rychlosti 4- režim minimálního odporu 5- režim nulového vztlaku 6- režim klouzání na zádech 7-režim minimální rychlosti na zádech

Aerodynamická polára profilu 

Laminární profil

Moment a momentová čára 

Moment = síla na rameni M  mz 



1 v 2  A  bSAT 2

Moment k NH

M Y x 1 1 2 2 m z  v  A  bSAT  C y  v  A  x 2 2 

Po vykrácení mz  C y 

x bSAT

mz  C y  x

Moment a momentová čára 

Aerodynamický střed 



Bod, ke kterému součinitel momentu nezáleží na úhlu náběhu

Silové a momentové zatížení profilu

Křídlo 

Geometrické charakteristiky

Křídlo 

Geometrické charakteristiky

Křídlo – indukovaný odpor

Křídlo – indukovaný odpor

Křídlo – rozložení vztlaku

Křídlo – aerodynam. charakteristiky

Prostředky zvýšení vztlaku 

Zvětšení zakřivení profilu


Řízením mezní vrstvy    

Slot Vyfukování mezní vrstvy Odsávání mezní vrstvy Trysková klapka


Vliv klapek a slotů na aerodynamické charakteristiky

Prostředky zvýšení odporu 

Spoilery a brzdící klapky 

Zvyšují odpor a snižují vztlak

Letadlo – přídavné odpory 

Přídavné odpory  

Škodlivé odpory Interferenční odpory

Letadlo – výsledná polára

Přízemní efekt  

Způsoben omezením koncových vírů vlivem země Znatelný od výšky cca ½ rozpětí

Aerodynamika. Tomáš Kostroun

Recommend Documents