Plūsmas pretestība ir plaša mēroga problēma. Automašīnas degvielas patēriņu lielā ātrumā galvenokārt nosaka gaisa pretestība, nevis zemes berzes pretestība. Iemesls, kāpēc smogs var tikt "suspendēts" gaisā, ir arī plūsmas pretestības dēļ. Tas viss ilustrē gaisa pretestības nozīmi.
01
Spiediena starpības pretestība un berzes pretestība
No spēka viedokļa objekta pretestība ir šķidruma tieša iedarbība uz tā virsmu. Tas, kas ir perpendikulārs objekta virsmai, ir šķidruma spiediens, un tā radīto pretestību sauc par diferenciālā spiediena pretestību; tas, kas ir paralēls objekta virsmai, ir šķidruma viskozs bīdes spēks, un tā radīto pretestību sauc par berzes pretestību. Bez šiem diviem spēkiem nav cita spēka. Tāpēc objekta kopējā pretestība ir spiediena starpības pretestības un berzes pretestības rezultējošais spēks. Spiediena starpības pretestība ir cieši saistīta ar objekta formu, un berzes pretestība galvenokārt ir saistīta ar objekta virsmas laukumu.
Dažās vietās ir teikts, ka papildus spiediena starpības pretestībai un berzes pretestībai ir arī inducētā pretestība, triecienviļņu pretestība utt., Kas ir pārpratums. Faktiski gan inducēto pretestību, gan triecienviļņu pretestību var saistīt ar spiediena starpības pretestību un berzes pretestību (galvenokārt spiediena starpības pretestību).
02
formas pretestība aizmugurējā pretestība
Kopš seniem laikiem ir zināms, ka priekšmeti, kas pārvietojas šķidrumā, piedzīvos pretestību, un pretestība ir cieši saistīta ar objekta formu. Bet sākotnējā šķidruma mehānikas teorija nonāca pie pretēja secinājuma. Pamatojoties uz Eilera un Bernulli šķidruma kustības likumiem, ja šķidruma viskozitāte tiek ignorēta, šķidrums neradīs pretestību jebkādas formas objektiem, kas tajā kustas.
Šķiet, ka pretestību pilnībā izraisa viskozitāte, bet gaisa viskozitāte ir ļoti maza, un tā radītā berzes pretestība ir daudz mazāka nekā faktiski izmērītā aerodinamiskā pretestība. Šī pretruna vēsturē ir pazīstama kā "D'Alembert's Paradox", jo to ierosināja franču matemātiķis D'Alemberts.
Tikai tad, kad Prandtls izvirzīja robežslāņa teoriju, cilvēki patiešām saprata plūsmas pretestības būtību. Spiediena starpības pretestība ir galvenā aerodinamiskās pretestības sastāvdaļa, savukārt vispārīgiem objektiem spiediena starpības pretestība galvenokārt ir saistīta ar robežslāņa atdalīšanu.
Agrīnie cilvēki (varbūt daudzi tagad tā domā), balstoties uz kaut kādu "veselo saprātu", uzskatīja, ka objekta priekšējās daļas forma nosaka pretestības lielumu, un pretestība būs maza, ja priekšējā daļa būs asāka. . Izmantojot robežslāņa teoriju, svarīgāk ir atklāt objekta aizmugures formu. Jo objekta aizmugures forma nosaka vietu, kur atdalās robežslānis un līdz ar to spiediena sadalījumu uz objekta virsmu.
Parastās zivis un putni ir salīdzinoši perfekti, racionāli ķermeņi, ar apaļām galvām un smailām astēm.
03
Formas pretestība Priekšējā pretestība
Lai gan objekta aizmugures forma ir noteicošā pretestības daudzumam, svarīga ir arī priekšpuses forma. Piemēram, ja objekta priekšpuse ir kvadrātveida, šķidrums agri atdalīsies asajos stūros, un rūpīgi izstrādātā aizmugures forma zaudēs savu nozīmi. Šobrīd pa šoseju braucošajām kravas automašīnām sasniegtā formas optimizācija galvenokārt ir koncentrēta uz priekšējo daļu, un aizmugurējo daļu ierobežo konteinera forma, līdz ar to ir paveikts mazāk darba. Objektiem, kas pārvietojas transoniskā ātrumā, triecienvilnis radīs papildu pretestību, tāpēc priekšējā daļa ir veidota ļoti smailā formā, lai triecienviļņa konusa leņķis būtu mazāks, lai samazinātu pretestību.
04
Trieciena viļņu pretestība
Kad ienākošās plūsmas ātrums tuvojas vai pārsniedz skaņas ātrumu, tiks ģenerēti triecienviļņi, kas radīs papildu triecienviļņu pretestību. Pēc būtības triecienviļņu pretestība ir arī sava veida spiediena starpības pretestība, ko izraisa nepietiekama spiediena atjaunošanās objekta aizmugurējā pusē triecienviļņu esamības dēļ. Neņemot vērā viskozo zudumu, kad nav triecienviļņa, gaisa plūsmas palēninājums objekta otrajā pusē atbilst spiediena pieaugumam Δp1; ja ir triecienvilnis, gaisa plūsma, ejot cauri trieciena vilnim, daļēji zaudē daļu mehāniskās enerģijas, un spiediena pieaugums Δp2, kas atbilst tādam pašam palēninājumam, būs mazāks par Δp1. Tāpēc, kad ir triecienvilnis, spiediens objekta aizmugurē ir nedaudz zemāks, kas ir triecienviļņu pretestības avots. Padarot priekšmeta priekšējo malu asu, var samazināt trieciena konusa leņķi, tādējādi samazinot trieciena viļņa radītos zaudējumus, kā arī samazinot triecienviļņu pretestību. Kuģis, pārvietojoties pa ūdens virsmu, radīs virsmas viļņus un tam ir arī viļņu pretestība, tāpēc tas ir jāveido smails, savukārt zemūdene, kas ceļo zem ūdens, ir noapaļota.
Enerģijas zudumu izmantošana, lai izskaidrotu triecienviļņu pretestību, nav pietiekami tieša. Galu galā spiediens un viskozs spēks uz objekta virsmas ir faktori, kas tieši nosaka pretestības lielumu. Tālāk triecienviļņu pretestība tiek izskaidrota ar objekta virsmas spiediena izmaiņām.
05
Formas un virsmas kvalitātes ietekme uz pretestību
Pretestības samazināšana ir mūžīga šķidruma mehānikas tēma. Racionalizētu līniju izmantošana var efektīvi samazināt diferenciālā spiediena pretestību, galvenokārt tāpēc, ka labi izstrādāta, racionalizēta korpusa virsmā nav robežslāņa atdalīšanas, tādējādi samazinot diferenciālā spiediena pretestību.
Papildus formai objekta virsmas raupjums ietekmē arī pretestību. Parasti, jo gludāka ir virsma, jo mazāka ir berzes pretestība, taču dažreiz objekta virsma ir apzināti raupja, tāpēc robežslānis kļūst nemierīgs, lai kavētu atdalīšanu, tādējādi ievērojami samazinot spiediena starpības pretestību.
06
Apkopojiet
Analizējot objekta aerodinamisko pretestību, šķidruma mehānikas ieradums ir sadalīt to pēc spēka formas. Pretestību, ko rada spiediens, kas darbojas vertikāli uz objekta virsmu, sauc par diferenciālo spiediena pretestību, savukārt pretestību, ko rada berzes spēks paralēli objekta virsmai, sauc par berzes pretestību. Tā kā uz objekta virsmas nav citu spēku, izņemot šos divus spēkus, jebkura veida pretestība ir vai nu spiediena starpības pretestība, vai berzes pretestība, vai abi.
Plūsmas atdalīšanas radītā spiediena starpības pretestība un triecienviļņa radītā spiediena starpības pretestība ir lielākie faktori, kas ietekmē objektu aerodinamisko pretestību.
Zemskaņas zemas pretestības objektiem ir apaļas galvas un smailas astes, savukārt virsskaņas zemas pretestības objektiem ir asi gali.
