Aerodynamika. Tomáš Kostroun

Transkript

1 Aerodynamika Tomáš Kostroun

2 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

3 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

4 Atmosféra Vzdušný obal země Složení: N 2 78%, O 2 21%, Ar 0,1%, CO 2 0,03% Ne, He, CH 4, Kr, SO 2, H 2, N 2 O, Xe, Y 2, NO 2, O 3 ~ 1% Stavba atmosféry Hustá atmosféra < 50 km 99 % hmotnosti vzduchu do 36 km Stopy atmosféry až 5000 km

5 Atmosféra Vrstvy atmosféry Troposféra 0-11 km Na pólech 7 km, na rovníku 11 km Stratosféra km Mezosféra km Termosféra km

6 Mezinárodní standardní atmosféra Teoretický model (srovnávací) Udává průběh teploty, tlaku a hustoty v závislosti na výšce Geopotecionální výška r g( h) g0 r h r h H r h 2 r = 6378km g 0 = 9,80665m/s Pozn. v m je H=9984 m

7 Mezinárodní standardní atmosféra Průběh stavových veličin Stavová rovnice pv = RT p/r = RT R plynová konstanta 287,1 [J/KgK] T termodinamická teplota [K]

8 Mezinárodní standardní atmosféra 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/m 3 Tíhové zrychlení : g = 9,80665 m/s Kinematická viskozita : n = 1,461 x 10 5 m 2 /s

9 Mezinárodní standardní atmosféra 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

10 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

11 viskozita Základní zákony proudění plynu Je mírou velikosti třecí síly mezi dvěma sousedními vrstvami proudícího plynu dv dn n r - dynamická viskozita n - kinematická viskozita

12 Stlačitelnost Základní zákony proudění plynu je mírou změny objemu (hustoty) způsobenou změnou tlaku dr rychlost zvuku f dp a p r RT

13 Základní zákony proudění plynu Zákon zachování hmotnosti rovnice kontinuity r. v. S v. S konst konst v 1 S1 v2 S2

14 Základní zákony proudění plynu Zákon zachování energie Bernoulli E m =E p +E t +E k m mechanická energie (celková) p potenciální energie (možno zanedbat) t tlaková energie k kinetická energie tlaková forma p C r gh p 1 r v 2 2 konst p C p s 1 r v r v 2 2 q

15 Základní zákony proudění plynu Zákon zachování hybnosti H = H1 + H2 H = mv mv = m 1 v 1 + m 2 v 2 m = (m 1 + m 2 ) v m v 1 m 1 1 m m 2 2 v 2 Stavová rovnice ideálního plynu pv = RT

16 proudnice Základní pojmy proudění plynu ve stacionárním proudění trajektorie částic proudová trubice Je kontrolní objem ohraničení proudnicemi, ve kterém sledujeme pohyb částic

17 proudění Základní pojmy proudění plynu laminární x turbulentní mezní vrstva část proudu zpomalená třením o povrch

18 Základní pojmy proudění plynu 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 5 Re 5.10 krit

19 Základní pojmy proudění plynu Odtržení mezní vrstvy

20 Odpor - X Aerodymické síly tvarový odpor - většinou odtržené proudění třecí odpor mezní vrstva

21 vztlak - Y Aerodymické síly Vzniká rozdílem tlaku na horní a dolní straně profilu, který je způsobený rozdílem rychlostí obtékání

22 Aerodymické součinitele Součinitel tlaku Součinitel vztlaku Součinitel odporu S v Y c Y r v p p c p r S v X c X r S v c Y Y r S v c X X r

23 Aerodynamické profily Profil řez křídlem Základní geometrické charakteristiky

24 Rozložení tlaku po profilu a úhel náběhu úhel mezi tětivou a nabíhajícím proudem

25 Rozložení tlaku po profilu

26 Rozložení tlaku po profilu Profil FX úhel nulového vztlaku

27 Rozložení tlaku po profilu Profil FX úhel a0

28 Rozložení tlaku po profilu Profil FX úhel a10

29 Vývoj profilů Profily ptáků MVA 123 (1916) Pénaud (1873) Clark Y (1922) Žukovskij (1912) NACA 2412 (1933)

30 Vývoj profilů NACA (1933) Eppler STF MIG 17 (1949) Wortmann FX MIG 29 (1977) MS(1) -0313

31 Vztlaková čára 1 úhel nulového vztlaku 2 nulový úhel náběhu 3 optimální úhel klouzání 4 úhel maximálního vztlaku

32 Odporová čára Třecí odpor na desce součinitel odporu profilu

33 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

34 Aerodynamická polára profilu Laminární profil

35 Moment a momentová čára Moment = síla na rameni Moment k NH Po vykrácení z b SAT A v m M x Y M x A v C b A v m y SAT z x C m b x C m y z SAT y z

36 Moment a momentová čára Aerodynamický střed Bod, ke kterému součinitel momentu nezáleží na úhlu náběhu Silové a momentové zatížení profilu

37 Křídlo Geometrické charakteristiky

38 Křídlo Geometrické charakteristiky

39 Křídlo indukovaný odpor

40 Křídlo indukovaný odpor

41 Křídlo rozložení vztlaku

42 Křídlo aerodynam. charakteristiky

43 Prostředky zvýšení vztlaku Zvětšení zakřivení profilu

44 Prostředky zvýšení vztlaku Řízením mezní vrstvy Slot Vyfukování mezní vrstvy Odsávání mezní vrstvy Trysková klapka

45 Prostředky zvýšení vztlaku Vliv klapek a slotů na aerodynamické charakteristiky

46 Prostředky zvýšení odporu Spoilery a brzdící klapky Zvyšují odpor a snižují vztlak

47 Přídavné odpory Letadlo přídavné odpory Škodlivé odpory Interferenční odpory

48 Letadlo výsledná polára

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