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

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

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) g0 r h r h H r h 2 r = 6378km g 0 = 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]

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

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

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

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

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

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

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 2 2 1 r v 2 2 q

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

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

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

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

Základní pojmy proudění plynu Odtržení mezní vrstvy

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

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

Aerodymické součinitele Součinitel tlaku Součinitel vztlaku Součinitel odporu S v Y c Y 2 2 1 r 2 2 1 v p p c p r S v X c X 2 2 1 r S v c Y Y 2 2 1 r S v c X X 2 2 1 r

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

Rozložení tlaku po profilu Profil FX-61-163 úhel nulového vztlaku

Rozložení tlaku po profilu Profil FX-61-163 úhel a0

Rozložení tlaku po profilu Profil FX-61-163 úhel a10

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

Vývoj profilů NACA 65 2 215 (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 Moment k NH Po vykrácení z b SAT A v m M 2 2 1 x Y M x A v C b A v m y SAT z 2 2 2 1 2 1 x C m b x C m y z SAT y z

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

Křídlo Geometrické charakteristiky

Křídlo indukovaný odpor

Křídlo rozložení vztlaku

Křídlo aerodynam. charakteristiky

Prostředky zvýšení vztlaku Zvětšení zakřivení profilu

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

Prostředky zvýšení vztlaku Vliv klapek a slotů na aerodynamické charakteristiky

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

Přídavné odpory Letadlo přídavné odpory Škodlivé odpory Interferenční odpory

Letadlo výsledná polára

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