El arrastre parasitario es un arrastre que actúa sobre un objeto cuando el objeto se mueve a través de un fluido. En el caso de la resistencia aerodinámica , el fluido es la atmósfera. El arrastre parasitario es una combinación de arrastre de forma y arrastre de fricción de la piel . [1] El arrastre parasitario no es el resultado de la generación de sustentación en el objeto y, por lo tanto, se considera parasitario.
Los otros componentes de arrastre total, resistencia inducida , la fricción de onda , y de arrastrar RAM (ver presión ram ), son tipos separados de la fricción, y no son componentes de la resistencia parásita.
Descripción
En vuelo, el arrastre inducido por la sustentación resulta de la fuerza de sustentación que debe producirse para que la nave pueda mantener un vuelo nivelado. La resistencia inducida es mayor a velocidades más bajas donde se requiere un alto ángulo de ataque . A medida que aumenta la velocidad, el arrastre inducido disminuye, pero el arrastre parásito aumenta porque el fluido golpea el objeto con mayor fuerza y se mueve a través de las superficies del objeto a mayor velocidad. A medida que la velocidad continúa aumentando en los regímenes transónico y supersónico , la resistencia de las olas aumenta en importancia. Cada uno de estos componentes de arrastre cambia en proporción a los demás en función de la velocidad. Por lo tanto, la curva de resistencia total combinada muestra un mínimo a cierta velocidad aerodinámica; un avión que vuele a esta velocidad estará cerca de su eficiencia óptima. Los pilotos utilizarán esta velocidad para maximizar el rango de planeo en caso de falla del motor. Sin embargo, para maximizar la resistencia al planeo (hundimiento mínimo), la velocidad de la aeronave tendría que estar en el punto de mínima potencia de arrastre, que ocurre a velocidades más bajas que el mínimo de arrastre. [ cita requerida ]
En el punto de arrastre mínimo, C D, o (coeficiente de arrastre de la aeronave cuando la sustentación es igual a cero) es igual a C D, i (coeficiente de arrastre inducido o coeficiente de arrastre creado por la sustentación). En el punto de potencia mínima, C D, o es igual a un tercio de C D, i . Esto se puede probar derivando las siguientes ecuaciones: [ aclaración necesaria ]
dónde:
es la presión dinámica y
dónde
- ,
- es la relación de aspecto ,
Forma de arrastre
El arrastre de forma o el arrastre de presión surge debido a la forma del objeto. El tamaño y la forma general del cuerpo son los factores más importantes en la resistencia de la forma; los cuerpos con una sección transversal presentada más grande tendrán un arrastre más alto que los cuerpos más delgados; Los objetos elegantes ("aerodinámicos") tienen un arrastre de forma más bajo. El arrastre de forma sigue la ecuación de arrastre , lo que significa que aumenta con la velocidad y, por lo tanto, se vuelve más importante para los aviones de alta velocidad. [ cita requerida ]
El arrastre de la forma depende de la sección longitudinal del cuerpo. Una elección prudente del perfil de la carrocería es esencial para un coeficiente de arrastre bajo . Las líneas de corriente deben ser continuas y debe evitarse la separación de la capa límite con sus vórtices asociados. [ cita requerida ]
Arrastre por fricción de la piel
El arrastre por fricción de la piel surge de la fricción del fluido contra la "piel" del objeto que se mueve a través de él. La fricción cutánea surge de la interacción entre el fluido y la piel del cuerpo y está directamente relacionada con la superficie mojada, el área de la superficie del cuerpo que está en contacto con el fluido. El aire en contacto con un cuerpo se adherirá a la superficie del cuerpo y esa capa tenderá a adherirse a la siguiente capa de aire y, a su vez, a otras capas, por lo que el cuerpo está arrastrando una cierta cantidad de aire. La fuerza necesaria para arrastrar una capa de aire "adherida" al cuerpo se denomina arrastre por fricción de la piel. El arrastre por fricción de la piel imparte algo de impulso a una masa de aire a medida que la atraviesa y ese aire aplica una fuerza retardadora sobre el cuerpo. Al igual que con otros componentes de la resistencia parásita, la fricción superficial sigue la ecuación de la resistencia y aumenta con el cuadrado de la velocidad . [ cita requerida ]
La fricción de la piel es causada por un arrastre viscoso en la capa límite alrededor del objeto. La capa límite en la parte frontal del objeto suele ser laminar y relativamente delgada, pero se vuelve turbulenta y más gruesa hacia la parte posterior. La posición del punto de transición de flujo laminar a turbulento depende de la forma del objeto. Hay dos formas de reducir la fricción: la primera es dar forma al cuerpo en movimiento para que sea posible el flujo laminar. El segundo método consiste en aumentar la longitud y disminuir la sección transversal del objeto en movimiento tanto como sea posible. Para hacerlo, un diseñador puede considerar la relación de finura , que es la longitud de la aeronave dividida por su diámetro en el punto más ancho (L / D). Se mantiene principalmente en 6: 1 para flujos subsónicos. El aumento de la longitud aumenta el número de Reynolds. Con Reynolds no. en el denominador de la relación del coeficiente de fricción cutánea, a medida que aumenta su valor (en rango laminar), se reduce el arrastre de fricción total. Mientras que la disminución del área de la sección transversal disminuye la fuerza de arrastre sobre el cuerpo, ya que la perturbación en el flujo de aire es menor. Para las alas de un avión, una disminución en la longitud (cuerda) de las alas reducirá el arrastre "inducido", si no el arrastre por fricción. [ cita requerida ]
El coeficiente de fricción de la piel, , es definido por
dónde es el esfuerzo cortante local de la pared yq es la presión dinámica de flujo libre . [2] Para capas límite sin un gradiente de presión en la dirección x, está relacionado con el espesor del momento como
A modo de comparación, la relación empírica turbulenta conocida como la Ley de una séptima potencia (derivada por Theodore von Kármán ) es:
dónde es el número de Reynolds . [3]
Para un flujo laminar sobre una placa, el coeficiente de fricción cutánea se puede determinar mediante la siguiente fórmula: [4]
Arrastre de perfil
El arrastre de perfil es un término que generalmente se aplica al arrastre parásito que actúa sobre un ala. Con un ala bidimensional no hay arrastre inducido por la sustentación, por lo que todo el arrastre es arrastre de perfil. Con un ala tridimensional, el arrastre total menos el arrastre inducido por la sustentación es el arrastre del perfil [5] ; se define como la suma del arrastre de la forma y la fricción del revestimiento. [6]
Ver también
Referencias
- ^ Clancy, LJ (1975). Aerodinámica , subsección 5.9. Pitman Publishing. ISBN 0273 01120 0
- ^ "Coeficiente de fricción de la piel - CFD-Wiki, la referencia libre de CFD" . www.cfd-online.com . Consultado el 22 de abril de 2018 .
- ^ Introducción al vuelo, John Anderson Jr., séptima edición
- ^ tec-science (31 de mayo de 2020). "Coeficiente de arrastre (fricción y arrastre de presión)" . tec-ciencia . Consultado el 25 de junio de 2020 .
- ^ Anderson, John D. (1984). Fundamentals of Aerodynamics , p. 192, 233. McGraw-Hill Book Company ISBN 0-07-001656-9
- ^ "Profile drag definición y significado - Collins English Dictionary" . www.collinsdictionary.com . Consultado el 22 de abril de 2018 .