El cuerpo de Sears-Haack es la forma con el menor arrastre de onda teórico en flujo supersónico, para una longitud y un volumen determinados del cuerpo. La derivación matemática asume un flujo supersónico de pequeña perturbación (linealizado), que se rige por la ecuación de Prandtl-Glauert . La derivación y la forma fueron publicadas de forma independiente por dos investigadores independientes: Wolfgang Haack en 1941 y más tarde por William Sears en 1947. [1]
La teoría indica que el arrastre de la onda se escala como el cuadrado de la segunda derivada de la distribución del área, (ver la expresión completa a continuación), por lo que para el arrastre de onda baja es necesario que ser suave . Por lo tanto, el cuerpo de Sears-Haack apunta en cada extremo y crece suavemente hasta un máximo y luego disminuye suavemente hacia el segundo punto.
Fórmulas útiles
El área de la sección transversal de un cuerpo de Sears-Haack es
su volumen es
su radio es
la derivada (pendiente) es
la segunda derivada es
dónde:
- x es la relación entre la distancia desde la nariz y la longitud total del cuerpo (siempre está entre 0 y 1),
- r es el radio local,
- es el radio en su máximo (ocurre en el centro de la forma),
- V es el volumen,
- L es la longitud.
De la teoría del cuerpo delgado [ se necesita más explicación ] , se deduce que:
alternativamente:
Estas fórmulas se pueden combinar para obtener lo siguiente:
dónde:
- es el arrastre de las olas ,
- es la densidad del fluido,
- U es la velocidad.
Generalización de RT Jones
La derivación de la forma del cuerpo de Sears-Haack es correcta solo en el límite de un cuerpo delgado. La teoría ha sido generalizada a formas delgadas pero no simétricas por Robert T. Jones en el Informe NACA 1284. [2] En esta extensión, el árease define en el cono de Mach cuyo vértice está en la ubicación, en lugar de en el plano según lo asumido por Sears y Haack. Por lo tanto, la teoría de Jones lo hace aplicable a formas más complejas como aviones supersónicos completos.
Regla de área
Un concepto relacionado superficialmente es la regla del área de Whitcomb , que establece que el arrastre de las olas debido al volumen en el flujo transónico depende principalmente de la distribución del área de la sección transversal total, y para un arrastre de ondas bajo, esta distribución debe ser uniforme. Un error común es que el cuerpo de Sears-Haack tiene la distribución de área ideal de acuerdo con la regla del área, pero esto no es correcto. La ecuación de Prandtl-Glauert , que es el punto de partida en la derivación de la forma del cuerpo de Sears-Haack, no es válida en el flujo transónico, que es donde se aplica la regla del área .
Ver también
Referencias
- ^ Palaniappan, Karthik (2004). Cuerpos con arrastre de presión mínima en flujo supersónico: investigación de efectos no lineales (PDF) . 22ª Conferencia y Exhibición de Aerodinámica Aplicada. Antony Jameson . Consultado el 16 de septiembre de 2010 .
- ^ Informe NACA 1284, Teoría de la resistencia del cuerpo del ala a velocidades supersónicas, por Robert T. Jones, 8 de julio de 1953
enlaces externos
- Haack Mínimo Arrastre Rifle Bullet Sitio abajo - https://web.archive.org/web/20160306044740/http://www.lima-wiederladetechnik.de/englisch/haack_minimum_drag_bullet.htm
- Geschoßformen kleinsten Wellenwiderstandes por W. Haack, Bericht 139 der Lilienthal-Gesellschaft (1941)
- Calculadora corporal de Sears-Haack