mэgcos= (mэ + mс)gsin, (2.17)
Отсюда максимальная крутизна подъема, который может преодолеть электровоз сцепной массой тсп с составом массы тс,
i=1000. (2.18)
Рис. 2.10
В качестве примера на рис. 2.10 представлены зависимости imax от массы m ПС, которые могут преодолеть электровозы, имеющие сцепную массу 184т (кривая 1) и 138т (кривая 2), при
=0,25 и постоянной скорости движения по подъему. Как видно, крутизна подъема резко снижается с ростом массы ПС вследствие увеличения его сопротивления движению. Поэтому, исходя из технико-экономических обоснований, уклоны круче 30%о, на магистральных железных дорогах не устраивают даже на горных перевальных участках.
2.5.2. Сопротивление от кривизны пути
Дополнительное сопротивление движению в кривых участках пути возникает из-за того, что центробежная сила прижимает гребни колес к наружному рельсу, вследствие чего возрастают силы трения. С ростом скорости это дополнительное сопротивление движению растет. При увеличении радиуса кривой уменьшается центробежная сила и соответственно дополнительное сопротивление движению. Кроме того, в кривой вследствие неизбежно возникающей разности кругов катания колес возрастают их продольные и поперечные проскальзывания. Сопротивление увеличивается также в результате возрастания сил трения в ходовых частях ПС при повороте тележек в момент входа и выхода из кривой. Это сопротивление снижается с уменьшением жесткой базы электровоза и вагонов: у тележечных четырехосных вагонов оно меньше, чем у двухосных.
Из-за сложности учета влияния всех действующих факторов обычно пользуются эмпирической формулой, учитывающей только основной фактор-радиус кривой. Влияние скорости не учитывают, полагая, что поезда проходят кривые с ограничением скорости. На основании опытных данных дополнительное удельное сопротивление движению ПС, Н/кН, от кривой можно приближенно подсчитать для магистральных и промышленных дорог по формуле:
wr = 700/, (2.19)
где - радиус кривой, м.
Если кривая задана не радиусом, а центральным углом кр (градусы) поворота пути, wr выражают через этот угол и радиус кривой. Так как длина кривой /360, то
wr= 12,2/sкр. (2.20)
При расчете этого сопротивления по формулам (2.15) и (2.16) предполагается, что длина lп ПС меньше или равна длине sкр кривой (рис. 2.14, а), т. е. состав полностью располагается в кривой. Если lп > sкр (рис. 2.14, а), сопротивление от кривой условно разносят на всю длину поезда, т.е. считают, что дополнительное удельное сопротивление поезда от кривой, Н/кН,
(2.21)
Рис. 2.11
Для трамвайных четырехосных вагонов со значительно меньшей, чем у железнодорожных вагонов, жесткой базой удельное дополнительное сопротивление движению от кривых, Н/кН:
wr = 450/Rкр. (2.22)
Для подвижного состава с независимой установкой колес можно не учитывать дополнительное сопротивление от кривых.
Удельное сопротивление движению поезда, Н/кН, на уклоне +i%о, с расположенной на нем кривой радиуса Rкр:
w = w0 ± i + wr; (2.23)
Полное сопротивление движению, Н:
W=(w0±i + wr)mg (2.24)
где w0-удельное основное средневзвешенное сопротивление движению всего ПС, подсчитанное в зависимости oт типа вагонов, электровоза и режима его движения.
2.5.3. Сопротивление от ветра
Дополнительное сопротивление движению возникает и под воздействием ветра. Применительно к движущемуся ПС различают три разновидности ветра: лобовой, боковой и косой. Лобовой встречный ветер представляет прямое воздушное сопротивление движению, попутный – уменьшает сопротивление вследствие парусного эффекта. Иными словами когда он направлен по движению ПС, результирующая относительная скорость движения воздуха равна разности скоростей ПС и ветра. Если ветер направлен против движения ПС, относительная скорость воздуха равна сумме скоростей ПС и ветра. Поскольку влияние скорости на сопротивление воздушной среды меньше сказывается в пространстве между кузовом ПС и полотном железной дороги, скорость ветра учитывают, вводя коэффициент 0,8, т.е. считают
WB=, (2.25)
где S - площадь поперечного сечения подвижного состава;
- коэффициент обтекаемости;
- скорость ветра.
Знак плюс берут при учете встречного ветра, знак минус - попутного.
Расчет осложняется при действии бокового ветра. Его действие проявляется в повышении фрикционного трения ходовых частей вследствие прижатия ветром ПС к одной из нитей рельсовой колеи. При этом наблюдается повышенное трение реборд о рельсы и осевых шеек в буксах, а также увеличенное трение от проскальзывания из-за качения колес кругами разного диаметра. В этом случае сопротивление, обусловленное им, можно представить в виде двух составляющих, из которых одна направлена по или против направления движения ПС, вторая - перпендикулярно ему. Первую составляющую учитывают по формуле (2.25). Учет второй составляющей более сложен, так как боковой ветер вызывает прижатие колес ПС к рельсу, вследствие чего увеличивается трение скольжения и сопротивление движению. Теоретическое решение этой задачи весьма сложно.
Косой ветер оказывает сложное воздействие на движущийся поезд: продольная составляющая такого ветра проявляется в виде скоростного напора и поверхностного трения воздушного потока о стенки и ходовые части ПС, поперечная же составляющая действует на поезд как боковой ветер, то есть увеличивает фрикционное сопротивление. Следовательно, косой встречный ветер оказывает большее сопротивление поезду, чем косой попутный ветер.
Большие трудности возникают и при проведении опытов по определению влияния ветра на сопротивление движению из-за турбулентности потоков воздуха и оценки направления ветра относительно движущегося ПС. Многочисленные опыты по определению сопротивления движению при ветре проведены на экспериментальном кольце ВНИИЖТа.
При высокоскоростном пассажирском движении ПС по эстакаде или высокой насыпи следует учитывать, что пики встречной и боковой ветровой нагрузки не только увеличивают сопротивление движению и ухудшают комфорт пассажиров, но и снижают степень устойчивости ПС: возникает опасность схода колес с рельс прежде всего первой тележки-наиболее разгруженной под действием опрокидывающего момента кузова от силы тяги.
Дополнительное сопротивление движению ПС в тоннелях возникает вследствие возрастания сопротивления воздушной среды. ПС наподобие поршня создает в тоннеле избыток давления воздуха перед собой и разрежение за последним вагоном. Образующаяся разность (перепад) давлений вызывает движение воздуха вдоль тоннеля в пространстве между его стенками и боковой поверхностью ПС в сторону, обратную движению. Сопротивление воздушной среды WТ при движении ПС в тоннеле может быть представлено в виде произведения сопротивления воздушной среды на поверхности и коэффициента , зависящего от габаритов тоннеля и внешних очертаний поезда:
WT= (2.26)
2.5.4. Сопротивление от низкой температуры
На сопротивление движению влияет и окружающая температура. При низких температурах повышается плотность наружного воздуха, увеличивается вязкость смазки, вследствие чего возрастает составляющая сопротивления движению, зависящая от сопротивления воздушной среды, и, как следствие, общее сопротивление движению. В диапазоне температур от
-30 до -50 °С сопротивление при скорости 100 км/ч возрастает примерно на 10-15%.
2.5.5. Сопротивление от подвагонных генераторов
Пассажирские вагоны дальнего следования имеют генераторы электрической энергии с ременным или карданным приводом от оси. Работа этих генераторов вызывает дополнительное сопротивление движению вагонов, величина которого определяется мощностью установленного электрического оборудования и его нагрузкой. Большая часть современных жестких и мягких вагонов имеет по одному генератору мощностью от 3,5 до 4,5 кВт. По мере увеличения комфортабельности вновь строящихся пассажирских вагонов будет, очевидно, увеличиваться и номинальная мощность, и фактическая нагрузка подвагонных электрических генераторов.
Из этого следует, что сопротивление движению, создаваемое подвагонными генераторами, будет с течением времени увеличиваться.
Содержание
2.1. Природа и классификация сил сопротивления движению
2.1.1. Основное сопротивление движению
2.1.2. Сопротивление трения шеек осей в подшипниках
2.1.3. Сопротивление трения качения колес по рельсам
2.1.4. Сопротивление трения скольжения колес по рельсам
2.1.5. Воздушное сопротивление
2.1.6. Сопротивление от рассеяния энергии в пути
2.2. Опытные данные и расчетные зависимости основного сопротивления
Движению
2.2.1. Характер экспериментальных зависимостей
2.3. Сопротивление движению в режимах тяги, выбега и торможения
2.4. Сопротивление движению при трогании с места и в начальный период движения
2.5. Дополнительное сопротивление движению
2.5.1. Сопротивление от уклона пути
2.5.2. Сопротивление от кривизны пути
2.5.3. Сопротивление от ветра
3. Методы определения сопротивления движению
3.1. Метод выбега
3.2. Автоматизированный метод выбега
3.3. Метод разности скоростей
3.4. Метод установившегося тока
3.5. Динамометрический метод
3.6. Метод скатывания
3.7. Метод тока трогания
4. Выбранные методы определения сопротивления движению
4.1. Метод выбега
4.2. Метод разности скоростей
4.3. Приборы для измерения и регистрации параметров движения
student.zoomru.ru
Обычно удельное сопротивление движению ПС с учетом его аэродинамики представляют
в виде суммы трех составляющих:
wв = (a + bv) + cv2. (2.7)
На основании аэродинамических исследований движения тела неизменяемой формы в воздушном потоке установлено, что при постоянной скорости движения сила сопротивления приблизительно пропорциональна ее квадрату. Этот вывод, как показали испытания, можно распространить на условия движения ПС, если учесть различие в обтекании их соответствующим коэффициентом аэродинамики, определяемым обычно опытным путем.
Для уменьшения аэродинамического сопротивления ПС головным (и последним) вагонам придают обтекаемую форму, которая особенно эффективна при движении с высокими скоростями. На рис. 2.5 показаны относительные значения сопротивления воздушной среды при движении ПС с различной формой лобовой и хвостовой поверхностей.
Рис. 2.5
А на рис. 2.6 - относительное распределение контурных давлений в зависимости от соотношения d/l-диаметра и длины обтекаемой части кузова.
Рис. 2.6
Воздушное сопротивление существенно зависит от положения вагона в ПС и его общей длины. На лобовую поверхность действует напор встречного воздуха; одновременно происходит трение боковой поверхности о воздух. Скользящие вдоль этих поверхностей струи воздуха создают в межвагонных промежутках завихрения, которые увеличивают сопротивление движению. Трение о путь массы воздуха, находящейся под вагонами и увлекаемой ПС при движении, также увеличивает общее сопротивление движению. Сильное завихрение воздушного потока за последним вагоном приводит к разрежению воздуха и составляет значительную долю общего сопротивления воздушной среды.
2.1.6. Сопротивление от рассеяния энергии в пути
Этот вид сопротивления зависит от рассеяния (диссипации) энергии в элементах конструкции пути при движении по нему подвижного состава. При этом учитываются силы, вызывающие рассеяние энергии внутри конструкции пути (кроме сил трения качения и скольжения колеса по рельсу). К ним относятся силы изгиба рельса, а также силы, появляющиеся при относительном перемещении рельсов, прокладок и шпал. Действие этих сил сопровождается трением и рассеянием тепловой энергии, выделяемой при трении. При этом рассеяние энергии происходит как следствие трения отдельных элементов конструкции пути между собой, так и вследствие внутреннего трения в материалах этих элементов.
Появление необратимых гистерезисных потерь энергии в отдельных звеньях конструкции пути при движении подвижного состава объясняется также особенностями диаграмм многократных циклических нагружений и разгружений, когда одни и те же по величине деформации получаются при не вполне одинаковых напряжениях, то есть образуется петля гистерезиса. Площадь петли гистерезиса численно равна энергии, которая во время каждого цикла преобразуется в тепло и рассеивается в окружающую среду. Явления упругого гистерезиса имеют место даже в том случае, если максимальное напряжение не превосходит предела пропорциональности материала.
2.2. Опытные данные и расчетные зависимости основного сопротивления движению
2.2.1. Характер экспериментальных зависимостей
Опытное определение основного сопротивления Движению производят на специально выбранных участках пути.
Достоверные результаты получают при экспериментальном определении основного сопротивления движению большого числа единиц подвижного состава данного типа.
Опыты по определению основного сопротивления движению подвижного состава разных типов проведены во ВНИИЖТе, в ряде транспортных вузов и научно-исследовательских организаций других министерств. Результаты этих опытов и расчетные зависимости основного сопротивления движению подвижного состава железных дорог приведены в ПТР.
2.3. Сопротивление движению в режимах тяги, выбега и торможения
Для электроподвижного состава условно различают сопротивление движению в режимах тяги, электрического торможения и выбега.
При движении под током силы сопротивления, вызванные механическими потерями в тяговых двигателях, моторно-осевых подшипниках и тяговой передаче, учитывают в процессе расчета тяговых н тормозных характеристик. Поэтому при тяге, а также электрическом торможении расчетное сопротивление движению меньше, чем в режимах выбега и механического торможения на величину сил, вызываемых этими потерями. Это условности расчета. Разница в значениях сопротивления движению при расчетах получается потому, что при движении под током потери энергии в тяговых двигателях, моторно-осевых подшипниках и тяговой передаче, учитываемые в характеристиках двигателей, покрываются энергией, потребляемой из контактной сети; при движении на выбеге эти же потери компенсируются накопленной кинетической энергией ЭПС, и их учитывают, увеличивая сопротивление движению на W. Величину W определяют, приравнивая мощность потерь холостого хода Рхх, Вт, в тяговых двигателях и передачах произведению W, Н, на скорость v, м/с, движения электровоза. Отсюда W= Pxх/v.
При тяговых расчетах удельное основное сопротивление движению ЭПС вычисляют по эмпирическим формулам, приведенным для наиболее распространенных типов ПС. Можно также пользоваться для определения основного удельного сопротивления движению электровозов графиками, приведенными на рис. 2.7 (w’ов- основное удельное сопротивление на выбеге; w’о-то же при движении под током).
Рис. 2.7
Основное удельное сопротивление движению ПС существенно зависит от его массы, приходящейся на ось: оно уменьшается с ростом этой массы, так как снижается доля сопротивления воздушной среды в основном удельном сопротивлении движению и, кроме того, уменьшается коэффициент трения. В качестве примера на рис. 2.8 приведены зависимости основного удельного сопротивления движению от скорости грузового четырехосного вагона с подшипниками трения скольжения при массе, приходящейся на ось, 15т (кривая 1) и 20т (кривая 2). Полная загрузка вагона существенно снижает его удельное сопротивление движению и тем больше, чем выше скорость движения.
Рис. 2.8
Поскольку сопротивление движению зависит от многих факторов, часть из которых еще недостаточно изучена, экспериментальные данные имеют большой разброс.
2.4. Сопротивление движению при трогании с места и в начальный период движения
При трогании ПС с подшипниками скольжения, возникает, особенно после длительной стоянки, повышенное сопротивление движению из-за отсутствия масляной пленки между вкладышами и шейками подшипников. Это заметно сказывается в зимних условиях, особенно при низких температурах окружающего воздуха, когда вязкость смазки возрастает. Сопротивление движению при трогании зависит также от типа смазки, состояния ходовых частей, типа подшипников. Сопротивление при трогании подвижного состава, оборудованного роликовыми буксами, возрастает незначительно: оно примерно в 5 раз меньше, чем ПС с подшипниками скольжения (см. рис. 2.2).
Опыты показывают, что в начальный момент трогания после длительной стоянки сопротивление движению составляет 10-15 Н/кН у порожних и 5-6 Н/кН у груженых четырехосных вагонов с подшипниками скольжения; затем после 1,5-2 оборотов колес это сопротивление снижается вследствие уменьшения коэффициента трения до нормального значения. С целью уменьшения сопротивления движению при трогании применяют для подшипников скольжения в зависимости от времени года летнюю или зимнюю смазку. Ведутся работы по созданию всесезонной смазки.
Согласно ПТР удельное сопротивление при трогании состава на площадке, оборудованного подшипниками трения скольжения, Н/кН,
, (2.8)
где - масса, приходящаяся на колесную пару, т.
Эта зависимость справедлива при длительности стоянки поезда не менее 20 мин. При меньшей длительности считают, что растет пропорционально времени стоянки, начиная с момента остановки ПС, когда сопротивление движению минимально.
При расчете сопротивления троганию вагонов с роликовыми подшипниками, Н/кН,
. (2.9)
2.5. Дополнительное сопротивление движению
2.5.1. Сопротивление от уклона пути
Как уже указывалось, к дополнительному сопротивлению движению относят силы сопротивления, возникающие при движении по уклонам и кривым. На ПС, находящийся на прямолинейном уклоне, действует составляющая силы тяжести. Эта сила направлена в сторону спуска. Она представляет собой дополнительное сопротивление движению от уклона
(рис. 2.9).
Источником дополнительной силы на уклоне является сила земного притяжения (сила тяжести). При движении на горизонтальном пути сила тяжести, действуя перпендикулярно направлению движения, полностью уравновешивается реактивной силой со стороны пути. В случае движения по уклону сила тяжести ПС разлагается на две составляющие: силу, перпендикулярную пути, и силу, параллельную пути.
Первая из этих составляющих уравновешивается реактивной силой от пути, а параллельная составляющая является той дополнительной силой, которая в одном случае является силой сопротивления (на подъеме), а в другом – ускоряющей силой (на спуске).
Рис. 2.9
Крутизну уклона профиля пути обозначают i и выражают в тысячных долях; она представляет собой значение тангенса угла наклона профиля пути к горизонту, умноженное на 1000, т.е. i = 1000tg. Из рис. 1.12 имеем:
, (2.10)
Следовательно, крутизна уклона, %:
. (2.11)
Таким образом, крутизну уклона измеряют числом метров изменения высоты, приходящихся на 1 км длины пути.
Дополнительное сопротивление движению, кН, поезда массой m, т, от подъема
, (2.12)
где тg = G - вес поезда массой m, кН.
Так как на реальном профиле пути угол не превышает 2,5°, можно считать sin = tg; приняв вес поезда в ньютонах, получим:
(2.13)
Отсюда удельное сопротивление движению от подъема, Н/кН,
wi=Wi/(mg) = i%. (2.14)
Как видно из выражения (2.14), сопротивление движению от подъема считают не зависящим ни от скорости движения, ни от типа ПС. Удельное его значение, Н/кН, численно равно крутизне подъема в тысячных.
Формула (2.14) справедлива и для движения по спуску. Однако на спуске составляющая силы тяжести направлена по движению ПС и суммируется с ускоряющей силой. Это учитывают в формуле (2.14) тем, что на спусках величину i принимают отрицательной. Например, на подъеме i= 9%, дополнительное удельное сопротивление движению wi = 9 Н/кН, а на спуске такой же крутизны, т.е. при i = - 9%, wi = -9 Н/кН.
Таким образом, в формуле (2.14) под i понимают не абсолютное, а алгебраическое значение крутизны уклона.
Максимальную возможную крутизну подъема, которую может преодолеть по условию сцепления колес с рельсами одиночно следующий электровоз массой mcц, т.е. у которого все колесные пары имеют тяговый привод, определим, приравняв его силу тяги по сцеплению
Fcц = mcцсопротивлению движению:
Fcц=W'0+Wi. (2.15)
Пренебрегая основным сопротивлением движению W'0, которое, по крайней мере, на порядок меньше сопротивления движению от подъема максимальной крутизны Wi= mcцgtg, запишем:
mcцg = mcцgtg. (2.16)
Подставив сюда значение tg= /1000, найдем: = 1000.
Например, при =0,25 получим =250%о. Однако такие подъемы на магистральных железных дорогах не устраивают, во-первых, из-за трудности остановки электровоза при движении в обратном направлении, т.е. на спуске, так как его тормозной путь будет очень большим, и, во-вторых, потому что движение одиночных электровозов в эксплуатации является исключением. Для грузовых поездов предельные по условию сцепления подъемы значительно меньше. Крутизна их зависит от соотношения масс электровоза и поезда. При грузовом движении из условия Fcц=W' + W" имеем:
student.zoomru.ru
Реферат на тему:
1 — тяга; 2 — лобовое сопротивление; 3 — подъёмная сила; 4 — вес
Лобовое сопротивление — сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. Лобовое сопротивления складывается из двух типов сил: сил касательного (тангенциального) трения, направленных вдоль поверхности тела, и сил давления, направленных по нормали к поверхности. Сила сопротивления является диссипативной силой и всегда направлена против вектора скорости тела в среде. Наряду с подъёмной силой является составляющей полной аэродинамической силы.
Сила лобового сопротивления обычно представляется в виде суммы двух составляющих: сопротивления при нулевой подъёмной силе и индуктивного сопротивления. Каждая составляющая характеризуется своим собственным безразмерным коэффициентом сопротивления и определённой зависимостью от скорости движения.
Лобовое сопротивление может способствовать как обледенению летательных аппаратов (при низких температурах воздуха), так и вызывать нагревание лобовых поверхностей ЛА при сверхзвуковых скоростях ударной ионизацией.
| 0% | 100% | |
| ~10% | ~90% | |
| ~90% | ~10% | |
| 100% | 0% |
Траектории трёх объектов (угол запуска - 70°, Distance - расстояние, Height - высота). Чёрный объект не испытывает никакого сопротивления и движется по параболе, на голубой объект действует Закон Стокса, на зеленый объект - закон вязкости Ньютона
Эта составляющая сопротивления не зависит от величины создаваемой подъёмной силы и складывается из профильного сопротивления крыла, сопротивления элементов конструкции самолёта, не вносящих вклад в подъёмную силу, и волнового сопротивления. Последнее является существенным при движении с около- и сверхзвуковой скоростью, и вызвано образованием ударной волны, уносящей значительную долю энергии движения. Волновое сопротивление возникает при достижении самолётом скорости, соответствующей критическому числу Маха, когда часть потока, обтекающего крыло самолёта, приобретает сверхзвуковую скорость. Критическое число М тем больше, чем больше угол стреловидности крыла, чем более заострена передняя кромка крыла и чем оно тоньше.
Сила сопротивления направлена против скорости движения, её величина пропорциональна характерной площади S, плотности среды ρ и квадрату скорости V:
Определение характерной площади зависит от формы тела:
Мощность, требуемая для преодоления данной составляющей силы лобового сопротивления, пропорциональна кубу скорости.
Индуктивное сопротивление (англ. lift-induced drag) — это следствие образования подъёмной силы на крыле конечного размаха. Несимметричное обтекание крыла приводит к тому, что поток воздуха сбегает с крыла под углом к набегающему на крыло потоку (т. н. скос потока). Таким образом, во время движения крыла происходит постоянное ускорение массы набегающего воздуха в направлении, перпендикулярном направлению полёта, и направленном вниз. Это ускорение во-первых сопровождается образованием подъёмной силы, а во-вторых — приводит к необходимости сообщать ускоряющемуся потоку кинетическую энергию. Количество кинетической энергии, необходимое для сообщения потоку скорости, перпендикулярной направлению полёта, и будет определять величину индуктивного сопротивления.
На величину индуктивного сопротивления оказывает влияние не только величина подъёмной силы, но и её распределение по размаху крыла. Минимальное значение индуктивного сопротивления достигается при эллиптическом распределении подъёмной силы по размаху. При проектировании крыла этого добиваются следующими методами:
Индуктивное сопротивление пропорционально квадрату подъёмной силы Y, и обратно пропорционально площади крыла S, его удлинению λ, плотности среды ρ и квадрату скорости V:
Таким образом, индуктивное сопротивление вносит существенный вклад при полёте на малой скорости (и, как следствие, на больших углах атаки). Оно также увеличивается при увеличении веса самолёта.
Является суммой всех видов сил сопротивления:
X = X0 + XiТак как сопротивление при нулевой подъёмной силе пропорционально квадрату скорости, а индуктивное — обратно пропорционально квадрату скорости, то они вносят разный вклад при разных скоростях. Скорость, при которой обе силы сопротивления равны по величине, характеризуется минимальным суммарным сопротивлением.[] При этой скорости самолёт обладает наивысшим аэродинамическим качеством.
Мощность, требуемая для преодоления силы паразитного сопротивления, пропорциональна кубу скорости, а мощность, требуемая для преодоления индуктивного сопротивления, обратно-пропорциональна скорости, поэтому суммарная мощность тоже имеет нелинейную зависимость от скорости. При некоторой скорости мощность (а значит и расход топлива) становится минимальной — это скорость наибольшей продолжительности полёта (барражирования). Скорость, при которой достигается минимум отношения мощности (расхода топлива) к скорости полёта, является скоростью максимальной дальности полёта или крейсерской скоростью.
wreferat.baza-referat.ru
Реферат на тему:
1 — тяга; 2 — лобовое сопротивление; 3 — подъёмная сила; 4 — вес
Лобовое сопротивление — сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. Лобовое сопротивления складывается из двух типов сил: сил касательного (тангенциального) трения, направленных вдоль поверхности тела, и сил давления, направленных по нормали к поверхности. Сила сопротивления является диссипативной силой и всегда направлена против вектора скорости тела в среде. Наряду с подъёмной силой является составляющей полной аэродинамической силы.
Сила лобового сопротивления обычно представляется в виде суммы двух составляющих: сопротивления при нулевой подъёмной силе и индуктивного сопротивления. Каждая составляющая характеризуется своим собственным безразмерным коэффициентом сопротивления и определённой зависимостью от скорости движения.
Лобовое сопротивление может способствовать как обледенению летательных аппаратов (при низких температурах воздуха), так и вызывать нагревание лобовых поверхностей ЛА при сверхзвуковых скоростях ударной ионизацией.
| 0% | 100% | |
| ~10% | ~90% | |
| ~90% | ~10% | |
| 100% | 0% |
Траектории трёх объектов (угол запуска - 70°, Distance - расстояние, Height - высота). Чёрный объект не испытывает никакого сопротивления и движется по параболе, на голубой объект действует Закон Стокса, на зеленый объект - закон вязкости Ньютона
Эта составляющая сопротивления не зависит от величины создаваемой подъёмной силы и складывается из профильного сопротивления крыла, сопротивления элементов конструкции самолёта, не вносящих вклад в подъёмную силу, и волнового сопротивления. Последнее является существенным при движении с около- и сверхзвуковой скоростью, и вызвано образованием ударной волны, уносящей значительную долю энергии движения. Волновое сопротивление возникает при достижении самолётом скорости, соответствующей критическому числу Маха, когда часть потока, обтекающего крыло самолёта, приобретает сверхзвуковую скорость. Критическое число М тем больше, чем больше угол стреловидности крыла, чем более заострена передняя кромка крыла и чем оно тоньше.
Сила сопротивления направлена против скорости движения, её величина пропорциональна характерной площади S, плотности среды ρ и квадрату скорости V:
Определение характерной площади зависит от формы тела:
Мощность, требуемая для преодоления данной составляющей силы лобового сопротивления, пропорциональна кубу скорости.
Индуктивное сопротивление (англ. lift-induced drag) — это следствие образования подъёмной силы на крыле конечного размаха. Несимметричное обтекание крыла приводит к тому, что поток воздуха сбегает с крыла под углом к набегающему на крыло потоку (т. н. скос потока). Таким образом, во время движения крыла происходит постоянное ускорение массы набегающего воздуха в направлении, перпендикулярном направлению полёта, и направленном вниз. Это ускорение во-первых сопровождается образованием подъёмной силы, а во-вторых — приводит к необходимости сообщать ускоряющемуся потоку кинетическую энергию. Количество кинетической энергии, необходимое для сообщения потоку скорости, перпендикулярной направлению полёта, и будет определять величину индуктивного сопротивления.
На величину индуктивного сопротивления оказывает влияние не только величина подъёмной силы, но и её распределение по размаху крыла. Минимальное значение индуктивного сопротивления достигается при эллиптическом распределении подъёмной силы по размаху. При проектировании крыла этого добиваются следующими методами:
Индуктивное сопротивление пропорционально квадрату подъёмной силы Y, и обратно пропорционально площади крыла S, его удлинению λ, плотности среды ρ и квадрату скорости V:
Таким образом, индуктивное сопротивление вносит существенный вклад при полёте на малой скорости (и, как следствие, на больших углах атаки). Оно также увеличивается при увеличении веса самолёта.
Является суммой всех видов сил сопротивления:
X = X0 + XiТак как сопротивление при нулевой подъёмной силе пропорционально квадрату скорости, а индуктивное — обратно пропорционально квадрату скорости, то они вносят разный вклад при разных скоростях. Скорость, при которой обе силы сопротивления равны по величине, характеризуется минимальным суммарным сопротивлением.[] При этой скорости самолёт обладает наивысшим аэродинамическим качеством.
Мощность, требуемая для преодоления силы паразитного сопротивления, пропорциональна кубу скорости, а мощность, требуемая для преодоления индуктивного сопротивления, обратно-пропорциональна скорости, поэтому суммарная мощность тоже имеет нелинейную зависимость от скорости. При некоторой скорости мощность (а значит и расход топлива) становится минимальной — это скорость наибольшей продолжительности полёта (барражирования). Скорость, при которой достигается минимум отношения мощности (расхода топлива) к скорости полёта, является скоростью максимальной дальности полёта или крейсерской скоростью.
wreferat.baza-referat.ru
Реферат на тему:
1 — тяга; 2 — лобовое сопротивление; 3 — подъёмная сила; 4 — вес
Лобовое сопротивление — сила, препятствующая движению тел в жидкостях и газах. Лобовое сопротивления складывается из двух типов сил: сил касательного (тангенциального) трения, направленных вдоль поверхности тела, и сил давления, направленных по нормали к поверхности. Сила сопротивления является диссипативной силой и всегда направлена против вектора скорости тела в среде. Наряду с подъёмной силой является составляющей полной аэродинамической силы.
Сила лобового сопротивления обычно представляется в виде суммы двух составляющих: сопротивления при нулевой подъёмной силе и индуктивного сопротивления. Каждая составляющая характеризуется своим собственным безразмерным коэффициентом сопротивления и определённой зависимостью от скорости движения.
Лобовое сопротивление может способствовать как обледенению летательных аппаратов (при низких температурах воздуха), так и вызывать нагревание лобовых поверхностей ЛА при сверхзвуковых скоростях ударной ионизацией.
| 0% | 100% | |
| ~10% | ~90% | |
| ~90% | ~10% | |
| 100% | 0% |
Траектории трёх объектов (угол запуска - 70°, Distance - расстояние, Height - высота). Чёрный объект не испытывает никакого сопротивления и движется по параболе, на голубой объект действует Закон Стокса, на зеленый объект - закон вязкости Ньютона
Эта составляющая сопротивления не зависит от величины создаваемой подъёмной силы и складывается из профильного сопротивления крыла, сопротивления элементов конструкции самолёта, не вносящих вклад в подъёмную силу, и волнового сопротивления. Последнее является существенным при движении с около- и сверхзвуковой скоростью, и вызвано образованием ударной волны, уносящей значительную долю энергии движения. Волновое сопротивление возникает при достижении самолётом скорости, соответствующей критическому числу Маха, когда часть потока, обтекающего крыло самолёта, приобретает сверхзвуковую скорость. Критическое число М тем больше, чем больше угол стреловидности крыла, чем более заострена передняя кромка крыла и чем оно тоньше.
Сила сопротивления направлена против скорости движения, её величина пропорциональна характерной площади S, плотности среды ρ и квадрату скорости V:
Определение характерной площади зависит от формы тела:
Мощность, требуемая для преодоления данной составляющей силы лобового сопротивления, пропорциональна кубу скорости.
Индуктивное сопротивление (англ. lift-induced drag) — это следствие образования подъёмной силы на крыле конечного размаха. Несимметричное обтекание крыла приводит к тому, что поток воздуха сбегает с крыла под углом к набегающему на крыло потоку (т. н. скос потока). Таким образом, во время движения крыла происходит постоянное ускорение массы набегающего воздуха в направлении, перпендикулярном направлению полёта, и направленном вниз. Это ускорение во-первых сопровождается образованием подъёмной силы, а во-вторых — приводит к необходимости сообщать ускоряющемуся потоку кинетическую энергию. Количество кинетической энергии, необходимое для сообщения потоку скорости, перпендикулярной направлению полёта, и будет определять величину индуктивного сопротивления.
На величину индуктивного сопротивления оказывает влияние не только величина подъёмной силы, но и её распределение по размаху крыла. Минимальное значение индуктивного сопротивления достигается при эллиптическом распределении подъёмной силы по размаху. При проектировании крыла этого добиваются следующими методами:
Индуктивное сопротивление пропорционально квадрату подъёмной силы Y, и обратно пропорционально площади крыла S, его удлинению λ, плотности среды ρ и квадрату скорости V:
Таким образом, индуктивное сопротивление вносит существенный вклад при полёте на малой скорости (и, как следствие, на больших углах атаки). Оно также увеличивается при увеличении веса самолёта.
Является суммой всех видов сил сопротивления:
X = X0 + XiТак как сопротивление при нулевой подъёмной силе пропорционально квадрату скорости, а индуктивное — обратно пропорционально квадрату скорости, то они вносят разный вклад при разных скоростях. Скорость, при которой обе силы сопротивления равны по величине, характеризуется минимальным суммарным сопротивлением.[] При этой скорости самолёт обладает наивысшим аэродинамическим качеством.
Мощность, требуемая для преодоления силы паразитного сопротивления, пропорциональна кубу скорости, а мощность, требуемая для преодоления индуктивного сопротивления, обратно-пропорциональна скорости, поэтому суммарная мощность тоже имеет нелинейную зависимость от скорости. При некоторой скорости мощность (а значит и расход топлива) становится минимальной — это скорость наибольшей продолжительности полёта (барражирования). Скорость, при которой достигается минимум отношения мощности (расхода топлива) к скорости полёта, является скоростью максимальной дальности полёта или крейсерской скоростью.
wreferat.baza-referat.ru
