Avant-corps (nestemekaniikka)

In virtausmekaniikka , keula-elin on etuosa elin, eli yleensä välillä olevan osan pysähdyspaikassa ja suurin osa (tai master-vääntömomentti). Symmetrisesti käytetään myös "takarungon" käsitettä (rungon osa isäntäparin ja rungon alavirran pisteen (tai pistejoukon) välillä.

Nestemekaniikassa on monissa tapauksissa tietty etu- ja takavirtauksen riippumattomuus. "Esi-rungon" ja "takarungon" välillä voidaan tarvittaessa käyttää "keskikehon" käsitettä, varsinkin kun tämä mediaanikappale on vakiona (kuten sylinterimäinen osa, joka seuraa monien amatöörien raketit).

Etujalat ovat etuasennonsa vuoksi harvoin rajakerroksen irtoamisen (tai irtoamisen) paikka . Mutta kun irtoaminen tapahtuu, näemme useimmiten virtauksen uudelleen kiinnittymisen myötävirtaan (kuten tapahtuu VW Beetlen tuulilasin edessä olevan irtoamisen kohdalla vastakkaisessa kuvassa).

Auton etuosa

Hyvin haitallisesti auton eturunko, jos se on riittävän profiloitu, laskee sen kokonaismäärästä vähän (toisin sanoen oikein muotoillun eturungon luomalla on hyvin vähän merkitystä.) Päinvastoin, auton takarunko voi olla erittäin tärkeä, koska pohjan syvennys houkuttelee tätä alustaa taaksepäin. Onneksi takaa voidaan usein käsitellä edestä riippumatta. VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}

Voimme nähdä todistuksen eturungon ja takarungon riippumattomuudesta vastakkaisesta kaaviosta, joka antaa sedanien kehityksen takarungon hoikkuuden mukaan: Se, että neljä fuksia-, punainen, sininen ja vihreä käyrää on suunnilleen sama kaltevuus osoittaa, että taka-elimet eri pituudet ovat lähes riippumaton edessä rungon, toisin sanoen että on auto on voimassa (jos on etuosan ja on takaosa), jälkimmäisen ollessa vain takaosan hoikkuuden toiminto (erityisesti sedaneille 3 ja 4, jotka on muotoiltu oikein). VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSxklovvs.+VSxklorvs.{\ displaystyle C_ {x} avc + C_ {x} kaari}VSxklovvs.{\ displaystyle C_ {x} avc}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSxklorvs.{\ displaystyle C_ {x} kaari}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}

Tämä viimeinen kaavio perustuu Walter E. Layn tuulitunnelissa tehtyihin mittauksiin, jotka testasivat hieman yli metrin pituisia malleja, joissa tasaiset ja pystysuorat sivupinnat on yhdistetty pyöristämättä yläpintaan.

Raketin eturunko

Vastakkainen kuva antaa etusivun odottaa äänenvoimakkuuden ulkopuolella olevista raketti- taistelupääistä . VSx{\ displaystyle C_ {x}}

Yksinkertaisimmassa tapauksessa ogivo-sylinterimäisessä raketissa määritys tehdään summaamalla eturunko (vastakuvan kuva), kitka ogivilla ja keskirunko (rungon lieriömäinen osa), pohja (joka riippuu pohjakerroksen paksuudesta pohjassa) ja stabilointiaineen siilojen paine, kitka ja vuorovaikutus. Eturungon (suippokärjen) näyttää olevan riippumaton muista . Mediaani rungon (sylinterimäinen osa) pelkistetään vain kitka, koska tämä mediaani elin ei ole ala-pinnalle, joka muuttaa paineen pelata sen pinnalta aksiaalisen voiman. Toisaalta sen pinnan kitkan määrittämisessä on otettava huomioon ogiven pituus (ogiven kärki, virtauksen pysäytyspiste, joka on rajakerroksen syntymäkohta). VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}

10-60 ° puolikulmasta kärjessä, kartioiden kuin eturungon (eli ilman alustaa, siis taistelupääinä) testien tulokset voidaan lineaaristaa muodossa , joka on puolikulma kartion päällä astetta. Tämä linearisointi on voimassa vain aliäänellä, ts. varten . VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx=0,012θ-0,11{\ displaystyle C_ {x} = 0,012 \ theta -0,11}θ{\ displaystyle \ theta}Mklo<0,4{\ displaystyle Ma <0,4}

Profiilirungon etu- ja takaosan suhteellinen riippumattomuusVSs{\ displaystyle C_ {p}}

Mitä tulee vastakuvassa esitettyyn 3D-kapenevaan runkoon, painokertoimet eturungon hyvässä osassa ovat riippumattomia takarungon muodosta ja päinvastoin. Vastakohtainen animaatio osoittaa, että kun vaihdamme etu- ja takarungon malleja, sininen käyrä sopii hyvän osan eturungosta koko kehoon nostetun käyrän päälle (vaikka tämän kokonaisen rungon takaosaa olisi muutettu) ) (ja sama asia takakappaleen käyrälle ). VSs{\ displaystyle C_ {p}}VSs{\ displaystyle C_ {p}}

Voidaan myös nähdä, että tässä nimenomaisessa tapauksessa takaosan vaikutusalueen etuosaan ja päinvastoin pituus on luokkaa 2 halkaisijaltaan.

Samanlainen heijastus voidaan tehdä lieriömäisen keskirungon lisäämisestä 3D-kapenevaan kappaleeseen (vastakuvan kuvan käyrät , laskettu tässä saman tutkijaryhmän toimesta). Näyttää siltä, ​​että kaarien etu- ja takaosat ovat muuttumattomia, kun otetaan käyttöön enemmän tai vähemmän pitkä sylinterimäinen osa. VSs{\ displaystyle C_ {p}}VSs{\ displaystyle C_ {p}}

On myös huomattava, että virtaus sylinterimäisessä osassa (ja siten myös sen käyrä ) ennakoi noin yhden halkaisijan etäisyydellä takarungon muodostaman supistumisen esiintymisen. Tiedot emäksen kutistumisen läsnäolosta leviävät siis hyvin ylävirtaan (olemme täällä aliäänellä). VSs{\ displaystyle C_ {p}}

Pitot-putkikotelo

Pitot-putken etupuolella (etupuoliskolla, vaaleansininen käyrä) oleva painejakauma eroaa pallon etupuoliskolla olevasta painejakaumasta (punainen käyrä). Siksi voimme sanoa, että virtaus Pitot-putken eturungon yli ennakoi täysin sylinterimäisen osan läsnäolon (tai ei): Etuosan rungon virtauksesta ei siis ole riippumattomuutta rungon mediaaniin.

Tässä piirretyt käyrät ovat teoreettisia käyriä (ei-viskoosissa nesteessä suoritetut laskelmat). Vaaleansinisen teoreettisen käyrän integrointi tuottaa paineen Pitot-putken etupuoliskolle. On kuitenkin huomattava, että NASAn teknisen huomautuksen D-3388 ilmoittamat testit johtavat pallonpuoleiseen taistelupäähän erittäin matalaan paineeseen, joka on korkeintaan Ma 0,4 (ja jopa Ma 0,7), ja nämä erittäin heikot ovat yhdenmukaisia ​​Hoernerin puolipallon muotoinen taistelupää (katso # Rocket-esirunko-osan kuva). VSs{\ displaystyle C_ {p}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}0,46{\ displaystyle 0,46}VSx{\ displaystyle C_ {x}}0,01{\ displaystyle 0,01}0,02{\ displaystyle 0.02}VSx{\ displaystyle C_ {x}}

Erityiset muodot

Edessä paljastettu levy

Etuosassa näkyvän levyn tapauksessa nestemekaniikka ilmeisesti harjoittaa eroa eturungon (levyn etupinta) ja takarungon (sen takapinta) välillä. Koenig ja Roshko tutkivat aksiaalivirtausta sylinterissä, jossa on tasainen pää, jota edeltää levy, muiden kirjoittajien perusteella, hyväksyvät etupinnan arvon . Samoin Bob Hiro Suzuki panee merkille levyn etupinnan arvon. VSx{\ displaystyle C_ {x}}0,75{\ displaystyle 0,75}0,72{\ displaystyle 0,72}

Kun koko levy hyväksytään kelvolliseksi , levyn takapinta näyttää olevan arvoinen mistä asti . Vastakuvassa Fail, Lawford ja Eyre mitasivat vakion alavirtaan (punainen käyrä, jossa merkit vastaavat mitattuja pisteitä). Tämä tarkoittaa, että keskimääräinen arvo paineen kertoimen tämän takana kasvot kannattaa, koska nämä kirjailijat, hieman yli , koska mittaamatta luistimia kiekon reunaa. VSx{\ displaystyle C_ {x}}1,12{\ displaystyle 1.12}VSx{\ displaystyle C_ {x}}0,37{\ displaystyle 0,37}0,40{\ displaystyle 0.40}VSs{\ displaystyle C_ {p}}0,36{\ displaystyle 0,36}-0,36{\ displaystyle -0,36}VSs{\ displaystyle C_ {p}}

Tästä kuvasta voidaan huomata etupinnan paineiden lähes ellipsoidinen jakauma (sininen käyrä, jossa vain kiinteät merkit vastaavat mitattuja pisteitä).

Vaikka yleisesti hyväksytään, että painekerroin pysyy samana tasaisen pohjan koko pinnalla, tämä yksinkertaistaminen ei voi olla sopiva pyöreän levyn alavirran reunalle. Levyn reunalla virtaus kiihtyy väistämättä arvoon, joka on suurempi kuin nopeus äärettömässä ( negatiiviseksi tuleminen). Kysymysmerkillä merkitty fuschiakäyrä on ehdotettu käyrä yhdistämään sininen käyrä levyn reunassa olevaan punaiseen käyrään. VSs{\ displaystyle C_ {p}}

Pallo

Pallon tapauksessa on hyödyllistä kiinnostaa etupuoliskon arvoa . Teoreettisen painekertoimen integrointi tälle etupuolipallolle (fuksia-käyrä vastakkaisessa kuvassa Elmar Achenbachin vuoksi) tuottaa negatiivisen arvon . Vaikka kitka alalla on vähäinen, käytännön toimenpiteet johtavat eturungon pallomaisen ensimmäisessä piiriin, vaan integrointi paineen kertoimien toisen järjestelmän (tarpeeksi lähellä ei-viskoosin virtauksen etu- pallonpuoliskolla) ei anna alipaine. VSx{\ displaystyle C_ {x}}-0,125{\ displaystyle -0,125}VSx{\ displaystyle C_ {x}}VSx{\ displaystyle C_ {x}}0,046{\ displaystyle 0.046}VSx{\ displaystyle C_ {x}}

Erityiset rintamat

Eteenpäin oleva runko ohjaimen siipillä

Irtoaminen tylpän rungon terävien reunojen ylittäessä johtaa "kuolleen veden" taskuun välittömästi etupinnan alavirtaan, tämä tasku lisää kehon virtauksen näkemää leveyttä ja heikentää siten sen ääntä . Tällaisten kuolleiden vesitaskujen muodostuminen voidaan estää asentamalla uudelleenohjaussiipiä, jotka syöttävät näihin matalapaineisiin kuolleiden vesitaskuihin ylipaineistettua ilmaa, joka on kiinni ajoneuvon etuosassa (ylempi kuva vastapäätä). VSx{\ displaystyle C_ {x}}

Kirjassaan Drag , Sighard F. Hoerner  (in) täsmennetään, että lisäksi muodostumisen estämiseksi näiden taskuihin kuolleiden vettä, edessä uudelleenohjaus siipien kohteena olevia aerodynaamisia voimia, jotka pyrkivät vetämään auton eteenpäin. (Sellaisenaan, ne vähennä siten vastusta edelleen).

Tällaista uudelleenohjaimen siivousjärjestelmää käytettiin laajalti tähtimäisten lentokoneiden moottorien tasoitukseen kerralla ( Townend-rengas ), ennen kuin NACA-kopit tarjosivat lopullisen ratkaisun tähtimäisiin moottoreiden peittämiseen.

Samaa suuntateräysperiaatetta voitaisiin käyttää selkeästi hyödyttäen tiettyjen kappaleiden pohjaa (alempi kuva vastapäätä).

Esilevy tai tuulilasi

Työssään, amerikkalainen tutkija Keith Koenig osoitti, että kyynärvarren pyöreän sylinterin halkaisija voi kulkea ja jonka asennus esiasteen levyn halkaisija välillä ja edessä etupinnan tämän sylinterin (prekursori levy on hallussa halkaisijaltaan pieni akseli). Torikierre, joka laskeutuu esilevyn ja sylinterin etupinnan väliin (kuva vastapäätä) luo eräänlaisen kuljetinhihnan, joka virtaviivaistaa kokonaisuutta. Pikemminkin vastahakoisesti, esilevyn korvaaminen pallomaisilla (ilmeisesti paremmin profiloiduilla) korkkeilla ei anna parempia tuloksia. VSx{\ displaystyle C_ {x}}D2{\ displaystyle D_ {2}}0,7{\ displaystyle 0.7}≈0,01{\ displaystyle \ noin 0,01}D1=0,75D2{\ displaystyle D_ {1} = 0,75D_ {2}}0,25{\ displaystyle 0,25}0,50D2{\ displaystyle 0.50D_ {2}}

Tuulilasi tai aerospike

Aikaisemmat tulokset ovat kelvollisia aliherkälle. Transonic- ja supersonic-ääniä voidaan käyttää erityisillä tuulilasilla (englanniksi "  aerospike  (in)  "), joiden tehtävänä on vähentää riittämättömästi profiloitujen etukappaleiden painetta (saavutettujen trans- ja supersonic-nopeuksien suhteen). puolipallon muotoiset taistelukärjet). Suhteellisen pienen osan (kiekon tai pallomaisen kannen) esiastekappale, jota kantaa pienen osan akseli (kuva vastapäätä), tuottaa iskuaallon, joka irtoaa sitä seuranneen riittämättömästi profiloidun eturungon edessä. Lisäksi tämän iskuaallon ja riittämättömästi profiloidun eturungon väliin on asennettu kierrätysvyöhyke, joka toimii kuin paremmin profiloitu virtuaalirunko.

Tällaisen prekursorialueen runko laitteita (tuulisuojalla) käytetään yläreunassa ohjuksia käynnisti sukellusveneiden koska Varren vastaavasti vähentää korkeutta mainitun ohjuksia ja helpottaa niiden varastointia aluksella.

Huomautuksia ja viitteitä

1. Kadun miehen, jolla on "törmäyskäsitys" nestemekaniikasta, auton etuosa on vastuussa "jäljen tekemisestä" muulle autolle. Näin ei ole, koska pysäytyspistealueen (säleikkö) ympärillä olevien ylipaineiden toiminta kompensoidaan välittömästi alavirtaan (etukannessa ja riittävän kallistetuissa tuulilaseissa) olevien syvennysten vaikutuksesta.
2. (sisään) Walter E. Lay, 50 mailia gallonaa kohti on mahdollista virtaviivaistamalla oikein? SAE Transactions, Voi.  28, 1933, s.  144-156 [1] .
3. (in) Aerodynamiikka maantieajoneuvojen, ajoneuvon Fluid Mechanics Engineering, toimittanut Wolf-Heinrich Hucho 1990.
4. Hoerner 1965 , s.  49.
5. Hoerner 1992 , s.  2-5.
6. (in) Lyde D. Nevins ja Benny W. Helton, tutkimus eri parametrien VAIKUTTAVAT rakennepainoa AUTON ROCKET kärkikartion, Marshall Space Flight Center, [2] .
7. (in) Pallomaisesti tylpän kartion aerodynaamiset ominaispiirteet koneiden numeroissa välillä 0,5 - 5,0, NASA TN D-3088, Robert V. Owens, George C. Marshallin avaruuslentokeskus Huntsvillessä Alabamassa [3] [PDF] .
8. (in) SUURIEN KARTIOIDEN KERMEISTEN RETROKEETTIEN aerodynaamiset ominaisuudet, sopimus nro NAS 7-576, Philip O. Jarvinen ja Richard H. Adams, helmikuu 1970 [4] [PDF] .
9. (en) AJ Smits, SP Law ja PN Joubert, vertailu vallankumouksen elinten teoreettisten ja kokeellisten painejakaumien vertailusta, [5]
10. (in) VAIKUTUKSET bluntness drag ellipsin subsonic keulaan, NASA TEKNINEN HUOMAUTUS D-3388, John D. Norris ja Robert J. McGhee [6] [PDF] .
11. (in) KOKEELLINEN TUTKIMUS GEOMETRISISTÄ VAIKUTUKSISTA Kein Koenig ja Anatol Roshko, Kalifornian tekniikan instituutti, Pasadena, Kalifornia, J. Fluid Mech. (1985), voi. 156, s.  167-204 [7] [PDF] .
12. (in) Opinnäytetyö Bob Hiro Suzuki, MAGNETOFLUID DRAG-DYNAMIC MITTAUKSET SEMI-IMFINITE-ELIMIIN ALIGNED ALUEILLA, Kalifornian Kalifornian teknillinen instituutti Pasadena, Kalifornia vuonna 1967, [8] [PDF] .
13. (in) R. FAIL, JA Lawford ja RCW EYRE hidaskäyntisten-kokeet: On the Wake Ominaisuudet litteiden levyjen normaalille Airstream vuosi [9] [PDF] .
14. (sisään) Elmar Achenbach, "Kokeita virtauksista ohi pallojen erittäin korkeilla Reynoldsin numeroilla", Journal of Fluid Mechanics , voi.  54, n °  3 8. elokuuta, 1972 s.  565-575 [ online-esitys ] .
15. Hoerner 1965 , s.  23.
16. Hoerner 1992 , s.  2-5
17. E. Hunsinger ja M. Offerlin 1997
18. Tätä matalapainevyöhykettä (ja pyörre-aluetta) kutsutaan "kuolleen veden vyöhykkeeksi", koska se havaittiin ensin siltojen paalujen takana.
19. SF Hoerner , Vastus nesteen kehitykseen , Gauthier-Villars-toimittajat Pariisi.
20. (en) SF Hoerner, Fluid-Dynamic Drag.
21. Nämä vetovaikutukset otetaan tietenkin huomioon ilmoitetuissa.VSx{\ displaystyle C_ {x}}
22. Näiden terien asettama korotettu ulottuma voi kuitenkin muodostaa jarrun niiden asennukselle, esimerkiksi puoliperävaunujen kuorma - autot ovat jo suurimmalla tievälillä.
23. (sisään) Keith Koenig (PhD), Interferenssit bluffikappaleiden vetoon tandemissa , Kalifornian teknillinen instituutti , 22. toukokuuta 1978 [ lue verkossa ] [PDF] .
24. (in) Keith Koenig Anatol Roshko ( ILC ), "kokeellinen tutkimus geometristen vaikutuksia vedä ja virtaus alalla kaksi bluffia elinten erottaa rako", Journal of Fluid Mechanics , 1985 lentoa.  156, s.  167-204 , [ lue verkossa ] [PDF] .

Bibliografia

• (Sisään) John D. Anderson, Jr. , "  Ludwig Prandtlin rajakerros  " , Physics Today , Voi.  58, n °  12,joulukuu 2005, s.  42-48 ( DOI  10.1063 / 1.2169443 , lue verkossa [PDF] ).
• (en) Duane A.Haugen ( ohjaaja ), mikrometeorologian työpaja , AMS ,1972, 392  Sivumäärä ( DOI  10.1017 / S002211207421259X ).
• SF Hoerner , vastustuskyky nesteiden etenemiselle , Pariisi, Gauthier-Villars,1965( OCLC  727875556 , ASIN  B07B4HR4HP ).
• (en) SF Hoerner , Fluid-dynamic drag: teoreettinen, kokeellinen ja tilastollinen tieto ,1992( OCLC  228216619 ).
• (en) SF Hoerner ja HV Borst , Fluid-Dynamic Lift, käytännön tietoa aerodynaamisesta ja hydrodynaamisesta nostimesta, Liselotte A.Hoerner toim.,1985( [10] ). . 
• (en) Herrmann Schlichting , Klaus Gersten , E. Krause , H. Oertel Jr. ja C. Mayes , Boundary-Layer Theory , Berliini / New York, Springer,2004, 8 th  ed. , 799  Sivumäärä ( ISBN  3-540-66270-7 ).
• Ewald Hunsinger ja Michaël Offerlin, Aerodynamiikka ja loisten vetovoiman alkuperä , Vuorovaikutus,1997( lue verkossa [PDF] ).