एरोडायनामिक ड्रैग किसी वस्तु की सापेक्ष गति के विपरीत कार्य करने वाला बल है। यह ठोस सतह की दो परतों के बीच मौजूद हो सकता है। अन्य प्रतिरोधक सेटों के विपरीत, जैसे कि शुष्क घर्षण, जो गति से लगभग स्वतंत्र होते हैं, ड्रैग बल किसी दिए गए मान का पालन करते हैं। यद्यपि क्रिया का अंतिम कारण चिपचिपा घर्षण है, अशांति इससे स्वतंत्र है। खींचें बल लामिना प्रवाह वेग के समानुपाती होता है।
अवधारणा
एरोडायनामिक ड्रैग वह बल है जो आने वाले तरल पदार्थ की दिशा में किसी भी गतिमान ठोस पिंड पर कार्य करता है। निकट क्षेत्र सन्निकटन के संदर्भ में, ड्रैग वस्तु की सतह पर दबाव के वितरण के कारण बलों का परिणाम है, जिसे डी द्वारा दर्शाया गया है। त्वचा के घर्षण के कारण, जो चिपचिपाहट का परिणाम है, को डी निरूपित किया जाता है। वैकल्पिक रूप से, प्रवाह क्षेत्र के दृष्टिकोण से गणना की जाती है, बलप्रतिरोध तीन प्राकृतिक घटनाओं के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है: शॉक वेव्स, भंवर परत और चिपचिपाहट। यह सब एरोडायनामिक ड्रैग की तालिका में पाया जा सकता है।
अवलोकन
किसी पिंड की सतह पर अभिनय करने वाले दबाव का वितरण बड़ी ताकतों को प्रभावित करता है। बदले में, उन्हें संक्षेप में प्रस्तुत किया जा सकता है। इस मान के डाउनस्ट्रीम घटक शरीर को प्रभावित करने वाले दबाव के वितरण के कारण ड्रैग पावर, डीआरपी का गठन करते हैं। इन बलों की प्रकृति शॉक वेव प्रभाव, भंवर प्रणाली निर्माण और जाग्रत तंत्र को जोड़ती है।
किसी तरल पदार्थ की चिपचिपाहट का ड्रैग पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। इस घटक की अनुपस्थिति में, वाहन को धीमा करने के लिए कार्य करने वाले दबाव बलों को उस शक्ति से बेअसर कर दिया जाता है जो पीछे के हिस्से में होती है और वाहन को आगे की ओर धकेलती है। इसे रिप्रेसुराइजेशन कहा जाता है, जिसके परिणामस्वरूप शून्य वायुगतिकीय ड्रैग होता है। अर्थात्, वायु प्रवाह पर शरीर जो कार्य करता है वह प्रतिवर्ती और पुनर्प्राप्ति योग्य होता है क्योंकि प्रवाह की ऊर्जा को ऊष्मा में परिवर्तित करने के लिए कोई घर्षण प्रभाव नहीं होता है।
चिपचिपापन होने पर भी प्रेशर रिकवरी काम करती है। हालाँकि, यह मान शक्ति में परिणत होता है। स्प्लिट फ्लो क्षेत्रों वाले वाहनों के मामले में यह ड्रैग का प्रमुख घटक है जहां हेड रिकवरी को अक्षम माना जाता है।
घर्षण बल, जो सतह पर स्पर्शरेखा शक्ति हैविमान, सीमा परत के विन्यास और चिपचिपाहट पर निर्भर करता है। एरोडायनामिक ड्रैग, डीएफ, की गणना शरीर की सतह से अनुमानित बोग सेट के डाउनस्ट्रीम प्रक्षेपण के रूप में की जाती है।
घर्षण और दाब प्रतिरोध के योग को श्यान प्रतिरोध कहते हैं। थर्मोडायनामिक दृष्टिकोण से, दलदल प्रभाव अपरिवर्तनीय घटनाएं हैं और इसलिए वे एन्ट्रापी बनाते हैं। परिकलित श्यान प्रतिरोध Dv इस मान में परिवर्तन का उपयोग करता है ताकि प्रतिक्षेप बल का सटीक अनुमान लगाया जा सके।
यहां गैस के लिए वायु घनत्व का सूत्र देना भी आवश्यक है: V=m/MRT.
जब एक विमान लिफ्ट का उत्पादन करता है, तो पुशबैक का एक और घटक होता है। प्रेरित प्रतिरोध, दी। यह लिफ्ट के उत्पादन के साथ आने वाले भंवर प्रणाली के दबाव वितरण में परिवर्तन से उत्पन्न होता है। एयरफ्लो की गति में बदलाव पर विचार करके एक वैकल्पिक लिफ्ट परिप्रेक्ष्य प्राप्त किया जाता है। विंग हवा को रोकता है और उसे नीचे जाने के लिए मजबूर करता है। इसके परिणामस्वरूप विंग पर कार्य करने वाला एक समान और विपरीत ड्रैग फोर्स होता है, जो कि लिफ्ट है।
वायु प्रवाह की गति को नीचे की ओर बदलने से रिवर्स वैल्यू में कमी आती है। कि यह लागू विंग पर आगे कार्य करने वाले बल का परिणाम है। एक समान लेकिन विपरीत द्रव्यमान पीठ पर कार्य करता है, जो प्रेरित ड्रैग है। टेकऑफ़ या लैंडिंग के दौरान यह विमान के लिए सबसे महत्वपूर्ण घटक होता है। एक अन्य ड्रैग ऑब्जेक्ट, वेव ड्रैग (Dw) शॉक वेव्स के कारण होता हैउड़ान यांत्रिकी की ट्रांसोनिक और सुपरसोनिक गति पर। ये रोल शरीर की सतह पर सीमा परत और दबाव वितरण में परिवर्तन का कारण बनते हैं।
इतिहास
यह विचार कि एक गतिमान पिंड हवा (घनत्व सूत्र) या अन्य तरल से गुजरने वाले प्रतिरोध का सामना करता है, अरस्तू के समय से जाना जाता है। 1922 में लिखे गए लुई चार्ल्स ब्रेगुएट के एक लेख ने अनुकूलन के माध्यम से ड्रैग को कम करने का प्रयास शुरू किया। लेखक ने अपने विचारों को जीवंत करना जारी रखा, 1920 और 1930 के दशक में कई रिकॉर्ड तोड़ने वाले विमान बनाए। 1920 में लुडविग प्रांड्ल के सीमा परत सिद्धांत ने घर्षण को कम करने के लिए एक प्रोत्साहन प्रदान किया।
अनुक्रमण के लिए एक और महत्वपूर्ण आह्वान सर मेलविल जोन्स द्वारा किया गया था, जिन्होंने विमान डिजाइन में अनुक्रमण के महत्व को स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करने के लिए सैद्धांतिक अवधारणाओं को पेश किया था। 1929 में, रॉयल एरोनॉटिकल सोसाइटी को प्रस्तुत किया गया उनका काम द स्ट्रीमलाइनेड एयरप्लेन मौलिक था। उन्होंने एक आदर्श विमान का प्रस्ताव रखा जिसमें न्यूनतम ड्रैग होगा, जिससे "स्वच्छ" मोनोप्लेन और वापस लेने योग्य हवाई जहाज़ के पहिये की अवधारणा को बढ़ावा मिलेगा।
जोन्स के काम के उन पहलुओं में से एक जिसने उस समय के डिजाइनरों को सबसे ज्यादा चौंका दिया था, वह एक वास्तविक और आदर्श विमान के लिए अश्वशक्ति बनाम गति की साजिश थी। यदि आप किसी विमान के डेटा बिंदु को देखते हैं और इसे क्षैतिज रूप से एक पूर्ण वक्र पर एक्सट्रपलेशन करते हैं, तो आप उसी शक्ति के लिए जल्द ही भुगतान देख सकते हैं। जब जोन्स ने अपनी प्रस्तुति समाप्त की, तो श्रोताओं में से एकऊष्मप्रवैगिकी में कार्नोट चक्र के रूप में महत्व का स्तर।
लिफ्ट-प्रेरित प्रतिरोध
लिफ्ट-प्रेरित बैकलैश त्रि-आयामी शरीर पर एक ढलान के निर्माण के परिणामस्वरूप होता है जैसे कि एक विमान विंग या धड़। प्रेरित ब्रेकिंग में मुख्य रूप से दो घटक होते हैं:
- पिछला भंवर बनाने के कारण खींचें।
- अतिरिक्त चिपचिपा खिंचाव होना जो लिफ्ट के शून्य होने पर नहीं होता है।
शरीर के ऊपर उठने के परिणामस्वरूप मौजूद प्रवाह क्षेत्र में पीछे के भंवर वस्तु के ऊपर और नीचे हवा के अशांत मिश्रण के कारण होते हैं, जो लिफ्ट के निर्माण के परिणामस्वरूप कई अलग-अलग दिशाओं में बहती है।.
अन्य मापदंडों के साथ जो शरीर द्वारा बनाई गई लिफ्ट के समान रहते हैं, ढलान के कारण प्रतिरोध भी बढ़ जाता है। इसका मतलब यह है कि जैसे-जैसे विंग के हमले का कोण बढ़ता है, लिफ्ट गुणांक बढ़ता है, जैसा कि पलटाव होता है। एक स्टाल की शुरुआत में, प्रवण वायुगतिकीय बल नाटकीय रूप से कम हो जाता है, जैसा कि लिफ्ट-प्रेरित ड्रैग करता है। लेकिन शरीर के बाद अशांत अनासक्त प्रवाह के बनने से यह मान बढ़ जाता है।
नकली खींच
यह एक तरल के माध्यम से एक ठोस वस्तु की गति के कारण होने वाला प्रतिरोध है। परजीवी ड्रैग में कई घटक होते हैं, जिसमें चिपचिपा दबाव के कारण और सतह खुरदरापन (त्वचा घर्षण) के कारण आंदोलन शामिल है। इसके अलावा, सापेक्ष निकटता में कई निकायों की उपस्थिति तथाकथित का कारण बन सकती हैहस्तक्षेप प्रतिरोध, जिसे कभी-कभी शब्द के एक घटक के रूप में वर्णित किया जाता है।
विमानन में, प्रेरित प्रतिक्रिया कम गति पर मजबूत होती है क्योंकि लिफ्ट को बनाए रखने के लिए हमले के एक उच्च कोण की आवश्यकता होती है। हालांकि, जैसे-जैसे गति बढ़ती है, इसे कम किया जा सकता है, साथ ही प्रेरित ड्रैग भी। हालांकि, परजीवी खिंचाव अधिक हो जाता है क्योंकि द्रव तेजी से उभरी हुई वस्तुओं के आसपास बहता है, जिससे घर्षण बढ़ता है।
उच्च गति (ट्रांसोनिक) पर, वेव ड्रैग एक नए स्तर पर पहुंच जाता है। प्रतिकर्षण के इन रूपों में से प्रत्येक गति के आधार पर दूसरों के अनुपात में भिन्न होता है। तो समग्र ड्रैग कर्व कुछ एयरस्पीड पर न्यूनतम दिखाता है - विमान इष्टतम दक्षता पर या उसके पास होगा। पायलट इस गति का उपयोग इंजन की विफलता की स्थिति में सहनशक्ति (न्यूनतम ईंधन खपत) या ग्लाइड दूरी को अधिकतम करने के लिए करेंगे।
विमानन शक्ति वक्र
एयरस्पीड के एक फ़ंक्शन के रूप में परजीवी और प्रेरित ड्रैग की बातचीत को एक विशेषता रेखा के रूप में दर्शाया जा सकता है। विमानन में, इसे अक्सर पावर कर्व के रूप में जाना जाता है। पायलटों के लिए यह महत्वपूर्ण है क्योंकि यह दर्शाता है कि एक निश्चित एयरस्पीड के नीचे, और काउंटरिंटुइटिव रूप से, इसे बनाए रखने के लिए अधिक जोर की आवश्यकता होती है क्योंकि एयरस्पीड कम नहीं होती है। उड़ान में "पर्दे के पीछे" होने के निहितार्थ महत्वपूर्ण हैं और उन्हें पायलट प्रशिक्षण के हिस्से के रूप में पढ़ाया जाता है। सबसोनिक परएयरस्पीड जहां इस वक्र का यू-आकार महत्वपूर्ण है, तरंग ड्रैग अभी तक एक कारक नहीं बन पाया है। इसलिए इसे वक्र पर नहीं दिखाया जाता है।
ट्रांसोनिक और सुपरसोनिक फ्लो में ब्रेक लगाना
कंप्रेसिव वेव ड्रैग वह ड्रैग होता है जो तब बनता है जब कोई पिंड एक कंप्रेसिबल फ्लुइड से होकर पानी में ध्वनि की गति के करीब गति से चलता है। वायुगतिकी में, वेव ड्रैग में ड्राइविंग मोड के आधार पर कई घटक होते हैं।
ट्रांसोनिक फ़्लाइट एरोडायनामिक्स में, वेव ड्रैग तरल में शॉक वेव्स के निर्माण का परिणाम है, जो सुपरसोनिक फ्लो के स्थानीय क्षेत्रों को बनाते समय बनते हैं। व्यवहार में, ऐसी गति सिग्नल की गति से काफी कम गति करने वाले पिंडों पर होती है, क्योंकि हवा की स्थानीय गति बढ़ जाती है। हालांकि, वाहन पर पूर्ण सुपरसोनिक प्रवाह तब तक विकसित नहीं होगा जब तक कि मूल्य बहुत आगे नहीं बढ़ जाता। ट्रांसोनिक गति से उड़ान भरने वाले विमान अक्सर उड़ान के सामान्य पाठ्यक्रम के दौरान लहर की स्थिति का अनुभव करते हैं। ट्रांसोनिक उड़ान में, इस प्रतिकर्षण को आमतौर पर ट्रांसोनिक कंप्रेसिबिलिटी ड्रैग के रूप में जाना जाता है। जैसे-जैसे इसकी उड़ान की गति बढ़ती है, यह बहुत तीव्र होता जाता है, उन गतियों पर अन्य रूपों पर हावी होता है।
सुपरसोनिक उड़ान में, वेव ड्रैग तरल पदार्थ में मौजूद शॉक वेव्स का परिणाम होता है और शरीर से जुड़ा होता है, जो शरीर के आगे और पीछे के किनारों पर बनता है। सुपरसोनिक प्रवाह में, या पर्याप्त रूप से बड़े घूर्णन कोण वाले पतवारों में, इसके बजाय होगाढीले झटके या घुमावदार तरंगें बनती हैं। इसके अलावा, ट्रांसोनिक प्रवाह के स्थानीय क्षेत्र कम सुपरसोनिक गति पर हो सकते हैं। कभी-कभी वे अन्य लिफ्ट निकायों की सतहों पर मौजूद अतिरिक्त सदमे तरंगों के विकास की ओर ले जाते हैं, जो ट्रांसोनिक प्रवाह में पाए जाते हैं। शक्तिशाली प्रवाह व्यवस्थाओं में, तरंग प्रतिरोध को आमतौर पर दो घटकों में विभाजित किया जाता है:
- मूल्य के आधार पर सुपरसोनिक लिफ्ट।
- वॉल्यूम, जो कॉन्सेप्ट पर भी निर्भर करता है।
एक निश्चित लंबाई के साथ क्रांति के एक शरीर के न्यूनतम तरंग प्रतिरोध के लिए बंद-रूप समाधान सियर्स और हैक द्वारा पाया गया था और इसे "सीर्स-हैक वितरण" के रूप में जाना जाता है। इसी तरह, एक निश्चित आयतन के लिए, न्यूनतम तरंग प्रतिरोध का रूप "वॉन कर्मन ओगिव" है।
ब्यूसमैन का बाइप्लेन, सिद्धांत रूप में, डिज़ाइन गति से संचालन करते समय इस तरह की कार्रवाई के अधीन नहीं है, लेकिन लिफ्ट उत्पन्न करने में भी सक्षम नहीं है।
उत्पाद
विंड टनल एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग शोध में ठोस वस्तुओं के पीछे हवा के चलने के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए किया जाता है। इस डिज़ाइन में एक ट्यूबलर मार्ग होता है जिसके बीच में परीक्षण के तहत वस्तु रखी जाती है। एक शक्तिशाली प्रशंसक प्रणाली या अन्य माध्यमों से हवा को वस्तु के पीछे ले जाया जाता है। परीक्षण वस्तु, जिसे अक्सर पाइप मॉडल के रूप में संदर्भित किया जाता है, वायु सेना, दबाव वितरण, या अन्य को मापने के लिए उपयुक्त सेंसर से सुसज्जित हैवायुगतिकीय विशेषताएं। सिस्टम में समस्या को समय पर नोटिस करने और ठीक करने के लिए यह भी आवश्यक है।
विमान कितने प्रकार के होते हैं
पहले इतिहास पर नजर डालते हैं। उड्डयन अनुसंधान के शुरुआती दिनों में, 19 वीं शताब्दी के अंत में सबसे पहले पवन सुरंगों का आविष्कार किया गया था। यह तब था जब कई लोगों ने हवा से भारी विमान विकसित करने की कोशिश की। पवन सुरंग की कल्पना पारंपरिक प्रतिमान को उलटने के साधन के रूप में की गई थी। स्थिर खड़े रहने और उसके माध्यम से किसी वस्तु को हिलाने के बजाय, वही प्रभाव प्राप्त होगा यदि वस्तु स्थिर रही और हवा अधिक गति से चली। इस तरह, एक स्थिर पर्यवेक्षक उड़ने वाले उत्पाद का अध्ययन कर सकता है और उस पर लगाए गए व्यावहारिक वायुगतिकी को माप सकता है।
विमान के विकास के साथ-साथ पाइपों का विकास भी हुआ। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान बड़े वायुगतिकीय वस्तुओं का निर्माण किया गया था। शीत युद्ध के दौरान सुपरसोनिक विमान और मिसाइलों के विकास के दौरान ऐसी ट्यूब में परीक्षण को रणनीतिक रूप से महत्वपूर्ण माना जाता था। आज, विमान कुछ भी हैं। और लगभग सभी सबसे महत्वपूर्ण घटनाक्रमों को पहले ही रोजमर्रा की जिंदगी में शामिल कर लिया गया है।
बाद में विंड टनल रिसर्च का विषय बना। मानव निर्मित संरचनाओं या वस्तुओं पर हवा के प्रभाव का अध्ययन किया जाना था जब इमारतें हवा के लिए बड़ी सतहों को प्रस्तुत करने के लिए काफी लंबी हो गईं, और परिणामी बलों को इमारत के आंतरिक तत्वों का विरोध करना पड़ा। कोड बनाने से पहले ऐसे सेटों की परिभाषा आवश्यक थीसंरचनाओं की आवश्यक ताकत निर्धारित करें। और इस तरह के परीक्षणों का उपयोग आज भी बड़ी या असामान्य इमारतों के लिए किया जाता है।
बाद में भी कारों के एयरोडायनामिक ड्रैग पर जांच की गई। लेकिन यह बलों को निर्धारित करने के लिए नहीं था, बल्कि एक निश्चित गति से कार को रोडबेड के साथ स्थानांतरित करने के लिए आवश्यक शक्ति को कम करने के तरीके स्थापित करने के लिए था। इन अध्ययनों में, सड़क और वाहन के बीच की बातचीत एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। यह वह है जिसे परीक्षा परिणामों की व्याख्या करते समय ध्यान में रखा जाना चाहिए।
वास्तविक स्थिति में, सड़क वाहन के सापेक्ष चलती है, लेकिन हवा अभी भी सड़क के सापेक्ष है। लेकिन एक पवन सुरंग में, हवा सड़क के सापेक्ष चलती है। जबकि बाद वाला वाहन के सापेक्ष स्थिर है। कुछ परीक्षण वाहन पवन सुरंगों में परीक्षण वाहन के नीचे चलती बेल्ट शामिल हैं। यह वास्तविक स्थिति के करीब पहुंचने के लिए है। विंड टनल टेकऑफ़ और लैंडिंग कॉन्फ़िगरेशन में इसी तरह के उपकरणों का उपयोग किया जाता है।
उपकरण
खेल उपकरण के नमूने भी कई सालों से आम हैं। इनमें गोल्फ क्लब और गेंद, ओलंपिक बोबस्लेय और साइकिल चालक, और रेसिंग कार हेलमेट शामिल थे। उत्तरार्द्ध का वायुगतिकी एक खुली टैक्सी (इंडीकार, फॉर्मूला वन) वाले वाहनों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। हेलमेट पर अत्यधिक भार उठाने से महत्वपूर्ण तनाव हो सकता हैचालक की गर्दन पर, और पीछे की तरफ प्रवाह पृथक्करण एक अशांत मुहर है और इसके परिणामस्वरूप, उच्च गति पर दृष्टि बाधित होती है।
उच्च गति वाले डिजिटल कंप्यूटरों पर कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी (सीएफडी) सिमुलेशन में प्रगति ने पवन सुरंग परीक्षण की आवश्यकता को कम कर दिया है। हालाँकि CFD परिणाम अभी भी पूरी तरह से विश्वसनीय नहीं हैं, इस उपकरण का उपयोग CFD भविष्यवाणियों को सत्यापित करने के लिए किया जाता है।
