Resistència aerodinàmica

Es denomina resistència de forma aerodinàmica, o simplement resistència, a la força que sofrix un cos en moure's a través del aire, i en particular a la component d'eixa força en la direcció de la velocitat relativa del cos respecte del mig. La resistència és sempre de sentit opost al de dita velocitat, per lo que habitualment es diu d'ella que, de forma anàloga a la de fricció, és la força que s'opon a l'alvanç d'un cos a través de l'aire.

De manera més general, per a un cos en moviment en el sí d'un decorregut qualsevol, tal component rep el nom de resistència fluidodinámica. En el cas de l'aigua, per eixemple, es denomina forma hidrodinàmica.

Introducció

De la mateixa manera que en atres forces aerodinàmiques, s'utilisen coeficients aerodinàmics que representen l'efectivitat de la forma d'un cos per al desplaçament a través de l'aire. El seu coeficient associat és conegut popularment com a coeficient de penetració, coeficient de resistència o coeficient aerodinàmic, sent esta última denominació especialment incorrecta ya que existixen vàries forces aerodinàmiques, en els seus respectius coeficients aerodinàmics, i cada u d'ells té un significat diferent.

La forma en que s'estudia la resistència aerodinàmica presenta algunes particularitats segons el camp d'aplicació.

En aeronàutica

La resistència total d'un avió en vol es pot descompondre en les següents:

Resistència paràsita

Artícul principal → Resistència paràsita.

Es denomina aixina tota resistència que no és funció de la sustentació. És la resistència que es genera per totes les chicotetes parts no aerodinàmiques d'un objecte. Està composta per:

Resistència de perfil: La resistència d'un perfil alar es pot descompondre a la seua volta en atres dos:

Resistència de pressió: Deguda a la forma de l'estela.
Resistència de fricció: Deguda a la viscosidad del decorregut.

Resistència Forma: És la resistència provocada pels components d'un avió que no produïxen sustentació, per eixemple el fuselage o les góndoles dels motors.

Resistència d'interferència: Cada element exterior d'un avió en vol posseïx el seu capa llímit, pero per la seua proximitat estes poden aplegar a interferir entre sí, lo que conduïx a l'aparició d'esta resistència.

Resistència induïda

Si es considera un ala d'envergadura finita, per uns tribulins que apareixen en els extrems del ala per a la diferència de pressions entre el extradós i el intradós, sorgix l'anomenada resistència induïda. Esta resistència és funció de la sustentació i d'ahí que siga directament proporcional al àngul d'atac, major sustentació implica major resistència induïda. És la resistència produïda com a resultat de la producció de sustentació. Alts ànguls d'atac, que produïxen més sustentació, produïxen alta resistència induïda.

Fòrmula de la resistència induïda:

$D_{i} = \frac{2 L^{2}}{π ρ v^{2} e b^{2}}$
Símbol	Nom	Unitat
$D_{i}$	Resistència induïda	N
$L$	Sustentació	N
$ρ$	Densitat del decorregut	kg/m³
$v$	Velocitat	m/s
$e$	Factor d'eficiència que depén de la forma en planta de l'ala (adimensional)
$b$	Envergadura	m

Coeficient de la resistència induïda:

$C_{D_{i}} = \frac{D_{i}}{\frac{1}{2} ρ v^{2} S} = \frac{{C_{L}}^{2}}{π e A}$
Símbol	Nom	Unitat
$C_{D_{i}}$	Coeficient de la resistència induïda
$C_{L}$	Coeficient de sustentació
$e$	Factor d'eficiència que depén de la forma en planta de l'ala (adimensional)
$A$	Allargament de l'ala

Coeficient de resistència del perfil per a menuts números de Mach

Simulació que mostra la distribució de les pressions en un perfil somés a fluix laminar. Es pot observar la resistència del perfil per l'aument de les pressions en la seua vora d'atac.

La resistència a l'alvanç $Q_{x}$ de l'àrea de superfície de l'ala d'envergadura infinita sol cridar-se resistència del perfil. Com a resistència a l'alvanç de qualsevol cos la resistència del perfil pot dividir-se en la resistència pura del perfil i la resistència induïda:

$Q_{x} = Q_{x, 0} + Q_{x, i}$
Símbol	Nom
$Q_{x}$	Resistència a l'alvanç
$Q_{x, 0}$	Resistència pura del perfil
$Q_{x, i}$	Resistència induïda la qual depén del coeficient de sustentació

El coeficient de resistència induïda és proporcional al coeficient de sustentació, per a engendrar una gran sustentació, l'ala ha de fer desviar més intensament el fluix d'aire cap a avall. Al mateix temps l'ala complix un gran treball i per tant, sofrix gran resistència, la seua forma més simple de càlcul és:

$C_{x, i} = B \frac{C_{y}^{2}}{π λ}$
Símbol	Nom
$C_{x, i}$
$λ$	Allargament de l'ala
$B$	coeficient geomètric de l'ala

Per tot lo abans dit el coeficient de resistència induïda quedaria expressat de la següent forma:

La resistència pura del perfil està composta per diferents tipos de resistències entre les que es troben la de pressió ( $Q_{x} p$ ) i la de fricció ( $Q_{f} r$ ):

També existix la resistència d'ona la qual en este cas no existix degut a que ya que el fenomen ocorre a menuts números de Mach, la resistència de pressió té solament la naturalea turbulenta.
Ara be es necessita calcular el valor dels dos coeficients de resistència, el corresponent a la pressió i el corresponent a la fricció en la superfície del perfil. Per a determinar el coeficient de resistència per la distribució de pressions per la superfície és necessari restablir la forma constructiva del model que es va a fabricar per a tindre una derivada (ds) determinada, puix cal separar a lo llarc de l'eix x del cos una secció elemental $d s_{m} a x = d y d x$ normal a l'eix x. La força de resistència en esta serà igual a:

a on:

P_{d}

: Pressió en la part davantera de l'element.

P_{t}

: Pressió en la part atrassera de l'element.

De l'equació anterior es pot deduir que la força de resistència a causa de la distribució de pressions pel perfil serà l'integral presa per l'àrea de la secció màxima en la superfície I o Z.

Gràfic que mostra el coeficient de resistència respecte a l'àngul d'atac

Resistència total

La fòrmula de la resistència aerodinàmica total creada per un avió en vol és:

a on:

D

- Resistència. S'utilisa la "D" pel terme anglés drag (resistència).

ρ

- Densitat del decorregut.

v

- Velocitat.

S

- Superfície alar en planta.

C_{D}

- Coeficient aerodinàmic de resistència.

q = \frac{1}{2} ρ v^{2}

- Este terme es denomina pressió dinàmica.

Per lo tant, la fòrmula del coeficient aerodinàmic de resistència és:

Aixina que, la resistència aerodinàmica total és la suma de la resistència paràsita i l'induïda, per lo que:

$C_{D} = C_{D_{parásita}} + C_{D_{i n d u c i d a}}$

Vore també

Referències

Bibliografia

G.M. TSEITLIN, M.I. SOLTS, V.M. POPOV. Aerodinàmica i Dinàmica del vol de les aeronaus.
BARLOW B. J.; RAE W. H.; POPE A. (1999). Low Speed Wind Tunnel Testing.
HINZE J.O. Turbulence.
BLESSMANN J., O Vento na Engenharia Estrutural, Editora dona Universitats, UFGRS, Porte Alegre, Brasil, 1995.
BENDAT J.S., PIERSOL A.G. Random Data-Analysis and Measurements Procedures, Wiley, New York, 1986.
COOK N. J., Determination of the Model Scale Factor in Wind-Tunnel Simulations of the Adiabatic Atmospheric.

ADRIÁN R. WITTWER, MARIO E. DE BORTOLI, M. B. NATALINI. Variació dels paràmetros característics d'una simulació de la capa llímit atmosfèrica en un túnel de vent.
DELNERO, J. S*. ; MARAÑON DI LEO, J. ; BACCHI, F. A.; COLMAN, J. & COLOSQUI, C. E. Determinació experimental en túnel de capa llímit dels coeficients aerodinàmics de perfils de baixos Reynolds.
J. COLMAN, J. MARAÑÓN DI LEO, J. S. DELNERO, M. MARTÍNEZ, U. BOLDES, F. BACCHI. Lift and drag coefficients behavior at low Reynolds number in an airfoil with miniflap Gurney submitted to a turbulent flow.
J.S. DELNERO, J. COLMAN, U. BOLDES, M. MARTINEZ, J. MARAÑÓN DI LEO and F.A. BACCHI. About the turbulent scale dependent response of reflexed airfoils.

Este artícul conté una traducció derivada de «Resistencia aerodinámica» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.