السحب الطفيلي

السحب الطفيلي ، المعروف أيضًا باسم سحب الشكل ، ^{[ 1 ] : 254 [ 2 ] : 256} ، هو نوع من أنواع السحب الديناميكي الهوائي الذي يؤثر على أي جسم عند تحركه عبر سائل. يُعرَّف السحب الطفيلي بأنه مزيج من سحب الشكل وسحب الاحتكاك السطحي . ^{[ 3 ] [ 1 ] : 641-642 [ 4 ] : ​​19}

سُمّي بهذا الاسم لأنه غير مفيد، على عكس السحب الناتج عن الرفع الذي يتولد عندما يُولّد جناح الطائرة قوة رفع. تتعرض جميع الأجسام للسحب الطفيلي، بغض النظر عما إذا كانت تُولّد قوة رفع أم لا. يشمل السحب الطفيلي جميع أنواع السحب باستثناء السحب الناتج عن الرفع، والسحب الكلي على طائرة أو أي جسم آخر يُولّد قوة رفع هو مجموع السحب الطفيلي والسحب الناتج عن الرفع . ^{[ 5 ]}

ينشأ السحب الناتج عن شكل الجسم. يُعدّ الحجم والشكل العام للجسم أهم عاملين في هذا السحب؛ فالأجسام ذات المقطع العرضي الأكبر تواجه سحبًا أكبر من الأجسام الأقل سُمكًا؛ بينما تتمتع الأجسام الانسيابية بسحب أقل. ويخضع السحب الناتج عن الشكل لمعادلة السحب ، أي أنه يزداد مع مربع السرعة، وبالتالي يصبح أكثر أهمية بالنسبة للطائرات عالية السرعة.

تعتمد مقاومة الشكل على شكل المقطع الطولي للجسم (على طول محوره الطويل). ويُعدّ اختيار شكل الجسم بعناية أمرًا بالغ الأهمية للحصول على معامل مقاومة منخفض . يجب أن تكون خطوط الانسياب متصلة، وينبغي تجنب انفصال الطبقة الحدية وما يصاحبها من دوامات .

يشمل السحب الناتج عن الشكل السحب الناتج عن التداخل، والذي ينتج عن اختلاط تيارات الهواء. على سبيل المثال، عند التقاء الجناح وجسم الطائرة عند جذر الجناح، يندمج تياران هوائيان في تيار واحد. يمكن أن يتسبب هذا الاختلاط في حدوث تيارات دوامية أو اضطرابات أو يعيق انسيابية تدفق الهواء. يكون السحب الناتج عن التداخل أكبر عندما يلتقي سطحان بزوايا متعامدة، ويمكن تقليله باستخدام أغطية انسيابية . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 5 ]}

مقاومة الموجة ، والمعروفة أيضًا باسم مقاومة الموجة فوق الصوتية أو مقاومة الانضغاط، هي أحد مكونات مقاومة الشكل الناتجة عن موجات الصدمة المتولدة عندما تتحرك الطائرة بسرعات فوق صوتية أو انتقالية . ^{[ 1 ] : 25، 492، 573}

مقاومة الشكل هي نوع من مقاومة الضغط، ^{[ 1 ] : 254} وهو مصطلح يشمل أيضًا مقاومة الرفع. ^{[ 1 ] : 65، 319} مقاومة الشكل هي مقاومة ضغط ناتجة عن الانفصال. ^{[ 1 ] : 641-642 [ 2 ] : 256}

ينشأ احتكاك الجلد من احتكاك السائل بسطح الجسم المتحرك خلاله. وينشأ هذا الاحتكاك من التفاعل بين السائل وسطح الجسم، ويرتبط ارتباطًا مباشرًا بالسطح المبلل، أي مساحة سطح الجسم الملامسة للسائل. يلتصق الهواء الملامس للجسم بسطحه، وتميل هذه الطبقة إلى الالتصاق بالطبقة التالية، وهكذا دواليك، مما يؤدي إلى سحب الجسم لكمية من الهواء. تُسمى القوة اللازمة لسحب طبقة الهواء الملتصقة بالجسم باحتكاك الجلد. يُكسب احتكاك الجلد كتلة الهواء زخمًا أثناء مرورها خلاله، ويُطبق هذا الهواء قوة كبح على الجسم. وكما هو الحال مع مكونات الاحتكاك الطفيلي الأخرى، يخضع احتكاك الجلد لمعادلة الاحتكاك ، ويزداد مع مربع السرعة .

ينشأ احتكاك السطح عن مقاومة اللزوجة في الطبقة الحدية المحيطة بالجسم. عادةً ما تكون الطبقة الحدية في مقدمة الجسم انسيابية ورقيقة نسبيًا، لكنها تصبح مضطربة وأكثر سمكًا باتجاه الخلف. يعتمد موضع نقطة الانتقال من التدفق الانسيابي إلى التدفق المضطرب على شكل الجسم. هناك طريقتان لتقليل مقاومة الاحتكاك: الأولى هي تشكيل الجسم المتحرك بحيث يكون التدفق انسيابيًا. أما الطريقة الثانية فهي زيادة طول الجسم المتحرك وتقليل مقطعه العرضي قدر الإمكان. ولتحقيق ذلك، يمكن للمصمم مراعاة نسبة النحافة ، وهي نسبة طول الجسم إلى قطره عند أوسع نقطة (L/D). غالبًا ما تُحافظ هذه النسبة على 6:1 للتدفقات دون سرعة الصوت. تؤدي زيادة الطول إلى زيادة رقم رينولدز (${\displaystyle Re}$). مع${\displaystyle Re}$في مقام معادلة معامل احتكاك الجلد، كلما زادت قيمته (في نطاق التدفق الصفائحي)، انخفض إجمالي مقاومة الاحتكاك. بينما يؤدي انخفاض مساحة المقطع العرضي إلى تقليل قوة السحب المؤثرة على الجسم، نظرًا لانخفاض اضطراب تدفق الهواء.

معامل احتكاك الجلد،${\displaystyle C_{f}}$، يتم تعريفها بواسطة

${\displaystyle C_{f}\equiv {\frac {\tau _{w}}{q}},}$

أين${\displaystyle \tau _{w}}$يمثل إجهاد القص الموضعي على الجدار، وq يمثل الضغط الديناميكي للتيار الحر . ^{[ 8 ]} بالنسبة للطبقات الحدية التي لا يوجد بها تدرج ضغط في الاتجاه x، فإنه يرتبط بسماكة الزخم كما يلي:

${\displaystyle C_{f}=2{\frac {d\theta }{dx}}.}$

للمقارنة، فإن العلاقة التجريبية المضطربة المعروفة باسم قانون القوة السابعة (التي اشتقها ثيودور فون كارمان ) هي:

${\displaystyle C_{f,tur}={\frac {0.074}{Re^{0.2}}},}$

أين${\displaystyle Re}$هو رقم رينولدز. ^{[ 2 ] : الصيغة 4.101}

بالنسبة للتدفق الصفائحي فوق صفيحة، يمكن تحديد معامل الاحتكاك السطحي باستخدام الصيغة: ^{[ 9 ]}

${\displaystyle C_{f,lam}={\frac {1.328}{\sqrt {Re}}}}$

• قناة NACA
• مقاومة الهواء الناتجة عن محرك نفاث
• خط احتكاك الجلد