FORȚA PORTANTÃ PE UN PROFIL AERODINAMIC

Echipa: Baciu Alexandru Badea Elena

Baltac Aurel

Grupa: 2205, A

UNIVERSITATEA POLITEHNICA BUCUREȘTIFACULTATEA DE ENERGETICĂ

Descrierea fenomenului

• Aerodinamica este o ramură a mecanicii fluidelor care studiază efectele provocate de mișcarea relativă dintre fluidele compresibile (mai ales aer dar și alte gaze ) și solide (exemple: curgerea gazelor prin conducte, efectele vântului asupra clădirilor etc.) și mai ales efectele provocate de mișcarea corpurilor (de exemplu avioane) în aer.

Forţele care acţionează asupra unui avion în zbor

• Ca toate celelalte lucruri, un avion are greutate, datorită forței de gravitație care acţionează prin centrul avionului în direcţie verticală spre centrul pământului. Cât timp avionul se află la sol greutatea este echilibrată de forţa de reacţie a solului asupra avionului, care acţionează ascendent prin roţi, iar cât timp se află în zbor orizontal ( liniar), greutatea avionului este echilibrată de forţa de ridicare (forța portantă).

• Portanţa este o forţă aerodinamică datorată "trecerii" unui obiect printr-un fluid. Ea acţionează asupra centrului de presiune şi este definită ca fiind perpendiculară pe direcţia de curgere a fluidului. 

Modul în care greutatea este echilibrată de forţa de reacţie a solului asupra avionului și

de forţa de ridicare

• Rezistenţa la înaintare (la mişcare) este forţa aerodinamică care se opune oricărui corp ce se deplasează într-un fluid. Mărimea acestei forţe este influenţată de mai mulţi factori: forma aeronavei, densitatea şi compoziţia aerului, viteza. Direcţia acestei forţe este întotdeauna opusă direcţiei de zbor şi putem considera că ea "se concentrează" într-un singur punct numit centru de presiune.

•  În zborul rectiliniu si orizontal, rezistența la înaintare este echilibrată de tracțiune (împingere).

Distribuţia presiunii şi curentul de aer din jurul unui profil aerodinamic

• Un profil aerodinamic este o suprafaţă proiectată pentru a ajuta ridicarea,controlul si propulsia unui avion folosind curentul de aer.

• Cel mai cunoscut profil aerodinamic este aripa.• Cea mai importantă parte a unui avion este suprafata

portanta. Curentul de aer de pe suprafetele portante principale (aripile) generează forţa portanta care permite avionului să zboare.

Curentul de aer din jurul unui profil aerodinamic

• Comportamentul curentului de aer din imediata apropiere a profilului aerodinamic este foarte important, şi acest strat de aer se numeşte strat limita.

• De la un punct, pe suprafaţa aripii, curentul de aer din interiorul stratului limita laminar devine turbulent şi stratul se îngroaşă semnificativ. Acesta este cunoscut ca punctul de tranziţie.

• Punctul în care stratul limita se separă de zona profilului aerodinamic, determinând curentul de aer să se separe şi să devină turbulent,este cunoscut ca punct de separaţie.

Ecuațiile mișcării în stratul limită

Principiul lui Bernoulli

• Un fluid în mişcare constantă are energie:de presiune staticăde presiune dinamică (energie cinetică datorată mişcării).• Aerul este un fluid, şi dacă îl presupunem

ca fiind incompresibil, se comportă ca un  fluid “ideal”.

• Energia de mişcare se numeşte energie cinetică

• Energia cinetică a unei porţiuni de aer în mişcare relativa fata de un obiect îi permite să exercite o forţă asupra obiectului.

• Din moment ce presiunea dinamică este egală cu acum ne putem scrie ecuaţia:

 Presiune statică + presiune dinamică = presiune totală constantă  P + (1/2 x ρ x V² ) = PT• Termenul este una din cele mai importante din aerodinamică.• Trebuie să existe presiune dinamică pentru

ca un profil aerodinamic să producă forța portantă!

Formele suprafeţelor portante

• Majoritatea avioanelor nu au forme de farfurii plate pentru aripi. O farfurie plată nu este o suprafaţă portantă ideală.

• Un profil aerodinamic curbat nu numai că generează mai multă portanta şi mai puţină rezistenta la inaintare în comparaţie cu o farfurie plată, este şi mai uşor de construit în termeni de forţă structurală.

• Deşi majoritatea profilelor aerodinamice de viteză redusă sunt asemănătoare ca formă, fiecare secţinue (secţiune transversală) este proiectată să ofere anumite caracteristici aerodinamice specifice.

• Grosimea unui profil aerodinamic este cea mai mare distanţă dintre: zonele superioare(extradosul)

inferioare(intradosul) aripii. • O aripă groasă cu un extrados bine curbat este ideal

pentru producerea unei forte portante mari la viteze reduse.

Unghiul de atac• Linia de curbură medie(coarda medie) este linia trasată

la jumătatea distanteiîntre zona superioară(extrados) şi cea inferioară(intrados) a unui profil de aripa.

• Linia de coardă este linia dreaptă care uneşte capetele liniei de curbură medii. Lungimea acesteia se numeşte coardă.

• Unghiul de atac este unghiul dintre linia de coardă a unei suprafeţe portante şi curentul de aer relativ îndepărtat

Influenta unghiului de atac în distribuirea presiunii

• Fie CP- coeficient de portanta,definit ca fiind “capacitatea de ridicare” a aripii la un anumit unghi de atac.

• Deci, Portanta (P) va fi definita ca: Portanta(p) = CP½ ρV2S

• La 0 ° unghi de atac, suprafaţa portantă creează aceeaşi forta portanta şi are un CP pozitiv.

• La aproximativ – 4 ° unghi de atac portanta este zero şi CP= 0. Avionul este rar pilotat la unghiul de atac cu portanta zero, care are loc într-o urcare verticală  sau picaj vertical.

• Pe măsură ce unghiul de atac creşte CP creşte proporţional până pe la 12 ° sau13°.