Лабавое супраціўленне

Лабавое (аэрадынамічнае) супраціўленне — складнік аэрадынамічнай сілы R, з якой газ (паветра) дзейнічае на цела, якое рухаецца ў ім. Узнікае з прычыны беззваротнага пераходу кінетычнай энергіі цела ў кінетычную энергію часціц газу ў следзе за целам і ў цеплавую энергію. Лабавое супраціўленне — адна з найважнейшых аэрадынамічных характарыстык лятальнага апарата, якія вызначаюць яго палётна-тэхнічныя даныя, у прыватнасці, патрэбную цягу рухальнай устаноўкі. Яно залежыць ад формы і памераў цела, яго арыентацыі да кірунку руху (або да скорасці набягаючага патоку), ад скорасці руху, а таксама ад уласцівасцей і стану асяроддзя, у якім рухаецца цела.

Калі цела мае плоскасць сіметрыі, напрыклад, самалёт, і рухаецца паралельна ёй, то аэрадынамічная сіла раскладаецца на пад'ёмную сілу Y, перпендыкулярную скорасці цэнтра інерцыі цела, і лабавое супраціўленне Х, паралельнае ёй.

Паходжанне Y высвятліў М. Я. Жукоўскі, які распрацаваў метады тэарэтычнага яе вылічэння. Лабавое супраціўленне дзеліцца на:

• індуктыўнае — абумоўлена скосам патоку, які выклікаецца рухам цела. 
• профільнае —  складаецца з супраціўлення трэння і супраціўлення ціску (супраціўленне ціску не роўнае нулю ў выпадку адрыву ад цела памежнага слою паветра). Суадносінай гэтых складнікаў лабавога супраціўлення за кошт зрушэння становішча пунктаў (паверхняў) адрыву можна кіраваць. Пры пэўных умовах такім чынам удаецца значна паменшыць агульнае супраціўленне руху. Менавіта такім чынам забяспечваецца памяншэнне супраціўлення мяча для гольфа.
• хвалевае — узнікае пры калягукавых і звышгукавых скарасцях і абумоўлена ўтварэннем ударных хваль. Для памяншэння хвалевага супраціўлення памяншаюць стрэлападобнасць крыла.

Траекторыі трох аб'ектаў (вугал запуску — 70 °, Distance — адлегласць, Height — вышыня). Чорны аб'ект не адчувае ніякага супраціўлення і рухаецца па парабале, на блакітны аб'ект дзейнічае сіла, велічыня якой вызначаецца згодна з законам Стокса, на зялёны аб'ект дзейнічае сіла, вызначаная законам вязкасці Ньютана

Супраціўленне пры нулявой пад'ёмнай сіле

Гэты складнік супраціўлення не залежыць ад велічыні стваранай пад'ёмнай сілы і складаецца з профільнага супраціўлення крыла, супраціўлення элементаў канструкцыі самалёта, якія не даюць ўкладу ў пад'ёмную сілу, і хвалевага супраціўлення. Апошняе з'яўляецца істотным пры руху на каля- ці звышгукавой скорасці і выклікана ўтварэннем ударнай хвалі, якая забірае істотную частку энергіі руху. Хвалевае супраціўленне ўзнікае пры дасягненні самалётам скорасці, якая адпавядае крытычнаму ліку Маха, калі частка патоку, які атачае крыло самалёта, набывае звышгукавую скорасць. Крытычны лік М тым большы, чым большы вугал стрэлападобнасці крыла, чым больш завостраны пярэдні край крыла і чым яно танчэй. Сіла супраціўлення накіравана супраць скорасці руху, яе велічыня прапарцыянальная характэрнай плошчы S, шчыльнасці асяроддзя ρ і квадрату скорасці V:

$X_{0}=C_{x0}{\frac {\rho V^{2}}{2}}S$

$C_{x0}$ — безразмерны аэрадынамічны каэфіцыент супраціўлення. Атрымліваецца з крытэрыяў падобнасці, напрыклад, лікаў Рейнальдса і Фруда ў аэрадынаміцы.

Вызначэнне характэрнай плошчы залежыць ад формы цела:

• у найпрасцейшым выпадку (шар) — плошча папярочнага сячэння; 
• для крылаў і апярэння — плошча крыла / апярэння ў плане; 
• для прапелераў і апорных (пад'ёмных) вінтоў верталётаў — або плошча лопасцей, або абмятаемая плошча вінта; 
• для даўгаватых цел кручэння, арыентаваных уздоўж патоку (фюзеляж, абалонка дырыжабля) — прыведзеная волюметрычная плошча, роўная V^2/3, дзе V — аб'ём цела. 
• Магутнасць, неабходная для пераадолення дадзенага складніка сілы лабавога супраціўлення, прапарцыянальная кубу скорасці.

Індуктыўнае супраціўленне

Індуктыўнае супраціўленне (англ. Lift-induced drag) — гэта вынік утварэння пад'ёмнай сілы на крыле канечнага размаху. Несіметрычнае абцяканне крыла прыводзіць да таго, што струмень паветра збягае з крыла пад вуглом да набягаючага на крыло патоку (т. зв. скос патоку). Такім чынам, пры руху крыла адбываецца пастаяннае паскарэнне масы набягаючым паветрам ў кірунку, перпендыкулярным кірунку палёту, і накіраваным ўніз. Гэтае паскарэнне, па-першае, суправаджаецца стварэннем пад'ёмнай сілы, а па-другое — прыводзіць да надання кінетычнай энергіі патоку, які паскараецца. Колькасць кінетычнай энергіі, якая неабходная для надання патоку скорасці, перпендыкулярнай напрамку палёту, і вызначае велічыню індуктыўнага супраціўлення. На велічыню індуктыўнага супраціўлення ўплывае не толькі велічыня пад'ёмнай сілы, але і яе размеркаванне па размаху крыла. Мінімальнае значэнне індуктыўнага супраціўлення дасягаецца пры эліптычным размеркаванні пад'ёмнай сілы па размаху. Пры праектаванні крыла гэтага дасягаюць наступнымі метадамі:

• выбарам рацыянальнай формы крыла ў плане;
• прымяненнем геаметрычнай і аэрадынамічнай круткі; 
• устаноўкай дапаможных паверхняў — вертыкальных заканцовак крыла.

Індуктыўнае супраціўленне прапарцыянальнае квадрату пад'ёмнай сілы Y, і адваротна прапарцыяльнае плошчы крыла S, яго падаўжэнню λ, шчыльнасці асяроддзя ρ і квадрату скорасці V:

$X_{i}=C_{xi}{\frac {\rho V^{2}}{2}}S={\frac {C_{y}^{2}}{\pi \lambda }}{\frac {\rho V^{2}}{2}}S={\frac {1}{\pi \lambda }}{\frac {Y^{2}}{{\frac {\rho V^{2}}{2}}S}}$

Такім чынам, індуктыўнае супраціўленне ўносіць істотны ўклад пры палёце на малой скорасці (і, як вынік, на вялікіх вуглах атакі). Ён таксама павялічваецца пры павелічэнні вагі самалёта.

Агульнае супраціўленне

Агульнае супраціўленне — гэта сума усіх відаў сіл супраціўлення:

$X=X_{0}+X_{i}$

Паколькі супраціўленне пры нулявой пад'ёмнай сіле X₀ прапарцыянальнае квадрату скорасці, а індуктыўнае X_i — адваротна прапарцыянальнае квадрату скорасці, то яны ўносяць розны ўклад пры розных скорасцях. З ростам скорасці X₀ расце, а X_i — падае, і графік залежнасці сумарнага супраціўлення X ад скорасці («крывая патрэбнай цягі») мае мінімум у пункце перасячэння крывых X₀ і X_i, пры якой абедзве сілы супраціўлення роўныя па велічыні. Пры гэтай скорасці самалёт мае найменшае супраціўленне пры зададзенай пад'ёмнай сіле, а значыць найвышэйшую аэрадынамічную якасць.

Патрэбная магутнасць, неабходная для пераадолення сілы паразітнага супраціўлення, прапарцыянальная кубу скорасці, а магутнасць, неабходная для пераадолення індуктыўнага супраціўлення, адваротна прапарцыянальная скорасці, таму сумарная магутнасць таксама залежыць ад скорасці нелінейна. Пры некаторай скорасці патрэбная магутнасць (а такім чынам і расход паліва) становіцца мінімальнай — гэта скорасць найбольшай працягласці палёту (баражыравання) або эканамічная скорасць. Скорасць, пры якой дасягаецца мінімум адносіны патрэбнай магутнасці (расходу паліва) да скорасці палёту, з'яўляецца скорасцю максімальнай далёкасці палёту або крэйсерскай скорасцю.

Літаратура

• Українська радянська енциклопедія : у 12 томах / за ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К. : Головна редакція УРЕ, 1974-1985.

• (недаступная спасылка) Вакуленко М. О. Тлумачний словник із фізики : [6644 статті / М. О. Вакуленко, О. В. Вакуленко. — К. : Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2008. — 767 с.