Was ist die optimale Stromlinienform?

Wir alle kennen die typische Stromlinienform, die wie eine Träne aussieht. Aber was ist die optimale Form (für Geschwindigkeiten von 0 bis 200 km / h)?

Ist die Front eine Halbkugel oder ist sie eiförmig? Wie bilden sich die Seiten und das Ende? Kann es in einer Formel oder in einer Bezierkurve beschrieben werden? Was ist der Luftwiderstandsbeiwert im Vergleich zu Standardtropfen? Bild mit Erklärungen, wie die Form gebaut werden muss, um den Luftwiderstand zu minimieren, sind perfekt.

Und nein, ich akzeptiere keine flachen Teller und einen perfekt laminaren Luftstrom :). Die Form muss um ein Rohr mit dem Durchmesser R gebaut werden und darf nicht länger als 10R sein.

Es steckt viel mehr dahinter als nur eine minimale Widerstandsform. Bei 200 km / h soll es auch aerodynamisch stabil sein. Wenn das Rohr die Verkleidung trägt und Sie die Belastung des Rohrs begrenzen möchten, muss sich das Rohr vor dem Widerstandsmittelpunkt der Verkleidung befinden.

Die Form hängt von der Temperatur, der Höhe, der Luftfeuchtigkeit, der Rohrgröße, den Turbulenzen und anderen ungleichmäßigen Merkmalen im Freistrom und der Fertigungsfähigkeit ab. Das Erreichen von 95% des Ideals ist beispielsweise für ein 6-Zoll-Rohr ziemlich einfach. Das Erreichen der letzten 5% kann schwierig sein, da sehr steife und starke Materialien und sehr hohe Toleranzen wie +/- 0,0005 Zoll insgesamt und keine Welligkeit erforderlich sind entlang der Schnur.

Hier sind einige gebräuchliche. Grundstücke sind für Reynolds Zahlen von 500.000 und 1.000.000. Sie können nach Bedarf anpassen.

Eppler 862

Eppler 863

Eppler 864

Die allgemeine Faustregel für laminare Strömung lautet, dass der Schwanz ungefähr viermal so lang sein muss wie die Nase, da es schwieriger ist, eine Strömung zu verlangsamen, als sie zu beschleunigen. Ebenso möchten Sie geometrische Diskontinuitäten vermeiden. Eine sinnvolle Möglichkeit besteht darin, sie als Kreisbögen zu behandeln, die tangential zueinander verlaufen.

Der graue Würfel ist 1x1 mit den Hauptachsen ausgerichtet, um ein Gefühl der Orientierung zu vermitteln.

Natürlich gibt es ein paar Einschränkungen:

Zunächst kommt es auf die Skalierung des Flüssigkeitsstroms an und Sie gelangen zu einem Punkt, an dem der Beginn von Turbulenzen bei einer bestimmten Skalierung und Geschwindigkeit unvermeidlich ist, was auch immer Sie tun.

Gleichermaßen: Wenn Sie über Optimierung sprechen, impliziert dies per Definition, dass Sie eine sinnvolle Balance zwischen widersprüchlichen Anforderungen suchen. Die Reduzierung des Luftwiderstands ist nur eine Voraussetzung. In der Realität und sogar in der Fluiddynamik hat der betrachtete Körper einen Zweck.

Zum Beispiel: Flugzeuge müssen Auftrieb, Schub, Kontrolle und eine gewisse Nutzlast erzeugen, sodass in der Praxis ein Großteil der Aerodynamik den Luftwiderstand und die Turbulenzen beherrscht, anstatt zu versuchen, ihn vollständig zu beseitigen.

Die optimale Form eines stromlinienförmigen Flügels, Bootes oder Windmühlenblatts ist ein Gleichgewicht zwischen mehreren Faktoren:

• Die Geschwindigkeit, also der variable Flügelwinkel, ist sowohl bei Deltaflügeln als auch bei Winkelflügeln am Rumpf angebracht.
• Dichte und Viskosität des Fluids: Zum Beispiel erfordern unterschiedliche Flughöhen unterschiedliche Formen und Konfigurationen.

• Die Nützlichkeit des Tragflügels oder Ruders oder Bootes, wie viel Volumen sollte es halten, wie breit sollte es sein? Wenn Sie einen stromlinienförmigen Bus wünschen, könnte er für die Straße zu lang sein!

• Die Herstellungskosten: Präzision und Effizienz sind teuer.

• Die Ausbildung des Piloten oder Bedieners: Kampfpiloten können eine hauchdünne Flügelspitze mit minimalem dynamischen Gleichgewicht und geringem Autoritätsumfang zum Vorteil der Beweglichkeit und Geschwindigkeit des Kunstflugs handhaben. Kommerzielle Flugzeuge verfügen über eine Flügelspitze mit Stiernase, um eine größere Vielseitigkeit und einen besseren Auftrieb in Stallnähe zu gewährleisten.

Grundsätzlich ist die Tropfenform in den meisten Fällen praktisch, aber mit zunehmender Geschwindigkeit nähert sich die Form der einer dünnen Klinge mit scharfer Spitze, um sich wie ein Messer zu schneiden.