Was ist Kompressibilitätswiderstand?

Ich meine hier nicht den Wellenwiderstand. Was ist Kompressibilitätswiderstand, der als eine Form von sonstigem Widerstand verstanden wird?

Fragen Sie danach, wann sich die Luft "stapelt", wenn das Flugzeug versucht, sie zu drücken, die Luft "dicker" wird und mehr Luftwiderstand verursacht? Oder fragst du nach etwas anderem?
Diese Beschreibung von Ihnen über eine Luftwiderstandserhöhung durch Luftkompression bringt Licht in die Sache. Das kann es sein. Ich fand den Kompressibilitätswiderstand als Unterkategorie des sonstigen Widerstands und war neugierig, was das war ... da der Wellenwiderstand sowohl in Nullauftriebswiderstand als auch in Widerstand aufgrund des Auftriebs separat klassifiziert wurde; beide Konzepte sind mir klar. Nur der Kompressibilitätswiderstand war zweifelhaft. Könnten Sie näher erläutern, ob es noch etwas Interessantes darüber gibt.
Soweit ich feststellen konnte, ist der Kompressibilitätswiderstand ein Wellenwiderstand. Es macht Sinn, dass es sowohl ein Teil des Nullauftriebswiderstands als auch des induzierten Widerstands ist.
@Orbit, ja, das dachte ich auch. Es stellt sich heraus, dass es separat kategorisiert wird und daher etwas anderes bedeutet. Ich habe das Gefühl, dass Ron Beyer recht hat, würde mich aber freuen, wenn das jemand bestätigen könnte.
Es gibt zwei Fälle von Luftwiderstand und beide werden im Begriff Wellenwiderstand gebündelt. Einer ist die Erzeugung von Auftrieb ohne Vorderkantenschub (normale Kraft auf die Struktur, die aufgrund des Anstellwinkels leicht nach hinten zeigt) und Widerstand von der Dickenänderung entlang des Strömungspfads, wodurch ein Überdruck auf nach vorne zeigenden Oberflächen und ein Sog auf nach hinten zeigenden Oberflächen verursacht wird.

Antworten (3)

Machen wir ein Gedankenexperiment :

Stellen Sie sich Luft, die um einen Körper strömt, so vor, als würde sie in einem Stapel flexibler Röhren strömen. Die Wände der Röhren sind undurchdringlich, winzig dünn und folgen getreu den örtlichen Stromlinien. Wenn sich der Körper mit Unterschallgeschwindigkeit nähert, macht die Luft in den Rohren in der Nähe dieses Körpers Platz für ihn, indem sie schneller wird: Dies verringert den erforderlichen Querschnitt und senkt den statischen Druck, sodass der Gesamtdruck konstant bleibt. Auf der Rückseite des Körpers verlangsamt sich die Luft wieder und die Schläuche erhalten ihren alten Querschnitt und statischen Druck zurück. Bernoulli in Aktion.

Wenn sich die Geschwindigkeit jedoch der Schallgeschwindigkeit annähert, geht mit der Beschleunigung ein Dichteabfall einher. Trotzdem wird die Luft in Körpernähe beschleunigt, aber das wird den Querschnitt nicht mehr so ​​stark verändern wie vorher, weil diese Geschwindigkeitserhöhung jetzt mit einem Dichteverlust gekoppelt ist. Der Querschnitt sinkt immer noch, aber nicht mehr so ​​stark wie zuvor. Mehr Schläuche müssen sich vom Körper wegbiegen und brauchen die Luft in ihnen, um schneller zu werden, damit der Körper sich durchquetschen kann. Allgemeiner: Eine Änderung der Körperdicke (genauer: die zweite Ableitung seines Querschnitts nach Strömungsrichtung) wirkt auf mehr Rohre, sodass seine Wirkung nicht so schnell abklingt wie in Unterschallgeschwindigkeit, wenn Sie sich vom Körper entfernen orthogonal zur Strömungsrichtung.

Bei Schallgeschwindigkeit wird die Querschnittsverringerung aufgrund von Geschwindigkeitsänderungen genau durch den Dichteabfall ausgeglichen, sodass dieselbe Luftmasse mehr Volumen benötigt und den gesamten Gewinn aus erhöhter Geschwindigkeit auffrisst. Jetzt gibt es eine Luftwand, die dem herannahenden Körper nicht nachgeben kann. Das ist die Schallmauer. In Wirklichkeit erreicht die Geschwindigkeit um diesen Körper nicht in allen Röhren an derselben Station die Schallgeschwindigkeit, so dass es leichte Unter- und Überschallabschnitte gibt, die es ihm ermöglichen, sich durchzuquetschen. Dennoch ist der Luftwiderstand stark erhöht und hängt stark von Details in der Körperkontur ab.

Bei Überschallgeschwindigkeit ändert sich die Dichte stärker als die Geschwindigkeit. Um ihren Querschnitt zu verringern, wird die Luft in den Rohren langsamer, um Platz für den Körper zu machen. Da es keine Vorwarnung vor dem sich nähernden Körper hat, tut es dies in einem Schock . Als Folge davon kann nun der Querschnitt des Stromrohrs verringert werden, da die Dichte in dieser langsameren Luft hinter dem Stoß zunimmt. Der statische Druck steigt ebenfalls an, sodass der Gesamtdruck wieder konstant bleiben kann. Der Luftwiderstandsbeiwert sinkt mit weiter steigender Machzahl, weil die Dichteänderung dominant wird, wodurch sich der Körper leichter durch die Luft zwängen kann.

Dieses Gedankenexperiment wurde 1951 Forschern der NACA Langley von Adolf Busemann erklärt . Eine Person im Publikum, ein junger Bursche namens Richard Whitcomb , nutzte die gewonnenen Erkenntnisse, um einige Wochen später die Gebietsregel zu formulieren.

Würden Sie diese Wellen- oder Kompressibilitätswiderstand nennen?
@Daniel: Der Wellenwiderstand lässt nicht nach, wenn die Geschwindigkeit über Mach 1 steigt, was durch die lokale Neigung der Struktur verursacht wird. Der hier beschriebene Luftwiderstand ist proportional zur zweiten Ableitung des Querschnitts über der Strömungsrichtung und erreicht seinen Höhepunkt bei Mach 1. Aber die Grenzen sind verschwommen, gebe ich zu. Es kommt darauf an, wie Sie den Wellenwiderstand genau definieren und welcher Anteil des Gesamtwiderstands dann als Wellenwiderstand bezeichnet wird.
Ja, genau. Einige Leute könnten sagen, dass dies sowohl Wellen- als auch Kompressibilitätswiderstand genannt wird. Aber wie ich in meiner Antwort gezeigt habe, könnten einige sagen, dass dies nur Wellenwiderstand ist und der Kompressibilitätswiderstand etwas anderes ist.
@PeterKämpf: Wellenwiderstand kann überall dort auftreten, wo ein Schock entsteht. Es muss nicht dort sein, wo eine lokale Neigung auftritt. Es könnte sich auf der glatten Oberfläche eines Tragflügels befinden, wo die Beschleunigung so hoch ist, dass Mach 1 erreicht wird, was einen Schock verursacht. Die ungünstigen Druckgradienten und die Strömungsablösung, die daraus resultieren kann, ist ein Wellenwiderstand. Die Flächenregel soll angeblich den Wellenwiderstand senken (so wie ich es gelernt habe, aber wie es das tut, ist mir nicht ganz klar). Ihre Erklärung beleuchtet dies und impliziert, dass die Flächenregel den Kompressibilitätswiderstand und nicht den Wellenwiderstand verringert. Ist es das was du meinst? Ich bedanke mich für ihre Rückmeldung.
@Guha.Gubin: Nein. Die Stöße in der Unterschallströmung verursachen hauptsächlich Druckwiderstand durch Trennung. Dies ist definitiv kein Wellenwiderstand, da hier ein Kompressionsstoß (indirekt) zu einem Sog führt. Wellenwiderstand ist auch Druckwiderstand, aber verursacht durch Überdruck auf nach vorne gerichtete bzw. Sog an nach hinten gerichteten Flächen durch Kompressionsstöße bzw. Expansionsventilatoren in Überschallströmung. Und ja, die Flächenregel dient zur Verringerung des Kompressibilitätswiderstands.
Können Sie erklären, warum der Dichteabfall dazu führt, dass sich der Querschnitt nicht mehr so ​​stark verändert wie vorher? Weil es für mich kontraintuitiv klingt (geringere Dichte -> geringere "Menge" an Luft, damit es für einen Körper einfacher ist, hindurch zu kommen).
@Konrad Die Luftmenge, die pro Zeiteinheit durch das Streamtube strömt, ändert sich nicht, nimmt aber aufgrund der geringeren Dichte bei höherer Mach ein größeres Volumen ein.
Eine weitere Frage, warum geht mit der Beschleunigung ein Abfall der Luftdichte einher, wenn sich die Luft der Schallgeschwindigkeit nähert?
@Konrad Das lässt sich mit dem idealen Gasgesetz und dem Impulserhaltungssatz zeigen, aber nicht in einem Kommentar.
Ich habe eine neue Frage hinzugefügt :) Aviation.stackexchange.com/questions/94617/…
@Konrad Ich habe eine neue Frage beantwortet :)
Tbh ich kann es immer noch nicht verstehen, bitte helft mir. Ich verstehe, dass beim Schließen der LSS-Beschleunigung ein Rückgang der Dichte einhergeht, der Querschnitt der Stromrohre nicht so stark abnimmt wie zuvor usw.; das ist klar. Aber was passiert bei Mach 1, ich meine, was passiert mit dem Querschnitt von Streamtubes: Ist er reduziert oder nicht, und wenn nicht, wie kann der Körper hindurchtreten? Der Satz „Abnahme der Dichte frisst alle Gewinne aus zunehmender Geschwindigkeit auf“ ist mir nicht klar.
@Konrad Wenn Mach = γ streamtubes werden sich bei Druck-/Geschwindigkeits-/Dichteänderungen weder ausdehnen noch zusammenziehen. Deshalb sprach man von einer Schallmauer. Dass sich Flugzeuge immer noch durchquetschen können, liegt daran, dass die Geschwindigkeit um sie herum nicht überall gleich ist - einige Luft ist schneller und wird langsamer, um Platz zu machen, andere sind langsamer und beschleunigen sich. In allen Fällen sind die Querschnittsänderungen gering und viele Stromrohre sind betroffen - daher das Widerstandsmaximum nahe Mach 1,2.

Der Kompressibilitätswiderstand ist eine Art parasitärer Luftwiderstand, der durch die Kompression von Luft vor einem mit hoher Geschwindigkeit fliegenden Flugzeug verursacht wird. Ein Flugzeug, das nicht für Überschallflüge ausgelegt ist, wird dies erfahren, wenn es sich Mach 1 nähert. Die Auswirkungen sind spürbar, sobald das Flugzeug eine Machzahl von 0,6 bis 0,7 erreicht und der Luftwiderstandsbeiwert um 0,005 ansteigt. Bei der Konstruktion von Unterschallflugzeugen wird dies auch als Grenze des normalen wirtschaftlichen Betriebs des Flugzeugs angesehen.

Dies klingt jedoch nach Wellenwiderstand.
So wie ich es verstehe, ist Wellenwiderstand kein Kompressibilitätswiderstand, sondern eine Komponente des Widerstands, die sich aufgrund des Kompressibilitätswiderstands darstellt.

Leider ist die Definition dieser beiden Begriffe in der Literatur nicht einheitlich. Oft werden sie beide verwendet, um denselben Effekt zu beschreiben: die Erhöhung des Luftwiderstands aufgrund des Vorhandenseins von Stoßwellen.

Manchmal wird jedoch zwischen den Begriffen unterschieden, je nachdem, wie der Gesamtwiderstand zerlegt wird. Sie werden möglicherweise feststellen, dass der Kompressibilitätswiderstand verwendet wird, um die Erhöhung des Luftwiderstands aufgrund einer Erhöhung der Machzahl bei konstantem Auftrieb zu beschreiben (also eine Zusammensetzung aus Nullauftrieb, auftriebsabhängigem und Kompressibilitätswiderstand), während der Wellenwiderstand für den Widerstand verwendet wird, der wird "physikalisch" durch das Vorhandensein von Stoßwellen verursacht.

In diesem Fall können die Werte abweichen. Nehmen Sie zum Beispiel einen bestimmten Flugzustand bei transsonischer Geschwindigkeit und erhöhen Sie Ihren Anstellwinkel, während Sie Ihre Machzahl konstant halten. Der Kompressibilitätswiderstand (gemäß dieser Definition) bleibt dann konstant, während der Wellenwiderstand zunimmt. Schauen Sie sich das folgende Dokument an, um weitere Erläuterungen zu erhalten: http://mail.tku.edu.tw/095980/drag.pdf

Was ist Kompressibilitätswiderstand?
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