¿Qué es el arrastre de compresibilidad?

No me refiero al arrastre de las olas aquí. ¿Qué es el arrastre de compresibilidad, que se entiende como una forma de arrastre misceláneo?

¿Está preguntando cuándo el aire "se acumula" cuando el avión intenta empujarlo, el aire se vuelve "más espeso" y causa más resistencia? ¿O estás preguntando por otra cosa?
Esta descripción suya sobre un aumento de la resistencia debido a la compresión del aire aclara el asunto. Puede que sea eso. Encontré el arrastre de compresibilidad como una subcategoría de arrastre misceláneo y tenía curiosidad por saber qué era... ya que el arrastre de onda se clasificó por separado en arrastre de sustentación cero así como en arrastre debido a sustentación; Ambos conceptos me quedan claros. Solo el arrastre de compresibilidad era una duda. ¿Podría explicar más si hay algo más interesante al respecto?
Por lo que pude encontrar, el arrastre de compresibilidad es arrastre de onda. Tiene sentido que sea parte tanto del arrastre de elevación cero como del arrastre inducido.
@Orbit, sí, eso es lo que pensé también. Resulta que se clasifica por separado y, por lo tanto, significa otra cosa. Tengo la sensación de que Ron Beyer tiene razón, pero agradecería que alguien pudiera confirmarlo.
Hay dos casos de arrastre y ambos se agrupan en el término arrastre de onda. Uno es de la creación de elevación sin empuje del borde de ataque (fuerza normal en la estructura que apunta ligeramente hacia atrás debido al ángulo de ataque) y arrastre del cambio de espesor a lo largo de la trayectoria del flujo, lo que provoca una sobrepresión en las superficies que apuntan hacia adelante y succión en las superficies que apuntan hacia atrás.

Respuestas (3)

Hagamos un Gedankenexperiment :

Piense en el aire que fluye alrededor de un cuerpo como si fluyera dentro de una pila de tubos flexibles. Las paredes de los tubos son impenetrables, infinitesimalmente delgadas y siguen fielmente las líneas de corriente locales. Cuando el cuerpo se acerca a una velocidad subsónica, el aire en los tubos cerca de ese cuerpo le abre paso acelerando: esto reduce la sección transversal necesaria y disminuye la presión estática, por lo que la presión total se mantendrá constante. En la parte posterior del cuerpo, el aire se ralentiza nuevamente y los tubos recuperan su antigua sección transversal y presión estática. Bernoulli en acción.

Sin embargo, cuando la velocidad se acerca a la velocidad del sonido, a la aceleración se suma una caída en la densidad. Aún así, el aire cerca del cuerpo se acelera, pero eso no cambiará la sección transversal tanto como antes, porque ahora este aumento de velocidad va acompañado de una pérdida de densidad. La sección transversal sigue cayendo, pero no tanto como antes. Más tubos tienen que doblarse lejos del cuerpo y necesitan que el aire en ellos se acelere para que el cuerpo pueda pasar. Más general: un cambio en el grosor del cuerpo (más precisamente: la segunda derivación de su sección transversal según la dirección del flujo) funcionará en más tubos, por lo que sus efectos no se extinguen tan rápido como en la velocidad subsónica a medida que se aleja del cuerpo. ortogonalmente a la dirección del flujo.

A la velocidad del sonido, la disminución de la sección transversal debido a los cambios de velocidad se equilibra exactamente con la caída de la densidad, por lo que la misma masa de aire necesita más volumen y consume toda la ganancia del aumento de la velocidad. Ahora hay una pared de aire que no puede ceder frente al cuerpo que se aproxima. Esa es la barrera del sonido. En realidad, la velocidad alrededor de ese cuerpo no alcanza la velocidad del sonido en la misma estación en todos los tubos, por lo que hay secciones levemente subsónicas y supersónicas que le permitirán pasar. Aún así, la resistencia aumenta mucho y depende en gran medida de los detalles en el contorno del cuerpo.

A velocidad supersónica, la densidad cambia más que la velocidad, por lo que para reducir su sección transversal, el aire en los tubos se ralentizará para dejar paso al cuerpo. Dado que no tiene una advertencia previa del cuerpo que se aproxima, lo hace en estado de shock . Como consecuencia, la sección transversal del tubo de la corriente ahora se puede reducir porque la densidad aumenta en ese aire más lento que pasa por el choque. La presión estática también aumenta, por lo que la presión total puede permanecer constante nuevamente. El coeficiente de arrastre cae al aumentar aún más el número de Mach porque el cambio de densidad se vuelve dominante, lo que permite que el cuerpo se escurra por el aire con mayor facilidad.

Este experimento mental fue explicado en 1951 a los investigadores de NACA Langley por Adolf Busemann . Una persona en la audiencia, un joven llamado Richard Whitcomb , usó la información que obtuvo para formular la regla del área unas semanas más tarde.

Entonces, ¿llamarías a esto arrastre de onda o de compresibilidad?
@Daniel: La resistencia de las olas no disminuye a medida que la velocidad aumenta por encima de Mach 1, debido a la inclinación local de la estructura. El arrastre descrito aquí es proporcional a la segunda derivada de la sección transversal sobre la dirección del flujo, y alcanza un máximo de alrededor de Mach 1. Pero los límites son borrosos, lo admito. Todo se reduce a cómo se define con precisión el arrastre de onda y qué fracción del arrastre total se llama arrastre de onda.
Sí claro. Algunas personas podrían decir que esto se llama tanto arrastre de onda como de compresibilidad. Pero como mostré en mi respuesta, algunos podrían decir que esto es solo arrastre de onda, y el arrastre de compresibilidad es algo diferente.
@PeterKämpf: El arrastre de onda podría ocurrir en cualquier lugar donde se produzca un choque. No es necesario que esté donde se produce una inclinación local. Podría estar en la superficie lisa de un perfil aerodinámico, donde la aceleración es tan alta que se alcanza Mach 1, lo que provoca un impacto. Los gradientes de presión adversos y la separación del flujo que puede resultar es la resistencia de las olas. La regla del área supuestamente reduce la resistencia de las olas (como lo he aprendido; sin embargo, no me queda muy claro cómo lo hace). Su explicación arroja luz sobre esto e implica que la regla del área reduce el arrastre de compresibilidad y no el arrastre de onda. ¿Es esto lo que quieres decir? Agradecemos sus comentarios.
@Guha.Gubin: No. Los choques en el flujo subsónico causan principalmente arrastre de presión por separación. Esto definitivamente no es arrastre de onda, porque aquí un choque de compresión resulta (indirectamente) en succión. El arrastre de onda también es arrastre de presión, pero causado por una sobrepresión en el rsp que mira hacia adelante. succión en las superficies orientadas hacia atrás debido a los golpes de compresión rsp. Ventiladores de expansión en flujo supersónico. Y sí, la regla del área es para reducir el arrastre de compresibilidad.
¿Podría explicar por qué la caída de la densidad hace que la sección transversal no cambie tanto como antes? Porque para mí suena contradictorio (menor densidad -> menor "cantidad" de aire, por lo que es más fácil para un cuerpo atravesarlo).
@Konrad La cantidad de aire que pasa a través del tubo de corriente por unidad de tiempo no cambia, pero debido a la menor densidad, ocupa un volumen mayor a Mach más alto.
Una pregunta más, ¿por qué la aceleración se une a una caída en la densidad del aire cuando el aire se acerca a la velocidad del sonido?
@Konrad Eso se puede demostrar con la ley de los gases ideales y la ley de conservación del impulso, pero no en un comentario.
Agregué una nueva pregunta :) Aviation.stackexchange.com/questions/94617/…
@Konrad respondí una nueva pregunta :)
Tbh todavía no puedo entenderlo, por favor ayúdame. Entiendo que al cerrarse al LSS la aceleración va acompañada de una disminución de la densidad, la sección transversal de los tubos de flujo no disminuye tanto como antes, etc.; eso esta limpio. Pero, ¿qué sucede en Mach 1? Me refiero a lo que sucede con la sección transversal de los tubos de flujo: ¿se reduce o no, y si no, cómo es posible que pase el cuerpo? La frase "la caída en la densidad se come todas las ganancias del aumento de la velocidad" no me queda clara.
@Konrad Cuando Mach = γ Los streamtubes no se expandirán ni se contraerán con los cambios de presión/velocidad/densidad. Por eso la gente hablaba de una barrera del sonido. El hecho de que los aviones aún puedan pasar se debe al hecho de que la velocidad no es la misma a su alrededor: parte del aire es más rápido y disminuirá la velocidad para abrirse paso, otra parte es más lenta y acelera. En todos los casos, los cambios en la sección transversal son pequeños y muchos tubos de corriente se ven afectados; por lo tanto, el arrastre máximo se acerca a Mach 1,2.

El arrastre de compresibilidad es un tipo de arrastre parásito causado por la compresión del aire delante de un avión que viaja a alta velocidad. Un avión no diseñado para vuelos supersónicos lo experimentará cuando se acerque a Mach 1. Los efectos se notan una vez que el avión alcanza un número de Mach de 0,6 a 0,7 y el coeficiente de resistencia aumenta en 0,005. En el diseño de aeronaves subsónicas también se considera el límite de la operación económica normal de la aeronave.

sin embargo, esto suena como arrastre de onda.
Tal como lo entiendo, el arrastre de onda no es arrastre de compresibilidad, es un componente del arrastre que se presenta debido al arrastre de compresibilidad.

Desafortunadamente, la definición de estos dos términos no es consistente en la literatura. A menudo, ambos se utilizan para describir el mismo efecto: el aumento de la resistencia debido a la presencia de ondas de choque.

Sin embargo, a veces se hace una diferenciación entre los términos, dependiendo de la forma en que se descomponga el arrastre total. Puede encontrar que el arrastre de compresibilidad se usa para describir el aumento en el arrastre debido a un aumento en el número de mach a elevación constante (por lo tanto, una composición en arrastre de cero elevación, dependiente de elevación y compresibilidad), mientras que el arrastre de onda se usa para el arrastre que es "físicamente" causado por la presencia de ondas de choque.

En ese caso, los valores pueden diferir. Tome, por ejemplo, una determinada condición de vuelo a velocidad transónica y aumente su ángulo de ataque mientras mantiene constante su número de mach. El arrastre de compresibilidad (según esta definición) permanece constante, mientras que el arrastre de onda aumentará. Consulte el siguiente documento para obtener más aclaraciones: http://mail.tku.edu.tw/095980/drag.pdf

¿Qué es el arrastre de compresibilidad?
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