Arrastre parásito

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Resistencia aerodinámica contra el movimiento de un objeto

arrastre parásito, también conocido como arrastre de perfil, es un tipo de arrastre aerodinámico que actúa sobre cualquier objeto cuando éste se mueve a través de un fluido. El arrastre parásito es una combinación de arrastre de forma y arrastre por fricción de la piel. Afecta a todos los objetos independientemente de si son capaces de generar sustentación.

La resistencia total de una aeronave se compone de la resistencia parásita y la resistencia inducida por la sustentación. El arrastre parásito comprende todos los tipos de arrastre excepto el arrastre inducido por sustentación.

Arrastrar formulario

arrastre de forma surge debido a la forma del objeto. El tamaño general y la forma del cuerpo son los factores más importantes en el arrastre de forma; los cuerpos con una sección transversal más grande tendrán una resistencia mayor que los cuerpos más delgados; Los objetos elegantes ("aerodinámicos") tienen un arrastre de forma inferior. La resistencia de forma sigue la ecuación de resistencia, lo que significa que aumenta con el cuadrado de la velocidad y, por lo tanto, se vuelve más importante para los aviones de alta velocidad.

La forma de resistencia depende de la sección longitudinal del cuerpo. Una elección prudente del perfil de la carrocería es esencial para lograr un bajo coeficiente aerodinámico. Las líneas de corriente deben ser continuas y debe evitarse la separación de la capa límite con los vórtices que la acompañan.

El arrastre de forma incluye el arrastre de interferencia, causado por la mezcla de corrientes de aire. Por ejemplo, donde el ala y el fuselaje se encuentran en la raíz del ala, dos corrientes de aire se fusionan en una. Esta mezcla puede provocar corrientes parásitas, turbulencias o restringir el flujo de aire suave. La resistencia a la interferencia es mayor cuando dos superficies se encuentran en ángulos perpendiculares y se puede minimizar mediante el uso de carenados.

La resistencia de las ondas, también conocida como resistencia de las ondas supersónicas o resistencia de la compresibilidad, es un componente de la resistencia de la forma causada por ondas de choque generadas cuando una aeronave se mueve a velocidades transónicas y supersónicas.

El arrastre de forma es un tipo de arrastre por presión, un término que también incluye el arrastre inducido por elevación. El arrastre de forma es un arrastre de presión debido a la separación.

Arrastre por fricción de la piel

El arrastre por fricción de la piel surge de la fricción del fluido contra la "piel" del objeto que se mueve a través de él. La fricción de la piel surge de la interacción entre el fluido y la piel del cuerpo, y está directamente relacionada con la superficie mojada, el área de la superficie del cuerpo que está en contacto con el fluido. El aire en contacto con un cuerpo se adherirá a la superficie del cuerpo y esa capa tenderá a adherirse a la siguiente capa de aire y ésta a su vez a capas posteriores, por lo que el cuerpo arrastra consigo una cierta cantidad de aire. La fuerza necesaria para arrastrar un objeto "adjunto" capa de aire con el cuerpo se llama fricción por fricción de la piel. El arrastre por fricción de la piel imparte cierto impulso a una masa de aire a medida que la atraviesa y ese aire aplica una fuerza retardadora sobre el cuerpo. Al igual que con otros componentes de la resistencia parásita, la fricción cutánea sigue la ecuación de resistencia y aumenta con el cuadrado de la velocidad.

La fricción de piel es causada por el arrastre viscoso en la capa fronteriza alrededor del objeto. La capa de límite en la parte frontal del objeto es generalmente laminar y relativamente delgada, pero se convierte en turbulenta y más gruesa hacia la parte posterior. La posición del punto de transición de flujo laminar a turbulento depende de la forma del objeto. Hay dos maneras de disminuir el arrastre de fricción: la primera es dar forma al cuerpo en movimiento para que el flujo laminar sea posible. El segundo método es aumentar la longitud y disminuir la sección transversal del objeto en movimiento tanto como sea posible. Para ello, un diseñador puede considerar la relación de la dulzura, que es la longitud de la aeronave dividida por su diámetro en el punto más amplio (L/D). Se mantiene principalmente 6:1 para flujos subsónicos. Aumento de la longitud aumenta el número de Reynolds ( $Re$ ). Con $Re$ en el denominador para la relación del coeficiente de fricción de la piel, ya que su valor se aumenta (en rango laminar), se reduce la fricción total. Si bien la disminución en el área transversal disminuye la fuerza de arrastre en el cuerpo ya que la perturbación en el flujo de aire es menor. Para las alas de un avión, una disminución de longitud (chord) de las alas reducirá la arrastre "inducida" aunque, si no el arrastre de fricción.

El coeficiente de fricción de la piel, $C_{f}$ , se define por

{displaystyle C_{f}equiv {frac {tau _{w}}{q}},}

Donde $tau_w$ es el estrés de la pared local, y q es la presión dinámica de corriente libre. Para capas de límites sin un gradiente de presión en la dirección x, está relacionado con el espesor del impulso como

C_f = 2 frac{d theta}{d x}.

A modo de comparación, la turbulenta relación empírica conocida como la Ley de la séptima potencia (derivada por Theodore von Kármán) es:

{displaystyle C_{f,tur}={frac {0.074}{Re^{0.2}}},}

Donde $Re$ es el número Reynolds.

Para un flujo laminar sobre una placa, el coeficiente de fricción superficial se puede determinar mediante la fórmula:

{displaystyle C_{f,lam}={frac {1.328}{sqrt {Re}}}}

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