Отпор протока је проблем широког спектра. Потрошња горива аутомобила при великој брзини углавном потиче од отпора ваздуха, а не од отпора трења тла. Разлог због којег се смог може „овисити“ у ваздуху је и отпор струјања. Све ово илуструје важност отпора ваздуха.
01
Отпор разлике притиска и отпор трења
Са становишта силе, отпор објекта је директно дејство течности на његову површину. Оно што је окомито на површину предмета је притисак течности, а отпор који он ствара назива се диференцијални отпор притиска; оно што је паралелно са површином предмета је вискозна сила смицања течности, а отпор који она ствара назива се отпор трења. Осим ове две силе, нема друге силе. Према томе, укупан отпор објекта је резултујућа сила отпора разлике притиска и отпора трења. Отпор разлике притиска је уско повезан са обликом објекта, а отпор трења је углавном повезан са површином објекта.
На неким местима се каже да поред отпора на разлику притиска и отпора на трење, постоје индуковани отпор, отпор ударним таласима итд., што је неспоразум. У ствари, и индукована отпорност и отпорност на ударне таласе могу се приписати отпору на разлику притиска и отпору на трење (углавном отпор на разлику притиска).
02
отпор облика задњи отпор
Од давнина је познато да ће објекти који се крећу у течности искусити отпор, а отпор је уско повезан са обликом објекта. Али првобитна теорија механике флуида дошла је до супротног закључка. На основу Ојлерових и Бернулијевих закона о кретању течности, ако се занемари вискозитет течности, флуид неће производити отпор према објектима било ког облика који се крећу у њој.
Чини се да је отпор у потпуности узрокован вискозитетом, али вискозност ваздуха је веома мала, а отпор трења који производи много је мањи од аеродинамичког отпора који је стварно измерен. Ова контрадикција је у историји позната као „Даламберов парадокс“ јер ју је предложио француски математичар Д'Аламбер.
Тек када је Прандтл изнео теорију граничног слоја, људи су заиста схватили суштину отпора протока. Отпор на разлику притиска је главна компонента аеродинамичког отпора, док је за опште објекте отпор разлике притиска углавном због одвајања граничног слоја.
Рани људи (можда многи сада тако мисле) на основу неке врсте „здравог разума“, веровали су да облик предњег дела предмета одређује величину отпора, а отпор ће бити мали ако је предњи део оштрији. . Са теоријом граничног слоја, важније је открити облик задњег дела објекта. Јер облик полеђине објекта одређује где се одваја гранични слој а самим тим и расподелу притиска на површини објекта.
Обичне рибе и птице су релативно савршено аеродинамична тела, са округлим главама и шиљастим репом.
03
Отпорност на облик Предњи отпор
Иако је облик задњег дела објекта одлучујући за количину отпора, облик предње стране је такође важан. На пример, ако је предњи део предмета квадратни, течност ће се рано одвојити на оштрим угловима, а пажљиво дизајниран облик задњег дела ће изгубити своје значење. За камионе који тренутно саобраћају на аутопуту, постигнута оптимизација облика углавном је концентрисана на предњи део, а задњи део је ограничен обликом контејнера, тако да је урађено мање посла. За објекте који се крећу трансзвучном брзином, ударни талас ће створити додатни отпор, тако да је предњи део дизајниран у веома шиљаст облик, тако да је угао конуса ударног таласа мањи да би се смањио отпор.
04
Отпорност на ударне таласе
Када се улазна брзина протока приближи или премаши брзину звука, генеришу се ударни таласи, што ће донети додатну отпорност на ударне таласе. У суштини, отпор ударног таласа је и врста отпора на разлику притиска, који је узрокован недовољним обнављањем притиска у задњој половини објекта услед постојања ударних таласа. Занемарујући губитак вискозности, када нема ударног таласа, успоравање протока ваздуха у другој половини објекта одговара порасту притиска Δп1; када постоји ударни талас, проток ваздуха делимично губи део механичке енергије када пролази кроз ударни талас, а пораст притиска Δп2 који одговара истом успоравању биће мањи од Δп1. Дакле, када постоји ударни талас, притисак у задњој половини објекта је мало мањи, што је извор отпора ударног таласа. Оштра предња ивица објекта може смањити угао конуса ударца, чиме се смањује губитак изазван ударним таласом, а такође смањује отпор ударног таласа. Када брод путује по површини воде, он ће генерисати површинске таласе и такође ће имати таласни отпор, па га треба учинити зашиљеним, док је подморница која путује под водом заобљена.
Коришћење губитка енергије за објашњење отпора ударног таласа није довољно директно. На крају крајева, притисак и вискозна сила на површини објекта су фактори који директно одређују величину отпора. Затим, отпор ударног таласа се објашњава променом површинског притиска објекта.
05
Утицај облика и квалитета површине на отпорност
Смањење отпора је вечна тема механике флуида. Употреба струјних линија може ефикасно смањити отпор диференцијалног притиска, углавном зато што не постоји одвајање граничног слоја на површини добро дизајнираног аеродинамичног тела, чиме се смањује отпор диференцијалног притиска.
Поред облика, на отпор утиче и храпавост површине предмета. Генерално, што је површина глаткија, то је мањи отпор трења, али понекад је површина објекта намерно храпава, тако да гранични слој постаје турбулентан да инхибира одвајање, чиме се значајно смањује отпор диференцијалног притиска.
06
Резимирати
Приликом анализе аеродинамичког отпора објекта, навика механике флуида је да га подели према облику силе. Отпор изазван притиском који делује вертикално на површину предмета назива се диференцијални отпор притиска, док се отпор изазван силом трења која је паралелна са површином предмета назива отпором трења. Пошто не постоји друга сила осим ове две силе на површини објекта, било која врста отпора је или отпор разлике притиска или отпор трења, или обоје.
Отпор разлике притиска узроковане раздвајањем протока и отпор разлике притиска узрокован ударним таласом су највећи фактори који утичу на аеродинамички отпор објеката.
Подзвучни објекти ниског отпора имају округле главе и шиљасте репове, док надзвучни објекти ниског отпора имају зашиљене крајеве.
