แรงขับต้านแรงต้าน

แรงต้านคือราคาที่ต้องจ่ายเมื่อเคลื่อนที่ผ่านอากาศ วิศวกรอากาศยานแบ่งแรงต้านออกเป็นสองชนิด

1. แรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก แรงต้านนี้เกิดจากรูปร่างและพื้นผิว: แรงต้านความดัน ของลำตัว ยาง และเสาค้ำที่ดันอากาศออกด้านข้าง รวมถึง แรงเสียดทานของผิว ที่เกิดจากอากาศเสียดสีกับพื้นผิว แรงต้านนี้มีพฤติกรรมคล้ายแรงยก: D_p = ½ρV²S × C_D0 และเพิ่มขึ้นตาม กำลังสองของอัตราเร็ว

2. แรงต้านเหนี่ยวนำ นี่คือ ราคาที่ต้องจ่ายเพื่อสร้างแรงยก ปีกที่มีช่วงปีกจำกัดจะดันอากาศลง และอากาศจะม้วนตัวรอบปลายปีกกลายเป็น กระแสวนที่ปลายปีก พลังงานที่สูญเสียไปนี้ปรากฏเป็นแรงที่พุ่งไปด้านหลัง: D_i = ½ρV²S × C_L² / (π e AR) ในที่นี้ AR คือ อัตราส่วนกว้างยาว (ช่วงปีก² หารด้วยพื้นที่ปีก ปีกที่ยาวและบางจะมีค่า AR สูง) และ e คือค่าประสิทธิภาพที่น้อยกว่า 1

เมื่อนำมารวมกัน ค่าสัมประสิทธิ์แรงต้านทั้งหมดคือ C_D = C_D0 + C_L² / (π e AR)

ตัวเลขของเครื่องบินของเล่น เครื่องบินของเล่นมีค่า C_D0 = 0.03, e = 0.8 และ AR = 7.5 (ค่าที่ใช้เพื่อการสอน) ในการบินระดับ L = W ดังนั้น C_L = 2W / (ρV²S) และ จะมีค่าน้อยลงเมื่ออัตราเร็วเพิ่มขึ้น นั่นหมายความว่าแรงต้านเหนี่ยวนำ ลดลง เมื่ออัตราเร็วเพิ่มขึ้น (มีค่าแปรผกผันกับ V²) ขณะที่แรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก เพิ่มขึ้น ตามอัตราเร็ว (V²) เครื่องบินของเล่นให้ผลดังนี้:

• 25 m/s: แรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก 184 N แรงต้านเหนี่ยวนำ 834 N รวมประมาณ 1,020 N การบินช้าถูกครอบงำด้วยแรงต้านเหนี่ยวนำ
• 36.5 m/s: แรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก 392 N แรงต้านเหนี่ยวนำ 391 N รวมประมาณ 783 N นี่คือ แรงต้านต่ำสุด
• 50 m/s: แรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก 735 N แรงต้านเหนี่ยวนำ 208 N รวมประมาณ 943 N
• 80 m/s: แรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก 1,882 N แรงต้านเหนี่ยวนำ 81 N รวมประมาณ 1,963 N การบินเร็วถูกครอบงำด้วยแรงต้านจากส่วนประกอบภายนอก

เมื่อพล็อตแรงต้านทั้งหมดเทียบกับอัตราเร็ว จะได้ เส้นโค้งรูปตัว U ที่จุดต่ำสุดของรูปตัว U แรงต้านเหนี่ยวนำและแรงต้านจากส่วนประกอบภายนอกจะ เท่ากัน นี่คืออัตราเร็วที่ให้ค่า L/D ดีที่สุด: ที่ 36.5 m/s เครื่องบินมีค่า L/D = 9,810 / 783 ≈ 12.5 สำหรับเครื่องบินไอพ่น อัตราเร็วนี้ใกล้เคียงกับอัตราเร็วที่ทำให้มีพิสัยไกลที่สุด แม้ว่าอัตราเร็วที่ดีที่สุดที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับเครื่องยนต์ด้วย นักบินเครื่องร่อนจะบินใกล้กับอัตราเร็วนี้ เพื่อให้ไปได้ไกลที่สุดต่อความสูงทุกเมตรที่สูญเสียไป (World 6)

เครื่องยนต์มีไว้ทำอะไร ในการบินระดับคงที่ แรงขับต้องเท่ากับแรงต้าน ดังนั้นแรงขับจึงกำหนดจากเส้นโค้งแรงต้าน ที่อัตราส่วน L/D ดีที่สุด เครื่องบินจำลองต้องใช้แรงขับเพียงประมาณ 785 N เพื่อรับน้ำหนัก 9,810 N หากบินช้าลงหรือเร็วขึ้น แรงขับที่ต้องใช้ก็จะเพิ่มขึ้นอีกครั้ง

วิธีลดแรงต้าน รูปร่างที่เรียบลื่นและการหุบชุดล้อลงจอดช่วยลดแรงต้านปรสิต ปีกที่ ยาวและแคบกว่าเดิม (มีอัตราส่วนกว้างยาวสูงขึ้น) ช่วยลดแรงต้านเหนี่ยวนำ เพราะ D_i แปรผกผันกับ AR นี่จึงเป็นเหตุผลที่เครื่องร่อนมีปีกยาวมาก และเครื่องบินโดยสารมีปลายปีกเสริม (โลกที่ 7) เครื่องยนต์มี 2 กลุ่มหลัก ได้แก่ ใบพัด (เร่งอากาศปริมาณมากให้เร็วขึ้นเล็กน้อย) และ เครื่องยนต์ไอพ่น (เร่งอากาศปริมาณน้อยกว่าให้เร็วขึ้นมาก) โลกที่ 4 อธิบายว่าเครื่องยนต์ไอพ่นสร้างแรงขับได้อย่างไร