En vitenskap prosjektet på Vind Tunnels: Hvordan en Wing Påvirker luftmotstand

Science prosjekter ved hjelp av vindtunneler og modellfly kan brukes til å demonstrere hvordan egenskapene til en vinge påvirke luftmotstand oppleves av flyet under flyging. Wing tekstur, bredde og lengde er blant de viktige variabler som bestemmer motstandskreftene opplevde under flyturen.

Wing Aerodynamikk

Det er fire hovedkrefter som virker på en vinge fly under flyging; vekt, heis, thrust og dra. Vekt og løft er de krefter som er ansvarlige for den vertikale komponent av flyets bevegelse, mens skyvekraft og luftmotstand bestemme den horisontale bevegelse. Luftfart ingeniører utforming flyvinger for å minimalisere drag, som er forårsaket av interaksjon av det faste vingekonstruksjonen med frie, gassmolekyler i atmosfæren.

Dra

Når et fast objekt beveger seg gjennom et fluid, er den kraft som motsetter seg objektets bevegelse er kjent som luftmotstand. I tilfelle av en flyvinge, er drag analogt med friksjon og frembringes på hvert punkt at luften kommer i kontakt med vingen. Som en vektorstørrelse, blir dragkrefter som består av to komponenter: retning og størrelse. Selv om retningen av luftmotstand alltid motsetter retningen av luftfartøyet, blir størrelsen av denne kraft på en flyvinge bestemmes på to uavhengige variabler: luft viskositet og tekstur av vingen. For eksempel vil en jevn vinge med en voksaktig belegg opplever mindre luftmotstand enn en grov, strukturert vinge overflate ville.

Form Drag

Det er flere undertyper av luftmotstand, som kan likestilles med den aerodynamiske motstand av et objekts bevegelse gjennom en væske. Bevegelsen av luftmolekyler over overflaten av vingen skaper en forskjell i lufttrykket fordeling, og dermed skape en kraft på luftmotstand som motsetter seg bevegelsen av objektet. "Skjema drag", som er en komponent av den totale dragkraft, virker gjennom vingens "center of pressure", som bestemmes av angrepsvinkelen, eller i hvilken grad en vinge avviker fra går parallelt med horisonten.

induced Drag

Som vingen genererer løftekraften ansvarlig for å få et fly til å fly, er et ekstra drag komponent opprettet. Kjent som "induserte drag", er denne kraft et resultat av trykkforskjellen mellom toppen og bunnen av vingen. For at fly for å komme opp fra bakken, må trykket være større under vingen enn over den. Som et resultat, er det trengs virvlene dannes ved vinge sine tips, indusere en strøm av virvlende, turbulent luft når de to trykkene kolliderer. Størrelsen av denne form for luftmotstand er bestemt av vingegeometri, så vel som mengden av løfte produsert av fartøyet. For eksempel, lange og tynne vinger produsere en mindre mengde av indusert drag sammenlignet med korte, tykke vinger. Reduksjon av indusert drag kan også oppnås ved å forstyrre den virvlende strøm av luft ved vingespissene ved hjelp av winglets eller vingespisser.

Science Projects

Ved hjelp av en miniatyr vindtunnel og flere forskjellige typer modell flyvinger, kan prinsippene for flyturen bli undersøkt i et klasserom innstilling som en engasjerende science prosjekt for barn. Ved å variere den lengde, bredde, tekstur og angrepsvinkel av modellens vinge, mengden av skyvekraft som kreves for å fremstille uren vil variere i henhold til de ovennevnte prinsipper. For eksempel vil de jevneste, lengste, tynneste vinger skape minst mulig luftmotstand; denne trenden vil være tydelig som du sammenligne hastigheten av luften i vindtunnel som kreves for å få flyet opp fra bakken.