Arrastre parásito

La resistencia parásita , también conocida como resistencia de perfil , ^{[1] : 254  [2] : 256} es un tipo de resistencia aerodinámica que actúa sobre cualquier objeto cuando el objeto se mueve a través de un fluido. La resistencia parásita es una combinación de resistencia de forma y resistencia de fricción superficial . ^{[3] [1] : 641–642  [4] : 19} Afecta a todos los objetos independientemente de si son capaces de generar sustentación .

La resistencia total de una aeronave se compone de resistencia parásita y resistencia inducida por sustentación . La resistencia parásita se denomina así porque no es útil, mientras que la resistencia inducida por sustentación es el resultado de un perfil aerodinámico que genera sustentación. La resistencia parásita comprende todos los tipos de resistencia excepto la resistencia inducida por sustentación. ^[5]

La resistencia de forma surge debido a la forma del objeto. El tamaño y la forma general del cuerpo son los factores más importantes en la resistencia de forma; los cuerpos con una sección transversal presentada más grande tendrán una resistencia mayor que los cuerpos más delgados; los objetos elegantes ("aerodinámicos") tienen una resistencia de forma menor. 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 resistencia de forma depende de la sección longitudinal ^{[ es necesaria una aclaración ]} del cuerpo. Una elección prudente del perfil del cuerpo es esencial para un coeficiente de resistencia bajo . Las líneas de corriente deben ser continuas y debe evitarse la separación de la capa límite con sus vórtices asociados.

La resistencia de forma incluye la resistencia por interferencia, causada 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 causar corrientes de Foucault, turbulencia o restringir el flujo de aire uniforme. La resistencia por interferencia es mayor cuando dos superficies se encuentran en ángulos perpendiculares y se puede minimizar mediante el uso de carenados . ^{[6] [7] [5]}

La resistencia de las olas , también conocida como resistencia de las olas supersónicas o resistencia de compresibilidad, es un componente de la resistencia de forma causada por las ondas de choque generadas cuando una aeronave se mueve a velocidades transónicas y supersónicas . ^{[1] : 25, 492, 573}

La resistencia de forma es un tipo de resistencia por presión, ^{[1] : 254} un término que también incluye la resistencia inducida por sustentación. ^{[1] : 65, 319} La resistencia de forma es la resistencia por presión debido a la separación. ^{[1] : 641–642  [2] : 256}

La 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 pegará a la superficie del cuerpo y esa capa tenderá a pegarse a la siguiente capa de aire y esta a su vez a otras capas, por lo tanto, el cuerpo está arrastrando cierta cantidad de aire con él. La fuerza necesaria para arrastrar una capa de aire "adherida" con el cuerpo se llama fricción de la piel. La fricción de la piel imparte cierto impulso a una masa de aire a medida que pasa a través de ella y ese aire aplica una fuerza de retardo sobre el cuerpo. Al igual que con otros componentes de la fricción parásita, la fricción de la piel sigue la ecuación de la fricción y aumenta con el cuadrado de la velocidad .

La fricción superficial es causada por la fricción viscosa en la capa límite alrededor del objeto. La capa límite en la parte delantera del objeto suele ser laminar y relativamente delgada, pero se vuelve turbulenta y más gruesa hacia la parte trasera. La posición del punto de transición del flujo laminar al turbulento depende de la forma del objeto. Hay dos formas de reducir la fricción: la primera es dar forma al cuerpo en movimiento de modo que sea posible el flujo laminar. 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 finura , que es la longitud de la aeronave dividida por su diámetro en el punto más ancho (L/D). En la mayoría de los casos se mantiene en 6:1 para flujos subsónicos. El aumento de la longitud aumenta el número de Reynolds ( ). En el denominador de la relación del coeficiente de fricción superficial, a medida que aumenta su valor (en el rango laminar), se reduce la fricción total. Mientras que la disminución del área de la sección transversal disminuye la fuerza de arrastre sobre el cuerpo, ya que la perturbación en el flujo de aire es menor.${\displaystyle Re}$${\displaystyle Re}$

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

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

donde es la tensión cortante local de la pared , y q es la presión dinámica de corriente libre . ^[8] Para capas límite sin un gradiente de presión en la dirección x, está relacionado con el espesor del momento como$estilo de visualización {\displaystyle \tau_{w}}$

${\displaystyle C_{f}=2{\frac {d\theta}{dx}}.}$

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

${\displaystyle C_{f,tur}={\frac {0,074}{Re^{0,2}}},}$

¿Dónde está el número de Reynolds? ^{[2] : Fórmula 4.101}${\displaystyle Re}$

Para un flujo laminar sobre una placa, el coeficiente de fricción superficial se puede determinar utilizando la fórmula: ^[9]

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

• Conducto NACA
• Arrastre de ariete del motor a reacción
• Línea de fricción de la piel