ARUS LUAR 1 14.5 DAYA ANGKAT DAN DAYA TAHAN AIRFOIL

ARUS LUAR 926
14.5 DAYA ANGKAT DAN DAYA TAHAN AIRFOIL
Sebagaimana yang telah dibahas secara singkat dalam studi kasus bagian 3.3.6
(daya angkat dan daya tahan pada airfoil), sayap adalah tubuh yangb terbentuk secara
khusus yang dirancang untuk menghasilkan gaya angkat bila terkena aliran fluida.
Daya angkat didefinisikan sebagai komponen gaya fluida yang bekerja pada benda di
sudut kanan pada aliran yang terdekat. Jadi daya angkat adalah gaya vertikal untuk
kendaraan atau benda dalam tingkat penerbangan. Jumlah daya tahan dikembangkan
dengan dukungan berat sayap pesawat . Spoiler, atau sayap terbalik , pada mobil
balap menghasilkan daya angkat negatif, kekuatan ruang bawah dimaksudkan untuk
menjaga mobil di lintasan.
Penampang pada suatu titik tertentu sepanjang jangka sayap memiliki bentuk
yang dikenal sebagai sebuah airfoil.bentuk airfoil ini dirancang dengan seksama
untuk memaksimalkan daya angkat dan meminimalkan daya tahan. Ada banyak
bentuk airfoil yang berbeda untuk aplikasi yang berbeda. Sebelum membahas bentuk
airfoil dan beberapa karakteristik aliran melalui airfoil lebih lanjut, pertimbangkan
distribusi tekanan dan tegangan geser pada bentuk khas airfoil seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 14.32.
Daya angkat ini digunakan oleh cairan untuk airfoil yang didefinisikan oleh
Persamaan. 4.25b sebagai berikut:
FL   S  pn     nL dS
Dimana vektor satuan NL adalah normal terhadap arah aliran. Komponen tarik ini
memiliki gaya yang sama
FD   S  pn     n dS
Dimana vektor satuan poin n ∞ pada arah aliran. Kami menyimpulkan bahwa pada
prinsipnya kedua tekanan dan tegangan geser berkontribusi untuk mengangkat dan
menatarik dari suatu airfoil. Dalam prakteknya,
Gambar 14,32 tekanan Khas
(tegangan normal) dan tegangan geser
distribusi pada suatu airfoil
Gambar Drag 14,33 Re sebagai
koefisien
fungsi dan menyederhanakan
ARUS LUAR 927
Daya angkat pada airfoil yang ditemukan dan dihasilkan dari distribusi
tekanan, dengan tegangan geser dengan kontribusi sangat sedikit untuk gaya angkat.
daya hambat airfoil ditemukan karena distribusi tekanan dan tegangan geser. Dari
perspektif daya tahan, bentuk udara bebas dapat dianggap sebagai dan
hasil menyederhanakan tubuh lain yang menggertak. Cara arah aliran dalam
memperpanjang penjuluran dengan menurunkan tekanan daya tahan merupakan
dalam bentuk airfoil dapat dilihat dengan membandingkan koefisien daya
tahan seperti yang ditunjukkan pada gambar14,33. perhatikan bahwa koefisien daya
tahan terdapat besarannya!
Meskipun airfoil digunakan untuk membangun sayap untuk semua jenis pesawat,
mereka juga sangat penting dalam mendesain mesin turbo dan anggota struktur yang
ramping seperti penopang sayap. Simetris airfoil digunakan untuk penopang karena
tidak ada daya angkat yang diinginkan. Hal ini menghasilkan geometri dalam
distribusi tekanan simetris di bagian atas dan bawah airfoil,yang memberikan daya
angkat nol. Airfoil simetris dapat memberikan daya angkat jika mereka pada sudut
menuju ke aliran udara.
Geometri standar dan tata-nama untuk airfoil diberi dalam mempelajari kasus
bagian 3.3.6. tetapi perlu meninjau kembali materi yang relevan di sini. Mengingat
hanya aliran di bawah kecepatan suara yang stabil, daya angkat dan gaya tarik yang
bekerja pada sayap mempunyai penampang airfoil seragam sepanjang panjangnya
masing-masing ditemukan tergantung pada ketebalan t, jangka,b, panjang chord c,
dan serangan sudut α. Parameter-parameter ini diilustrasikan pada Gambar 14.34.
daya angat dan daya tarik di
FL = f (t, b, c, V, ρ,μ)
FD = f (t, b, c, V, ρ,μ)
Gambar 14.34 geometri airfoil
Sayap tergantung pada parameter-parameter geometri dan pada kecepatan aliran
bebas V, densitas fluida, dan viskositas. Dengan demikian kita dapat menulis
ARUS LUAR 928
1
2
FL
t b 

 g1 Re c , , , 
2
V bc
c c 

FD
t b 

 g1  Re c , , , 
2
V bc
c c 

Analisis yang di terapkan dimensional mengarah pada hubungan berikut diantara
kelompok dimensi:
1
2
CL 
1
2
FL
V 2bc
dan
CD 
1
2
FD
V 2bc
Dimana Rec adalah bilangan Reynolds berdasarkan panjang kord.Koefisien
angkatan dan penahan untuk bagian airfoil yang ditentukan oleh pers. 3.43 sebagai
berikut:
t b 
t b 


CL  CL  Rec , , , 
CD  CD  Rec , , , 
dan
c c 
c c 


Dimana produk bc disebut daerah bentuk rencana. Jadi kita menyimpulkan bahwa
ketergantungan koefisien angkatan dan penahan pada kelompok berbagai dimensi
diberikan oleh rasio ketebalan chord, dan sudut serangan. Untuk sayap yang
panjangnya tak terhingga, tidak termasuk jangkauan analisis, sehingga rasio bentang
untuk kord, b / c, menghilang dari ungkapan. Kami menyimpulkan bahwa koefisien
angkatan dan daya tahan berfungsi dari bilangan Reynolds, geometri airfoil seperti
yang diungkapkan oleh rasio ketebalan kord, dan sudut serangan. Untuk tujuan
rekayasa, empiris data untuk bentuk airfoil yang diberikan disajikan pada bentuk
koefisien angkatan dan penahan sebagai fungsi dari sudut serangan untuk sayap yang
panjang bentuk ditunjukkan. Sebuah contoh datadaya angkat dan daya tarik sebagai
fungsi dari sudut serangan untuk airfoil simetris NACA 0018 disediakan pada
Gambar 14,35. Perhatikan bahwa untuk airfoil simetris angkatan sudut nol serang (α
= 0).
Studi perbandingan dari bentuk airfoil NACA 0018 (Gambar 14,35) dan NACA
23012 bentuk airfoil (Gambar 14.36) menunjukkan bahwa sudui pusat sementara
yang sebelumnya adalah lurus,garis pusat dari kedua kurva ini. Sebuah airfoil dengan
garis pusat lengkung dikatakan melengkung.lengkungan ini memberikandaya angkat
pada sudut nol serang dengan membuat medan aliran sekitar
airfoil nonsymmetrical.Fluida bergerak dari atas sebuah airfoil melengkung pada
sudut nol
ARUS LUAR 929
Gambar 14,35 Daya ngkat dan daya tahan koefisien untuk airfoil NACA 0018: Uji
3D di permukaan halus, turbulensi 2%
serangan bergerak dengan kecepatan lebih tinggi dari fluida di sepanjang bagian
bawah. Dengan demikian,persamaan Bernoulli memberitahukan pada kita bahwa
tekanan di atas lebih rendah dari tekanan di bagian bawah. Seperti biasa,distribusi
tekanan yang tidak sama adalah sumber daya angkat. Data koefisien daya Angkat dan
daya tarik berfungsi dari sudut serangan untuk bagian lengkungan airfoil NACA
23012 yang ditampilkan pada Gambar 14.36.
Dari pembahasan sebelumnya harus jelas bahwa udara kecepatan tinggi harus
mengalir dari atas sebuah airfoil untuk itu menghasilkan gaya angkat. Sebagai sudut
serang dari setiap kenaikan airfoil,titik pemisahan bergerak maju dari belakang
airfoil. Akhirnya, jika sudut dari penyerangan terlalu besar, sebuah gelembung
pemisahan akan mencakup hampir seluruh atas airfoil. Fenomena ini, yang
disebutstan, hasil pada hilangnya daya angkat. Permulaan stan dapat dilihat pada
rangkaian visualisasi aliran pada Gambar 14.37. Angka 14.37C pada α = 30   dan
14.37D Gambar pada α = 30   menunjukkan onset mendadak kritis. Sebuah pesawat
benar-benar akan jatuh dari langit jika sayap tidak berfungsi.
Sayap pesawat harus beroperasi dalam mode yang berbeda. Sebagai contoh, di
tingkat penerbangan daya tarik diminimalkan dengan daya angkat dimaksimalkan
sesuai yang diinginkan. Selama pendaratan, bagaimanapun, daya tahan bermanfaat
dalam memperlambat pesawat ke bawah. Dengan demikian, tidak ada sayap tunggal
atau bentuk airfoil dapat dioptimalkan untuk semua mode operasional. Sebuah solusi
untuk masalah ini terletak pada pembuatan sayap disesuaikan.sirip sayap pesawat,
pada kedua tepi terkemuka dan tepi trailing, mengubah bentuk airfoil, yaitu, mereka
dapat mengubah jumlah ruang. Gambar 14.38A menunjukkan airfoil di sebuah sudut
serang yang tinggi
ARUS LUAR 930
Gambar 14,36 Daya Angkat dan daya tahan memiliki koefisien 23.012 NACA
airfoil: uji 2D di dalam terowongan di permukaan halus pada0,02%turbulensi.
Dengan memperpanjang penutupan dalam konfigurasi pendaratan. Gambar
14.38B menunjukkan pelayaran dan konfigurasi lepas landas dibandingkan dengan
konfigurasi pendaratan.
jika anda melihat secara dekat sosok 14.38A menunjukkan sirip sayab pesawat
yang memungkinkan udara dari permukaan yang lebih rendah untuk mengalir ke
atas.ini hanya salah satu metode canggih kontrol batas lapisan yang telah
dikembangkan. bagian 14,39 menunjukkan permukaan atas sayap pesawat komersial.
perhatikan susunan tonjolan pada permukaan sayap.Kita tahu bahwa mereka akan
meningkatkan gesekan pada daya tahan. Namun dengan di sebabkan oleh
udara momentum tinggi untuk mengalir ke lapisan batas, pusaran generator ini
menjag lapisan batas terpasang lagi, Daya tahan mengurangi tekanan dan atau
menunda terjadinya perlambatan. sejauh ini,diskusi kita tentang aliran pada udara
bebas telah terbatas pada aliran 2D ,seperti akan terjadi jika sayap yang panjang tak
terbatas. Nyatanya panjang sayab hingga memiliki daya tahan yang lebih besar dari
pada yang diperkirakan oleh teori udara bebas 2D. peningkatan daya tahan disebut
induksi daya tahan. salah satu penyebab adalah kebocoran udara bertekanan tinggi
di bagian bawah sayap ke sisi tekanan rendah bagian atas sekitar ujung sayap.
Gambar 14,40 menunjukkan visualisasi aliran pusaran ujung sayap yang dihasilkan
sebagai akibat dari fenomena ini.
waktu mendatang Anda berada dalam sebuah pesawat, pemandangan
dari jendela Anda harus jauh lebih menarik karena Anda akan mampu
menghargai fisika kompleks dari aliran udara dan disain sayab yang canggih.
ARUS LUAR 931
Gambar 14,37 NACA4412 bagian airfoil dengan sirip sayab pesawat mutakhir
bahwa penundaan separasi aliran dari sekitar 15 ° sampai 30 °.
Gambar 14,38 (A) bagian Airfoil pada sudut 25 ° dari penyerangan. (B) perangkat
canggih pada daya angkat mekanik yang tinggi untuk bagian airfoil.
Contoh 14.9
Pesawat terisi penuh dengan berat 900 kN memiliki luas sayap 230 m2.
Jika sayap memiliki karakteristik udara bebas NACA 23012 dan selama lepas
landas beroperasi pada sudut 6 penyerangan, berapa kecepatan yang
dibutuhkan untuk lepas landas dipermukaan laut? Apakah kecepatan lepas
landas di ketinggian2000 m?
Solusi
Untuik itu, gaya angkat harus mengatasi berat,
1
2
U ACL  W
U
2
2W
ACL
jadi FL
W ,
ARUS LUAR 932
Dari B Lampiran untuk Atmosfer Standar U. S.  0m   1.22 kg m 3
dan  2000  1.007 kg m 3 . dari gambar 14.36 CL  0,79. subtitusikan data tersebut ke
dalam
Ungkapan Hasil pengelolaan sebelumnya:
U



2 900  103 N
 90 m s  234 km h
1.225 kg m3  230m3 0,79

Di permukaan laut dan pada 2000 m
U



2 900  103 N
 99 m s  356 km h
1.007 kg m3  230m3 0,79

Jadi kenaikan hampir 10% dalam kecepatan lepas landas diperlukan pada evaluasi
yang lebih tinggi