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. El arrastre parásito es una combinación de arrastre de forma y arrastre por fricción de la piel . [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 la resistencia parásita y la resistencia inducida por la sustentación . La resistencia parásita se denomina así porque no es útil, mientras que la resistencia inducida por la sustentación es el resultado de un perfil aerodinámico que genera sustentación. El arrastre parásito comprende todos los tipos de arrastre excepto el arrastre inducido por sustentación. [5]
El arrastre de forma surge debido a la forma del objeto. El tamaño general y la forma del cuerpo son los factores más importantes en el arrastre de forma; los cuerpos con una sección transversal más grande tendrán una resistencia mayor que los cuerpos más delgados; Los objetos elegantes ("aerodinámicos") tienen un arrastre de forma más bajo. 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 forma de resistencia depende de la sección longitudinal [ se necesita aclaración ] de la carrocería. Una elección prudente del perfil de la carrocería es esencial para lograr un bajo coeficiente aerodinámico . Las líneas de corriente deben ser continuas y debe evitarse la separación de la capa límite con los vórtices que la acompañan.
El arrastre de forma incluye el arrastre de interferencia, causado 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 provocar corrientes parásitas, turbulencias o restringir el flujo de aire suave. La resistencia a la 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 ondas , también conocida como resistencia de las ondas supersónicas o resistencia de la compresibilidad, es un componente de la resistencia de la forma causada por ondas de choque generadas cuando una aeronave se mueve a velocidades transónicas y supersónicas . [1] : 25, 492, 573
El arrastre de forma es un tipo de arrastre por presión, [1] : 254 un término que también incluye el arrastre inducido por sustentación. [1] : 65, 319 El arrastre de forma es un arrastre de presión debido a la separación. [1] : 641–642 [2] : 256
El arrastre por 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 adherirá a la superficie del cuerpo y esa capa tenderá a adherirse a la siguiente capa de aire y ésta a su vez a capas adicionales, por lo que el cuerpo arrastra consigo una cierta cantidad de aire. La fuerza necesaria para arrastrar una capa de aire "adherida" al cuerpo se denomina arrastre por fricción cutánea. El arrastre por fricción de la piel imparte cierto impulso a una masa de aire a medida que la atraviesa y ese aire aplica una fuerza retardadora sobre el cuerpo. Al igual que con otros componentes del arrastre parásito, la fricción cutánea sigue la ecuación de arrastre y aumenta con el cuadrado de la velocidad .
La fricción de la piel es causada por un arrastre viscoso en la capa límite alrededor del objeto. La capa límite en la parte frontal del objeto suele ser laminar y relativamente delgada, pero hacia atrás se vuelve turbulenta y más gruesa. La posición del punto de transición de flujo laminar a turbulento depende de la forma del objeto. Hay dos formas de disminuir la resistencia por fricción: la primera es darle forma al cuerpo en movimiento de modo que sea posible el flujo laminar. El segundo método consiste en aumentar la longitud y disminuir la sección transversal del objeto en movimiento tanto como sea posible. Para hacerlo, un diseñador puede considerar la relación de finura , que es la longitud del avión dividida por su diámetro en el punto más ancho (L/D). Generalmente se mantiene 6:1 para flujos subsónicos. El aumento de longitud aumenta el número de Reynolds ( ). En el denominador de la relación del coeficiente de fricción de la piel, a medida que aumenta su valor (en rango laminar), se reduce la resistencia de fricción total. Mientras que la disminución del área de la sección transversal disminuye la fuerza de arrastre sobre el cuerpo a medida que la perturbación en el flujo de aire es menor.
El coeficiente de fricción de la piel, está definido por
donde es el esfuerzo 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
A modo de comparación, la turbulenta relación empírica conocida como Ley de la séptima potencia (derivada por Theodore von Kármán ) es:
¿ Dónde está el número de Reynolds? [2] : Fórmula 4.101
Para un flujo laminar sobre una placa, el coeficiente de fricción superficial se puede determinar mediante la fórmula: [9]
El primero se llama parásito porque de ninguna manera ayuda al vuelo, mientras que el segundo, la resistencia inducida, es el resultado del desarrollo de sustentación del perfil aerodinámico.
