Basınç merkezi (akışkanlar mekaniği) - Center of pressure (fluid mechanics)

Karasal hareketteki basınç merkezi için bkz . Basınç merkezi (karasal hareket) .

Basınç merkezi bir toplamı nokta basınç alanında bir yol, bir gövde üzerine etki kuvveti o noktasından geçtiği eylemi. Basınç merkezinde etkiyen toplam kuvvet vektörü, entegre vektörel basınç alanının değeridir. Ortaya çıkan kuvvet ve basınç merkezi, gövde üzerinde orijinal basınç alanıyla eşdeğer kuvvet ve moment üretir. Basınç alanları hem statik hem de dinamik akışkanlar mekaniğinde oluşur. Basınç merkezinin, basınç merkezinin referans alındığı referans noktasının ve ilgili kuvvet vektörünün belirlenmesi, herhangi bir nokta hakkında üretilen momentin, referans noktasından istenen yeni noktaya bir öteleme ile hesaplanmasına izin verir. Basınç merkezinin vücut üzerinde yer alması yaygındır, ancak sıvı akışlarında basınç alanının, basınç merkezi gövdenin dışında yer alacak kadar büyük bir vücut üzerine bir moment uygulaması mümkündür .

Hidrostatik örnek (baraj)

Bir baraj üzerindeki suyun kuvvetleri hidrostatik kuvvetler olduğundan, derinlikle doğrusal olarak değişir. Baraj üzerindeki toplam kuvvet, bu durumda, derinliğin bir fonksiyonu olarak barajın genişliği ile çarpılan basıncın integralidir. Basınç merkezi , su hattının üstünden itibaren üçgen şekilli basınç alanının ağırlık merkezinde bulunur . Baraj üzerindeki hidrostatik kuvvet ve bir noktada devrilme momenti, ilgili noktaya göre toplam kuvvet ve basınç merkezinden hesaplanabilir.

Yelkenli tekneler için tarihsel kullanım

Basıncın Merkezi kullanılan yelkenli bir konumunu temsil etmek tasarımı yelken aerodinamik kuvvet konsantre edilir.

Yelkenler üzerindeki aerodinamik basınç merkezinin , gövdedeki hidrodinamik basınç merkezi (yanal direnç merkezi olarak adlandırılır) ile ilişkisi , teknenin rüzgârdaki davranışını belirler. Bu davranış "dümen" olarak bilinir ve ya bir hava dümeni ya da rüzgar dümenidir. Bazı denizciler, hem dümen "hissi" açısından hem de teknenin daha güçlü rüzgarlarda, bir dereceye kadar kendi kendine hafif rüzgarlara doğru hafifçe yönelme eğilimi açısından, bazı denizciler tarafından az miktarda hava dümeninin arzu edilen bir durum olduğu düşünülmektedir. yelkenleri çevirmek. Diğer denizciler buna katılmıyor ve tarafsız bir dümeni tercih ediyor.

"Dümenin" temel nedeni, ister hava ister rüzgar altı olsun, yelken planının basınç merkezinin gövdenin yanal direncinin merkezi ile ilişkisidir. Basınç merkezi, bir hava dümeni olan yanal direncin merkezinin arkasındaysa, geminin eğilimi rüzgara dönme eğilimindedir.

Durum tersine çevrilirse, basınç merkezi gövdenin yanal direncinin merkezinin ilerisinde olacak şekilde, tehlikeli değilse de genellikle istenmeyen olarak kabul edilen bir "rüzgarlık" dümen ortaya çıkacaktır. Her iki dümenin de fazlası iyi değildir, çünkü dümenciyi ona karşı koymak için dümeni saptırılmış halde tutmaya zorlar, böylece nötr veya asgari dümene sahip bir teknenin yaşayacağının ötesinde ekstra sürüklemeye neden olur.

Uçak aerodinamiği

Kararlı bir konfigürasyon sadece yelkencilikte değil, aynı zamanda uçak tasarımında da arzu edilir . Bu nedenle uçak tasarımı, baskı merkezi terimini ödünç aldı. Ve bir yelken gibi, simetrik olmayan sert bir kanat sadece kaldırma kuvveti sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bir an oluşturur . Bir uçağın basınç merkezi, tüm aerodinamik basınç alanının momentsiz tek bir kuvvet vektörü ile temsil edilebildiği noktadır. Benzer bir fikir, aerodinamik kuvvetlerin ürettiği yunuslama momentinin hücum açısı ile sabit olduğu bir kanat profili üzerindeki nokta olan aerodinamik merkezdir .

Aerodinamik merkez analizinde önemli bir rol oynar uzunlamasına statik stabilite tüm uçan makinelerin. Bir uçağın eğim açısı ve hücum açısı bozulduğunda (örneğin rüzgar kesmesi / düşey sert rüzgar), uçağın bir pilot veya otopilot kontrolü değiştirmeden orijinal kırpılmış eğim açısına ve hücum açısına geri dönmesi arzu edilir. yüzey sapması. Bir uçağın, bir pilot veya otopilottan giriş olmaksızın, kırpılmış konumuna geri dönmesi için, pozitif boylamasına statik stabiliteye sahip olması gerekir .

Füze aerodinamiği

Füzeler tipik olarak tercih edilen bir düzlem veya manevra yönüne sahip değildir ve bu nedenle simetrik kanatlara sahiptir. Simetrik kanat profillerinin basınç merkezi, küçük hücum açısı için nispeten sabit olduğundan, füze mühendisleri genellikle stabilite ve kontrol analizi için tüm aracın tam basınç merkezinden söz ederler. Füze analizinde, basınç merkezi, tipik olarak, hücum açısı trim açısından hücum açısındaki bir değişiklik nedeniyle ilave basınç alanının merkezi olarak tanımlanır.

Güdümsüz roketler için trim konumu tipik olarak sıfır hücum açısıdır ve basınç merkezi, çok küçük bir hücum açısından (yani basınç merkezi) tüm araç üzerinde sonuçta oluşan akış alanının basınç merkezi olarak tanımlanır. saldırı açısı sıfıra giderken sınırdır). Füzelerde pozitif stabilite için, yukarıda belirtildiği gibi tanımlanan toplam araç basınç merkezi, aracın burnundan ağırlık merkezinden daha uzakta olmalıdır . Daha düşük saldırı açılarındaki füzelerde, basınç merkezine katkılara burun, kanatlar ve yüzgeçler hakimdir. Her bileşenin hücum açısına göre normalleştirilmiş normal kuvvet katsayısı türevi, basınç merkezinin konumu ile çarpılarak toplam basınç merkezini temsil eden bir ağırlık merkezini hesaplamak için kullanılabilir. Eklenen akış alanının basınç merkezi, ağırlık merkezinin arkasındadır ve ek kuvvet, eklenen hücum açısı yönünü "işaret eder"; bu, aracı yeniden trim konumuna iten bir moment oluşturur.

Kanatçıkların, araçları farklı saldırı açılarında kesmek için hareket ettirilebildiği güdümlü füzelerde, basınç merkezi, yön değiştirmemiş kanat konumu için bu hücum açısındaki akış alanının basınç merkezidir. Bu, hücum açısındaki herhangi bir küçük değişikliğin baskı merkezidir (yukarıda tanımlandığı gibi). Bir kez daha pozitif statik stabilite için, bu basınç merkezi tanımı, basınç merkezinin burundan ağırlık merkezinden daha uzak olmasını gerektirir. Bu, artan saldırı açısından kaynaklanan artan kuvvetlerin, füzeyi yeniden kırpılmış konuma geri sürmek için artan geri yükleme momentiyle sonuçlanmasını sağlar. Füze analizinde, pozitif statik marj, tüm aracın, trim konumundan herhangi bir saldırı açısı için bir geri yükleme momenti oluşturduğu anlamına gelir.

Aerodinamik alanlar için basınç merkezinin hareketi

Simetrik bir kanat üzerindeki basınç merkezi, tipik olarak kanat uzunluğunun ön kenarının arkasındaki kiriş uzunluğunun% 25'ine yakın bir yerde bulunur. (Buna "çeyrek akor noktası" denir.) Simetrik bir kanat için hücum açısı ve kaldırma katsayısı değiştikçe, basınç merkezi hareket etmez. Stalling hücum açısının altında hücum açıları için çeyrek akor noktası etrafında kalır. Uçağın kontrol karakterizasyonunda basınç merkezinin rolü füzelerden farklı bir biçim alır.

Bir Açık bombeli basınç merkezinin kanat profili sabit bir konum işgal etmez. Geleneksel olarak bombeli bir kanat için, basınç merkezi, maksimum kaldırma katsayısında (büyük hücum açısı ) çeyrek kiriş noktasının biraz gerisinde yer alır , ancak kaldırma katsayısı azaldıkça (hücum açısı azalır), basınç merkezi arkaya doğru hareket eder. Kaldırma katsayısı sıfır olduğunda, bir kanat, kaldırma oluşturmaz, ancak geleneksel olarak bombeli bir kanat, burun aşağı bir eğim momenti oluşturur, bu nedenle, basınç merkezinin konumu, kanat profilinin arkasındaki sonsuz bir mesafedir.

Bir için refleks bombeli kanat profili, basınç yalan merkezi en az dörtte kiriş noktasına küçük bir öncesinde kaldırma katsayısı (büyük hücum açısı kaldırma katsayısı azaltır gibi), ancak ileriye doğru basınç hareket merkezini (hücum açısı azaltır). Kaldırma katsayısı sıfır olduğunda, bir kanat, kaldırma oluşturmaz, ancak refleks bombeli bir kanat, burun yukarı bir eğim momenti oluşturur, bu nedenle, basınç merkezinin konumu, kanat profilinin önünde sonsuz bir mesafedir. Refleks bombeli bir kanat profili üzerindeki basınç merkezinin bu hareket yönü stabilize edici bir etkiye sahiptir.

Kaldırma katsayısı değiştikçe basınç merkezinin hareket etme şekli , bir uçağın uzunlamasına statik stabilitesinin matematiksel analizinde basınç merkezinin kullanılmasını zorlaştırır . Bu nedenle matematiksel bir analiz yapılırken aerodinamik merkezi kullanmak çok daha basittir . Aerodinamik merkez, tipik olarak çeyrek kiriş noktasına yakın bir kanat profili üzerinde sabit bir konumda bulunur.

Aerodinamik merkez, uzunlamasına stabilite için kavramsal başlangıç ​​noktasıdır. Yatay stabilizatör ilave stabilite katkıda bulunur ve bu nötr kararlılığı ulaşan uçak olmadan aerodinamik merkezinin kıç küçük bir mesafe olduğu için ağırlık merkezini sağlar. Uçağın nötr dengeye sahip olduğu ağırlık merkezinin konumuna nötr nokta denir .

Ayrıca bakınız

Notlar

Referanslar