Velocidades polares

A velocidade polar é uma curva que caracteriza o desempenho de uma máquina móvel principalmente dotada de um perfil de acordo com a velocidade de movimento desta máquina.

Descoberta

No que se refere ao trabalho em aerodinâmica de Otto Lilienthal , chamamos de polar de Lilienthal o gráfico do coeficiente de sustentação em função do coeficiente de arrasto, no sistema de eixos ligados à geometria de um perfil ou à direção de vôo .

Aeronáutica

A velocidade polar é uma curva que apresenta, para uma determinada aeronave ou perfil de asa, a velocidade de voo na abcissa (ou um parâmetro relacionado, como o coeficiente de arrasto aerodinâmico C x ) e a taxa de afundamento na ordenada (ou C z ) . Ele fornece uma boa visão geral do desempenho do perfil ou do dispositivo. Esta curva permite encontrar a suavidade máxima teórica, traçando a tangente à curva que passa pela origem.

De acordo com a teoria dos perfis delgados , a polar das velocidades de um planador pode ser colocada na forma genérica:

C=NOv3+Bv{\ displaystyle w = Av ^ {3} + {B \ over v}}

onde w é a velocidade de queda em relação à massa de ar ev é a velocidade horizontal em relação à massa de ar.

Outro tipo de polar é o chamado polar Eiffel na França. Relaciona o coeficiente de sustentação com o coeficiente de arrasto. O arrasto total é a soma do arrasto induzido e do arrasto parasitário. Podemos assumir que o coeficiente de arrasto parasita é uma constante. Seja C L o coeficiente de sustentação. VSDp{\ displaystyle C_ {D_ {p}}}

O coeficiente de arrasto induzido é expresso da seguinte forma:

VSDeu=VSeu2λeπ{\ displaystyle C_ {D_ {i}} = {C_ {L} ^ {2} \ over \ lambda e \ pi}}π (pi): 3,1416 λ  : alongamento . Por definição, λ = b² / S onde b é a envergadura. e  : coeficiente de Oswald (menor que 1) que depende da distribuição de sustentação do vão.
e poderia ser igual a 1 para uma distribuição de elevação “ideal” (elíptica). Na prática, e é da ordem de 0,75 a 0,85.

O arrasto total é, portanto:

VSD=VSDeu+VSDp=VSeu2λeπ+VSDp{\ displaystyle C_ {D} = C_ {D_ {i}} + C_ {D_ {p}} = {C_ {L} ^ {2} \ over \ lambda e \ pi} + C_ {D_ {p}}}

Portanto, a curva que fornece o coeficiente de arrasto em função do coeficiente de sustentação é uma parábola quase plana. Polar Eiffel representa esta curva onde tradicionalmente, a abcissa é dada por C D e a ordenada C L .

Barco

As velas e o casco de um veleiro também são definidos por perfis. O acoplamento desses perfis, um aerodinâmico e outro hidrodinâmico, determina quase todo o comportamento de um veleiro. A influência do vento é geralmente insignificante em comparação com esses dois perfis. Um veleiro é, portanto, também caracterizado por uma velocidade polar.

A velocidade do navio é representada de acordo com o ângulo do vento real em relação à direção do movimento do veleiro: de 0 graus (o vento vem pela frente do barco) a 180 graus (o vento vem de trás).

• O polar é traçado para várias velocidades do vento.
• Para a mesma velocidade do vento, vários postes podem ser fornecidos dependendo do conjunto de velas caracterizado principalmente pela superfície e forma (por exemplo, polar com uma genoa ou com um spinnaker .
• Os polares dependem do formato do casco, do plano da vela e do conjunto de velas. Eles são, portanto, específicos para um determinado tipo de veleiro.
• Os velos fornecidos pelos fabricantes correspondem a condições ideais de navegação raramente alcançadas: casco perfeitamente limpo, novo conjunto de velas, mar plano (ou permitindo surfar a favor do vento), vela perfeitamente adaptada à velocidade e direção do vento, ausência de vento. Erro de leme .
• A representação dos dados é em forma gráfica (ao lado) ou em forma de tabela.
• Quando o veleiro está planando , ou seja, o casco sobe graças à velocidade atingida (veleiro esta regata caracterizada por uma relação área de vela significativa / peso) ou rolando por uma onda (arrebentação), a velocidade do navio pode ultrapassar os valores fornecidos pelo polar porque o comportamento do casco é modificado.

Conforme o barco se move, ele cria um vento relativo que se acumula com o vento real. Essa acumulação é chamada de Vento Aparente . Portanto, é necessário estar atento aos valores reportados, vento real ou aparente, ângulo do vento real ou aparente. As notações comumente usadas são retiradas do inglês e são:

• TWS: Velocidade real do vento: velocidade real do vento
• TWA: Ângulo verdadeiro do vento: ângulo verdadeiro do vento
• AWS: Velocidade aparente do vento: velocidade aparente do vento
• AWA: Ângulo aparente do vento: ângulo aparente do vento

A determinação desses polares é feita pelo arquiteto naval usando computadores poderosos. As simulações resultantes de software estão cada vez mais próximas da realidade, conseqüentemente os testes de mar são cada vez mais raros. A prova de mar é o método ao alcance do velejador. O teste requer disciplina com dispositivos de medição confiáveis, como GPS diferencial. Um ponto do polar não é determinado com um único teste, mas graças a um bom número de testes para fazer a média dele.

O polar do veleiro é registrado em um software especializado que, aliado às informações meteorológicas, permite por cálculo definir o trajeto mais rápido até o destino.

Existem dois tipos de software:

• Roteadores usados ​​por marinheiros concorrentes para estabelecer sua rota.
• Jogos de simulação de vela como o Virtual Regatta e sobretudo o Virtual Ocean que oferece a visualização de postes de velocidade para todos os iates de corrida, bem como uma tabela de cálculo VMG.

Notas e referências

Notas

1. O coeficiente de Oswald é ignorado no livro da Marinha dos EUA .

Notas e referências

1. André Peyrat-Armandy , Aviões de transporte modernos e futuros , Toulouse, Teknea,1997, 575  p. ( ISBN  2-87717-043-8 ) , cap.  1.1.3 (“Polaridade e finura da aeronave”), p.  43
2. (de) Klaus Engmann , Mandfred Porath et al. , Flugzeuges technology , Würzburg, Vogel,2009, 5 th  ed. , 888  p. ( ISBN  978-3-8343-3159-5 ) , cap.  8.2.3 (“Auftrieb und Widerstand”) , p.  395
3. Os Caminhos do Voo Elevado , p.  18
4. Aviadores navais
5. "  Aerodinâmica e mecânica de vôo  " [PDF] ,10 de dezembro de 2016(acessado em 21 de novembro de 2019 ) , p.  17

Veja também

Artigos relacionados

• Finesse
• Esforço em uma vela

Bibliografia

• [Paths of Soaring Flight] (en) Frank Irving, The Paths of Soaring Flight , Imperial College Press ,1999, 131  p. ( ISBN  978-1-86094-055-2 )
• [Naval Aviators] (en) Hugh Harrison Hurt, Aerodinâmica para aviadores navais , Marinha dos EUA ,1959, 416  p. ( ISBN  978-1-939878-18-2 , leia online )