miniatura|Onda d'arrossegament zero per a ales delta En aeronàutica, l'arrossegament d'ones és la resistència aerodinàmica de les ales i el fuselatge dels avions, les puntes de les pales de les hèlixs i els projectils que es mouen a velocitats transòniques i supersòniques, a causa de la presència d'ones de xoc. La resistència aerodinàmica és independent dels efectes viscosos,Clancy, L.J. (1975), Aerodynamics, Section 11.7 i tendeix a presentar-se com un augment sobtat i espectacular de la resistència a mesura que el vehicle augmenta la velocitat fins al nombre de Mach crític. És l'augment sobtat i espectacular de la resistència aerodinàmica el que condueix al concepte de barrera sonora.

Visió general L'arrossegament d'ones és un component de l'arrossegament de pressió a causa dels efectes de compressibilitat. És causat per la formació d'ones de xoc al voltant d'un cos. Les ones de xoc creen una quantitat considerable d'arrossegament, que pot provocar un arrossegament extrem al cos. Tot i que les ones de xoc s'associen normalment amb el flux supersònic, es poden formar a velocitats subsòniques d'avions a les zones del cos on el flux d'aire local s'accelera a velocitat supersònica. L'efecte es veu normalment en avions a velocitats transòniques (aproximadament Mach 0,8), però és possible notar el problema a qualsevol velocitat superior a la del Mach crític d'aquest avió. És tan pronunciat que, abans de 1947, es pensava que els motors dels avions no serien prou potents per superar l'arrossegament augmentat, o que les forces serien tan grans que els avions correrien el risc de trencar-se en ple vol. Això va conduir al concepte de barrera del so.

Recerca El 1947, els estudis sobre la resistència de les ones van conduir al desenvolupament de formes perfectes per reduir la resistència de les ones tant com fos teòricament possible. Per a un fuselatge, la forma resultant va ser el cos de Sears-Haack, que suggeria una forma de secció transversal perfecta per a qualsevol volum intern donat. L'ogiva de von Kármán tenia una forma similar per a cossos amb un extrem rom, com un míssil. Ambdues es basaven en formes llargues i estretes amb extrems punxeguts, la principal diferència era que l'ogiva només tenia un extrem punxegut.

Reducció de l'arrossegament Diverses noves tècniques desenvolupades durant i just després de la Segona Guerra Mundial van aconseguir reduir dràsticament la magnitud de la resistència de les ones, i a principis de la dècada de 1950 els avions de combat més recents podien assolir velocitats supersòniques.

Aquestes tècniques van ser ràpidament utilitzades pels dissenyadors d'avions. Una solució comuna al problema de la resistència de les ones va ser utilitzar una ala en fletxa, que de fet s'havia desenvolupat abans de la Segona Guerra Mundial i s'havia utilitzat en alguns dissenys alemanys en temps de guerra. En fletxar l'ala, sembla més prima i llarga en la direcció del flux d'aire, fent que la forma d'ala de llàgrima convencional s'assembli més a la de l'ogiva de von Kármán, tot i que continua sent útil a velocitats més baixes on la curvatura i el gruix són importants.

No cal que l'ala estigui en fletxa quan és possible construir una ala extremadament prima. Aquesta solució es va utilitzar en diversos dissenys, començant pel Bell X-1, el primer avió tripulat que va volar a la velocitat del so. L'inconvenient d'aquest plantejament és que l'ala és tan prima que ja no és possible utilitzar-la per emmagatzemar combustible o tren d'aterratge. Aquestes ales són molt comunes en els míssils, tot i que, en aquest camp, sovint se les anomena "aletes".

La forma del fuselatge va canviar de manera similar amb la introducció de la regla de l'àrea de Whitcomb. Whitcomb havia estat treballant en proves de diverses formes de fuselatge per a la resistència transònica quan, després de veure una presentació d'Adolf Busemann el 1952, es va adonar que la carrosseria Sears-Haack s'havia d'aplicar a tot l'avió, no només al fuselatge. Això significava que el fuselatge s'havia de fer més estret on s'unia a les ales, de manera que la secció transversal de tot l'avió coincidís amb la carrosseria Sears-Haack. miniatura|El Convair 990 tenia cossos antixocs particularment evidents; els avions de passatgers moderns solen tenir una forma més subtil per dominar l'àrea. L'aplicació de la regla de l'àrea també es pot veure en l'ús de cossos antixoc en avions transònics, inclosos alguns avions de reacció. Els cossos antixoc, que són càpsules al llarg de les vores posteriors de les ales, tenen la mateixa funció que el disseny del fuselatge de cintura estreta d'altres avions transònics.

Altres mètodes de reducció de la resistència Al llarg dels anys s'han introduït diversos altres intents per reduir la resistència de les ones. El perfil aerodinàmic supercrític és un tipus que resulta en una sustentació a baixa velocitat raonable com un perfil aerodinàmic normal, però té un perfil considerablement més proper al de l'ogiva de von Kármán. Tots els avions civils moderns utilitzen formes de perfil aerodinàmic supercrític i tenen un flux supersònic substancial sobre la superfície superior de l'ala.

Fórmula matemàtica Per a perfil aerodinàmic de placa plana

Per a perfil aerodinàmic de doble falca

On:

- Coeficient d'arrossegament de l'arrossegament de l'ona

α - Angle d'atac

- Relació gruix/corda

M - Nombre de Mach de flux lliure

Aquestes equacions són aplicables a angles d'atac baixos (α < 5°)

Referències

Categoria:Aerodinàmica