Аеродинамичен профил

Аеродинамичен профил или Обтекаема форма е такава, с която се понижава съпротивлението на обтичането на тяло от насрещния поток във въздушна, водна или друга среда с по-голям вискозитет. Постига се чрез намаляване на вихрообразуването и получаването на ламинарен поток на обтичане, като токовите линии на флуида следват конструкцията. Така съпротивлението, създадено чрез налягането върху движещото се тяло е минимално. Обтекаема форма чрез техниката на конструиране и последващи аеродинамични изследвания се прилага при създаване на бързоходни превозни средства – влакове, самолети, ракети, кораби, подводници, локомотиви, автомобили.

Пример за обтекаемост на различни профили

Представа за формата и създаденото от нея съпротивление при движение във флуид, графично може да се покаже с изображенията и оценката в проценти на силата на аеродинамичното съпротивление.

Обтекаема форма	Съпротивление на формата	Обтекаема форма	Съпротивление на формата
	0%		~10%
	~90%		100%

Примерни стойности за челно съпротивление на някои пространствени геометрични тела

На практика при създаване на аеродинамична форма конструкторите изграждат конструкция, която да бъде обтичана от ламинарен поток.

Математическа обосновка

Jeep Wrangler TJ (1997 – 2005) с челно съпротивление **0,58**

Причината за изучаването и създаването на аеродинамични форми се корени в силата създадена от флуида срещу посоката на движение. Необходимо е тя да се преодолява, за да се реализира движението с по-висока скорост. Създаването на тази сила се обяснява с компресирането на флуида като се увеличава налягането му пред тялото при движение, и разреждането на налягането на флуида след движещото се тяло, където се получава понижено налягане. Като пример силата, която трябва да се преодолява от съпротивлението на въздуха при движение на автомобил е

$F={{1 \over 2}\cdot {C_{x}}\cdot \rho \cdot {S}\cdot {V^{2}}}$

където:

$\rho$ – е плътността на въздуха;
S – площта от напречната проекция на автомобила. Нарича се още референтна област. За автомобили и други изследвани предмети се приема предната част на превозното средство. Това не е задължително и не винаги се приема неговото напречно сечение, поради някои специфични особености във формата. За една сфера например се приема $S=\pi r^{2}\,$ , а не нейната повърхност $\!\ 4\pi r^{2}$ ;
$C_{x}$ – коефициент на челното аеродинамично съпротивление (на английски: Drag coefficient).
V – е скоростта на обекта спряма флуида. Силата на въздушното съпротивление много силно зависи от квадрата на скоростта и в това равенство за намаляване на тази сила при някаква приета постоянна висока скорост може да се променят в някакви граници напречната на движението площ на тялото.

C_x (записва се и като C_d и C_w) е безразмерна величина и зависи от формата на конструкцията и обтекаемостта на движещото се тяло. Другите сили на съпротивление при движение, като например повърхностното триене, са значително по-малки.

Коефициента на челното съпротивление при движение от горното равенство се дефинира като:

$C_{\mathrm {x} }\,$ = ${\dfrac {2F}{\rho V^{2}S}}\,$

Коефициентът на челното аеродинамично съпротивление е безразмерно число по-малко от 1. В съвременните конструкции леки автомобили C_x < 0,3. За самолета Cessna 172, например, коефициентът за челно съпротивление при нулева подемна сила е 0,0319, а еквивалентната площ на съпротивлението му е 0,52 m².

Практическо използване на ефекта

Управляемо увеличаване на челното съпротивление за намаляване на скоростта се прилага при скоростните летателни апарати и влакове с аеродинамични спирачки или наричани още въздушни спирачки. Това са управляеми повърхности разположени върху фюзелажа на самолета или влака. Тяхното задействане рязко увеличава челното съпротивление и намалява скоростта на движение на превозното средство, но то като действие не оказва влияние върху подемната сила на летателния апарат, създавана при движението. В авиацията се използват и друг вид въздушни спирачки разположени върху крилата, т. нар. интерцептори, чието основно действие е намаляването на подемната сила по време на полет. С тях по-ефективно се управлява напречната устойчивост на самолета, а при приземяване с действието си те намаляват възможността от повторно излитане и „подскоци“ по пистата, както и подобряват сцеплението на кацащия летателен апарат със земята.

Галерия

Въздушна спирачка в края на фюзелажа на щурмовия самолет Blackburn Buccaneer
Въздушни спирачки на пътнически самолет
Комбинирана спирачна система със спирачен парашут на космическата совалка Дискавъри
Въздушна спирачка на електровлак Fastech 360