Sürüklenim

Sürüklenime verilebilir örnekler

Sürüklenime verilebilen örnekler; arabalara, uçaklara, tekne gövdelerine hareket yönüne zıt yönde etki eden aerodinamik ve hidrodinamik kuvvetler, aynı yönde etki eden kuvvet içinde yelkenlere isabet eden rüzgar verilebilir. Yapışma direncine örnek olarak pipet içerisindeki sıvı verilebilir. Pipete bağlı oluşan direnç kuvveti, içindeki sıvının hızını azaltır.

Kaldırma-ürünlenmiş sürüklenim

Kaldırma sürüklenimi (ürünlenmiş sürüklenim) kaldırma etkisi olan (kanat gibi) üç boyutlu bir cisimden kaynaklı olarak ortaya çıkar.
         
Ürünlenmiş sürüklenim iki temel yapıdan meydana gelir; sürüklenimden kaynaklı oluşan girdaplar (girdap direnci) ve etkisi olan akışkanlık sürüklenimi.
         
Kalkış için gerekli olan ve cismin alt ve üst kısmına etki eden değişken basınç değerleri sonucunda türbülans oluşur. Bu türbülanslar girdap olarak da nitelendirilir ve akışkanın yüzeyinde meydana gelir.
                               
           
Diğer değişkenler sabitlediği zaman, cismin oluşturduğu kalkış kuvveti artarken kalkış sürüklenimi de artar. Havadaki bir uçak için kaldırma sürüklenimi, hareket yönü ve kanadı arasındaki açıyla bağlantılıdır. Uçuş sırasında kaldırma kuvveti azdır bu sebeple kaldırma sürüklenimi de az olur ancak akışkan basınç sürüklenimi (parasitik bir sürüklenim türüdür) çok yüksektir bu sebeple türbülans meydana gelir.

Parasitik sürüklenim

Katı bir cismin bir akışkan içerisinde hareket ettirilmesi sonucunda parasitik sürüklenim ortaya çıkar. Parasitik sürüklenim birkaç sürüklenimden meydana gelir; bunlar akışkanlık sürüklenimi ve yüzeyin pürüzlülüğünden kaynaklı yüzey sürüklenimidir. Bazen birden fazla cismin birbirlerine yakın olması sonucunda girişken sürüklenim (bazen bir parasitik sürüklenim olduğu da söylenir) meydana gelir.
         
Ürünlenmiş sürüklenim düşük hızlarda daha fazla oluşur, bunun sebebi düşük hızlarda yükselebilmek için kanat açısı hareket yönüyle olan aralığını arttırır ve sonuç olarak daha fazla sürüklenim oluşturur.
         
Hız arttığı zaman ise ürünlenmiş sürüklenim azalır ancak uçak daha hızlı hareket ettiği için yüzeyindeki hava daha fazla akar bu sebeple sürtünme artar ve sonuç olarak parasitik sürüklenim yükselir. Sesaltı hızlarda ise dalga sürüklenimi de devreye girer. Oluşan tüm sürüklenim türleri hızla bağlantı içerisindedirler.
         
Tüm sürüklenimlerin ortalanması sonucunda açığa çıkan eğri bir uçağın sahip olması gereken en ideal hızı verir. Pilotlar genellikle bu hızda gitmeyi tercih edip yakın tasarrufu sağlarlar ve olası bir motor arızasında süzülme mesafesini arttırırlar.

Havacılıkta güç eğrisi

Parasitik sürüklenim, ürünlenmiş sürüklenim ve uçağın hızı arasındaki bağlantı bir grafik ile gösterilebilir;
                                       
           
Havacılıkta bu grafik genellikle; güç eğrisi olarak adlandırılır. Bunun sebebi grafikte görüldüğü gibi belli bir hızın altında o hızı korumak için daha fazla güç verilmesi germektedir. 
         
Eğrinin altında kalma durumu önemlidir ve genellikle pilotların eğitimlerinde ciddi bir bölüm kapsadığına inanılmaktadır.
         
Sesüstü hızlarda eğrinin U’ya benzeyen kısmı bir değişken haline gelmemiştir, bu sebeple eğride gösterilmemiştir.

Sesaltı ve sesüstü durumlarda dalga sürüklenimi

Dalga sürüklenimi (aynı zamanda kompresibilite sürüklenimi olarak da bilinir) katı bir cismin sıkıştırılabilir bir akışkan içerisinde bir hız ile hareket ettirilmesi sonucunda oluşur. 
         
Aerodinamikteki dalga sürükleniminin bazı bileşenleri vardır ve bu bileşenler uçuşun hız sistemine göre değişiklik gösterir.
                                     
           
Bir uçak sesaltı hızda (ses hızını geçme anındaki hız) hareket ederken (Mach sayısı 0.8’den büyük, 1.4’ten küçük) üzerine etki eden dalga sürüklenimi şok dalgaları yüzünden meydana gelir ve bu dalgalar uçağın ses hızını geçmiş olan bölümlerinden kaynaklanır ( Mach sayısı 1.0’dan büyük).
         
Sesüstü uçuşun oluşabilmesi için havadaki cismin ses hızından daha hızlı gitmesi gerekir, uçağın yüzeyine temas eden hava hız arttıkça ivmelenir bu da Mach sayısının 1.0’dan büyük olması demektir. Tamamen bir sesüstü uçuşun olabilmesi için Mach sayısının 1.0’ın üzerinde olması gerekir.
         
Sesaltı hızlarda hareket eden uçaklarda dalga sürüklenimine maruz kalır bu sürüklenimin oluşma sebebi sürtünme kaynaklıdır. Sesaltı hızlarda ortaya çıkan dalga sürüklenimine genellikle sesaltı sıkıştırılabilme sürüklenimi denir. Cismin hızı 1.0 Mach’ı aşarken sesaltı sıkıştırılabilme sürüklenimi de artar ve birçok çeşitli sürüklenimleri yok eder.
         
Sesüstü hızlarda (Mach 1.0’dan büyük) oluşan dalga sürüklenimi cisim üzerindeki şok dalgalarından meydana gelir, bu dalgalar genellikle cismin ön ve arka kısımlarında oluşur. Çok yüksek sesüstü hızlarda veya çok yüksek açılarda manevra yapan cisimlerde bağlantısız şok dalgaları ya da yay dalgaları meydana gelir.
         
İlk şok dalgasının arkasında oluşan sesaltı akış düşük sesüstü hızlarda meydana gelebilir ve sonuç olarak uçağın herhangi noktalarında daha küçük şok dalgaları oluşturur.
         
Sesüstü akışlarda oluşan dalga sürüklenimi iki bileşene ayrılır: sesüstü kaldırmaya bağlı dalga sürüklenimi, sesüstü hacme bağlı dalga sürüklenimi.
         
Bir cisme etki eden minimum dalga sürükleniminin kapalı bir fonksiyon denklemi ile bulan kişiler Sears ve Haack’tır, bu formül ayrıca Sears-Haack Düzenlemesi olarak bilinir. Hacme bağlı denklemde Von Karman Ogive tarafından bulunmuştur.

d’Alembert paradoksu

d’Alembert 1752’de potansiyel akışı kanıtladı ki bu teori 18. yüzyılda tartışılan yarı-akışkan özelliksiz akışın matematiksel temellerini oluşturdu. Bu işlemle sonucunda sıfır direnç elde ediliyordu ancak deneyler bu sonuçla çelişiyordu bu sebeple bu durum d’Alembert paradoksu olarak adlandırılır.
         
Yarı-akışkan direncin açıklanması 19.yüzyılda Navier-Stokes denklemleriyle oldu ve bu denklemler Saint-Venant,Navier ve Stokes tarafından geliştirildi. Stokes bu direnci çok düşük Reynold sayısı kullanarak kanıtladı bu sebeple Stokes yasası adını verdi.
         
Yüksek Reynold sayılarının limitlerinde uygulanan Navier-Stokes denklemleri yarı-akışkan özelliksiz Euler denklemlerine ulaşıyordu ki bu denklemde potansiyel akış d’Alembert’e göre uygulanıyordu. Sonuç olarak yüksek Reynold sayılarında direncin olduğu kanıtlandı. Yarı-akışkan özelliksiz akış teorilerinin kullanıldığı Euler denklemleri potansiyel akışı bulmakta çok gerçekçi değerler bulamadı.
         
Prandtl’in 1904 yılında bahsettiği sınır tabakaları teorisi, yüksek Reynold sayılarında oluşan sürüklenimi açıklamıştır. Sınır tabakası cismin yüzeyindeki az ama önemli olan akışkanlık özelliğini ifade eder.