Ilmanvastus

Kappaleen aiheuttama ilmanvastus riippuu monen muun tekijän ohellailmanvastuskertoimesta.Tasaisen pyöreän levyn ilmanvastuskerroin ilmavirtauksessa kohtisuoraan levyä vastaan on noin 1,17.

Ilmanvastuksellatarkoitetaan kappaleen liikettä vastustavaavoimaa,joka aiheutuu kappaleen pinnan jailmanvälisestä vuorovaikutuksesta.

Ilmanvastuksella on paljon merkitystä varsinkin suurissa nopeuksissa, sillä ilmanvastus kasvaa nopeuden neliössä. Se otetaankin aina huomioon, kun suunnitellaan esimerkiksilentokoneita,autojataiohjuksia.Sellaista kohdetta, jonka suunnittelussa on pyritty ilmanvastuksen minimoimiseen, sanotaanvirtaviivaiseksi(muoto, jolla on mahdollisimman vähän ilmanvastusta).

Esimerkiksi kunmeteorisyöksyy Maanilmakehään,ilmanvastuksen aiheuttama kuumuus sulattaa tai jopa höyrystää kappaleen. Saman seikan vuoksiavaruussukkulankeulassa, siipien etuosissa ja pohjassa käytettiin vahvistettuja hiilipohjaisialämpötiiliä suojaamaan sukkulan rakenteita kuumuudelta.

Newtonin vastuslaki:

$\mathbf {F} _{v}={1 \over 2}\rho v^{2}AC_{v}$

missäF_von vastusvoima,ρilmantiheys,vkappaleennopeus,Akappaleen poikkipinta-ala liikettä kohtisuorassa suunnassa jaC_vilmanvastuskerroin(niin sanottu muotokerroin), jonka arvo riippuu kappaleen muodosta, eli geometriasta. Kaava pätee, kun kappaleen nopeus onäänennopeutta pienempi. Erilaisten kappaleiden ilmanvastuskerroin voidaan määritellä kokeellisestituulitunnelissa.

Vastuksen komponentit (erityisesti lentokoneessa):

• ilmanvastusjohtuu ilmanviskooseistaominaisuuksista
• kappaleen pinnan läheisyydessä onrajakerros(lentokoneella 0,01 mm – muutama millimetri pinnasta ulospäin, maapallon ilmakehässä rajakerrosta on satoja metrejä), jossa virtaus hidastuu siten, että pinnan ja ilman välinen suhteellinen liike loppuu pinnassa
• niin kauan kuin rajakerros onlaminaarinen,kitkavastus on pieni; kun rajakerros irtoaa pinnasta ja muuttuu pyörteiseksi (turbulenttivirtaus), se kasvaa
• transitionopeusriippuu kappaleen koosta, muodosta ja pinnankarheudesta
• painevastusriippuu kappaleen painejakaumasta kappaleen liikkuessa ilmassa. Kappaleen virtaviivaisuus vähentää painevastusta. Tämän takia muun muassa autojen jaammustenperää muotoillaan juohevammaksi, jotta peräpainevastus pienenee
• indusoitunut vastusriippuu siiven nostovoimasta, ja se on ominainen lentokoneille
• interferenssivastussyntyy eri pintojen yli virtaavien virtausten jälleen yhdistyessä
• loisvastussyntyy kaikista pienosista, muun muassa radioantenneista, elektroniikan jäähdytysilmanottoaukoista yms.

Katso myös

• Ballistiikka
• Väliaineen vastus