ilmanvastusmallit

Ilmanvastusmallit ovat malleja, jotka kuvaavat kappaleen liikettä vastustavaa ilmavirrauksen voimaa. Niiden tarkoituksena on arvioida ilmanvastusvoima F_d, kun kappale liikkuu ilmavirrassa. Yleisin perusmalli on drag equation: F_d = 1/2 ρ v^2 C_d A, jossa ρ on ilman tiheys, v suhteellinen nopeus, C_d on ilmanvastuskerroin ja A referenssi-ala.

Ilmanvastuskerroin C_d riippuu Reynoldsin luvusta (Re = ρ v L / μ), sekä virtausolosuhteista kuten Mach-lukusta, asennosta ja muodosta. Drag jakautuu usein painevastukseen (form drag) sekä kitkavastukseen (skin friction). Suurella kulmalla ja monimutkaisilla muodoilla painevastus hallitsee, kun taas sileillä, matalilla suhteellisilla nopeuksilla kitkavastus voi olla merkittävä osa kokonaisdragia.

Maljeja on useita: (1) empiriikkaan ja kokeellisiin mittauksiin perustuvat C_d-arvot tietyille muodoille ja nopeuksille, (2) teoreettiset tai yksinkertaistetut mallit, jotka antavat yleisiä ohjeita muodon vaikutuksesta, sekä (3) edistyneemmät CFD-ennusteet ja tuulitunneliratkaisut, jotka voivat tarjota yksityiskohtaisia drag-arvioita. Pienissä Reynolds-arvoissa voidaan soveltaa Stokesin lakia, F_d = 6 π μ R v, esimerkiksi pienissä hiukkasissa.

Sovelluksia ovat ajoneuvojen ja lentokoneiden aerodynamiikka, urheiluvarusteiden suunnittelu, robotiikka sekä fysiikkasimulaatiot ja pelit. Ilmanvastusmallien tarkoitus on tukea suunnittelua, suorituskyvyn arviointia ja energiankulutuksen optimointia, ottaen huomioon virtausolosuhteiden epävarmuudet.