Das Zentrum des Drucks ist der Punkt auf einem Körper, wo die Gesamtsumme eines Druck-Feldes handelt, eine Kraft und kein Moment über diesen Punkt verursachend. Der Gesamtkraft-Vektor, der am Zentrum des Drucks handelt, ist der Wert des einheitlichen Vektordruck-Feldes. Die resultierende Kraft und das Zentrum der Druck-Position erzeugen gleichwertige Kraft und Moment auf dem Körper als das ursprüngliche Druck-Feld. Druck-Felder kommen sowohl in der statischen als auch in dynamischen flüssigen Mechanik vor. Die Spezifizierung des Zentrums des Drucks, des Bezugspunktes, von dem im Zentrum des Drucks, und der verbundene Kraft-Vektor Verweise angebracht wird, erlaubt dem über jeden Punkt erzeugten Moment, durch eine Übersetzung vom Bezugspunkt bis den gewünschten neuen Punkt geschätzt zu werden.

Hydrostatisches Beispiel (Damm)

Da die Kräfte von Wasser auf einem Damm hydrostatische Kräfte sind, ändern sie sich geradlinig mit der Tiefe. Die Gesamtkraft auf dem Damm ist dann das Integral des Drucks, der mit der Breite des Damms als eine Funktion der Tiefe multipliziert ist. Das Zentrum des Drucks wird am centroid des Druck-Feldes in der Dreiecksform 2/3 von der Spitze der Wasserlinie gelegen. Die hydrostatische Kraft und Trinkgeld gebender Moment auf dem Damm über einen Punkt kann von der Gesamtkraft und dem Zentrum der Druck-Position hinsichtlich des Punktes von Interesse geschätzt werden.

Historischer Gebrauch für Segelboote

Das Zentrum des Drucks wird im Segelboot-Design verwendet, um die Position auf einem Segel zu vertreten, wo die aerodynamische Kraft konzentriert wird.

Die Beziehung des aerodynamischen Zentrums des Drucks auf die Segel zum hydrodynamischen Zentrum des Drucks (gekennzeichnet als das Zentrum des seitlichen Widerstands) auf dem Rumpf bestimmt das Verhalten des Bootes im Wind. Dieses Verhalten ist als das "Ruder" bekannt und ist entweder ein Wetterruder oder Lee-Ruder. Wie man denkt, ist ein geringer Betrag des Wetterruders von einigen Matrosen eine wünschenswerte Situation, sowohl von der Einstellung des "Gefühls" des Ruders als auch von der Tendenz des Bootes, ein bisschen zur Windseite in stärkeren Windstößen zu gehen, einigermaßen die Segel mit Federn selbstversehend. Andere Matrosen stimmen nicht überein und bevorzugen ein neutrales Ruder.

Die grundsätzliche Ursache "des Ruders", es Wetter oder Lee sein, ist die Beziehung des Zentrums des Drucks des Segelrisses zum Zentrum des seitlichen Widerstands des Rumpfs. Wenn das Zentrum des Drucks achtern des Zentrums des seitlichen Widerstands, eines Wetterruders, der Tendenz des Behälters ist, sich in den Wind verwandeln zu wollen.

Wenn die Situation mit dem Zentrum des Drucks vorwärts des Zentrums des seitlichen Widerstands des Rumpfs umgekehrt wird, wird ein "Lee"-Ruder resultieren, der allgemein unerwünscht, wenn nicht gefährlich betrachtet wird. Zu viel entweder des Ruders ist nicht gut, da es den Rudergast zwingt, das Ruder abgelenkt zu halten, um es zu entgegnen, so Extraschinderei außer veranlassend, was ein Behälter mit dem neutralen oder minimalen Ruder erfahren würde.

Flugzeugsaerodynamik

Eine stabile Konfiguration ist in der Schifffahrt, aber im Flugzeugsdesign ebenso nicht nur wünschenswert. Flugzeugsdesign hat deshalb den Begriff Zentrum des Drucks geliehen. Aber verschieden von einem Segel erzeugt eine starre nichtsymmetrische Tragfläche nicht nur Heben, aber ein Moment.

Das Zentrum des Drucks eines Flugzeuges ist der Punkt, wo das ganze aerodynamische Druck-Feld durch einen einzelnen Kraft-Vektoren ohne Moment vertreten werden kann. Eine ähnliche Idee ist das aerodynamische Zentrum, das der Punkt auf einer Tragfläche ist, wo der durch die aerodynamischen Kräfte erzeugte Aufstellen-Moment mit dem Winkel des Angriffs unveränderlich ist.

Das aerodynamische Zentrum spielt eine wichtige Rolle in der Analyse der statischen Längsstabilität des Flugzeuges und der anderen fliegenden Fahrzeuge. Es ist dass wünschenswert, wenn der Wurf-Winkel und Winkel des Angriffs eines Flugzeuges gestört werden (durch, zum Beispiel Turbulenz), den das Flugzeug in seinen ursprünglichen zurechtgemachten Wurf-Winkel und Winkel des Angriffs ohne einen Piloten oder automatische Kurssteuerung zurückgibt, die die Kontrolloberflächenablenkung ändert. Für ein Flugzeug, um zu seiner zurechtgemachten Einstellung, ohne Eingang von einem Piloten oder automatischer Kurssteuerung zurückzukehren, muss es positive statische Längsstabilität haben.

Raketenaerodynamik

Raketen haben normalerweise kein bevorzugtes Flugzeug oder Richtung des Manövers und haben so symmetrische Tragflächen. Da das Zentrum des Drucks für symmetrische Tragflächen für den kleinen Winkel des Angriffs relativ unveränderlich ist, sprechen Raketeningenieure normalerweise vom ganzen Zentrum des Drucks des kompletten Fahrzeugs für die Stabilität und kontrollieren Analyse. In der Raketenanalyse wird das Zentrum des Drucks normalerweise als das Zentrum des zusätzlichen Druck-Feldes wegen einer Änderung im Winkel des Angriffs von des ordentlichen Winkels des Angriffs definiert. Weil ungeführter in die Höhe schnellt, ist die ordentliche Position normalerweise Nullwinkel des Angriffs, und das Zentrum des Drucks wird definiert, um das Zentrum des Drucks des resultierenden Fluss-Feldes auf dem kompletten Fahrzeug zu sein, das sich aus einem sehr kleinen Winkel des Angriffs ergibt (d. h. das Zentrum des Drucks in der Grenze, als der Winkel des Angriffs zur Null geht). Für die positive Stabilität in Raketen muss das Gesamtfahrzeugzentrum des definierten wie gegebenen Drucks oben weiter von der Nase des Fahrzeugs sein als das Zentrum des Ernstes. In Raketen in niedrigeren Winkeln des Angriffs werden die Beiträge zum Zentrum des Drucks durch die Nase, Flügel und Flossen beherrscht. Die normalisierte normale mitwirkende Kraft-Ableitung in Bezug auf den Winkel des Angriffs jedes Bestandteils, der mit der Position des Zentrums des Drucks multipliziert ist, kann verwendet werden, um einen centroid das Darstellen des Gesamtzentrums des Drucks zu schätzen. Dieses Zentrum des Drucks des zusätzlichen Fluss-Feldes ist hinter dem Zentrum des Ernstes und der zusätzlichen Kraft "Punkte" in der Richtung auf den zusätzlichen Winkel des Angriffs, das erzeugt einen Moment, der das Fahrzeug zurück zur ordentlichen Position stößt. In ferngelenkten Geschossen, wohin die Flossen bewegt werden können, um die Fahrzeuge in verschiedenen Winkeln des Angriffs zurechtzumachen, ist das Zentrum des Drucks das Zentrum des Drucks des Fluss-Feldes in diesem Winkel des Angriffs für die unabgelenkte Finanzposition. Das ist das Zentrum des Drucks jedes Kleingeldes im Winkel des Angriffs (wie definiert, oben). Wieder für die positive statische Stabilität verlangt diese Definition des Zentrums des Drucks, dass das Zentrum des Drucks weiter von der Nase ist als das Zentrum des Ernstes. Das stellt sicher, dass irgendwelche vergrößerten Kräfte, die sich aus vergrößertem Winkel des Angriffs ergeben, auf vergrößerten Wiederherstellungsmoment hinauslaufen, um die Rakete zurück zur zurechtgemachten Position zu steuern. In der Raketenanalyse deutet positiver statischer Rand an, dass das ganze Fahrzeug einen Wiederherstellungsmoment für jeden Winkel des Angriffs von der ordentlichen Position macht.

Bewegung des Zentrums des Drucks für aerodynamische Felder

Das Zentrum des Drucks auf eine symmetrische Tragfläche liegt normalerweise in der Nähe von 25 % der Akkord-Länge hinter dem Blei der Tragfläche. (Das wird den "Punkt des Viertel-Akkords" genannt.) Für eine symmetrische Tragfläche, als Winkel der mitwirkenden Angriffs- und Liftänderung bewegt sich das Zentrum des Drucks nicht. Es bleibt um den Punkt des Viertel-Akkords für alle Winkel von Angriffs- und Liftkoeffizienten. Die Rolle des Zentrums des Drucks in der Kontrollcharakterisierung des Flugzeuges nimmt eine verschiedene Form an als in Raketen.

Auf einer gewölbten Tragfläche besetzt das Zentrum des Drucks keine feste Position. Für eine herkömmlich gewölbte Tragfläche liegt das Zentrum des Drucks etwas hinter dem Punkt des Viertel-Akkords am maximalen Liftkoeffizienten (großer Winkel des Angriffs), aber weil Liftkoeffizient abnimmt (der Winkel des Angriffs nimmt ab) das Zentrum von Druck-Bewegungen zur Hinterseite. Wenn der Liftkoeffizient Null ist, erzeugt eine Tragfläche kein Heben, aber eine herkömmlich gewölbte Tragfläche erzeugt einen Aufstellen-Moment der Nase unten, so ist die Position des Zentrums des Drucks eine unendliche Entfernung hinter der Tragfläche. Diese Richtung der Bewegung des Zentrums des Drucks auf eine herkömmlich gewölbte Tragfläche destabilisiert, einen horizontalen stabiliser nötig machend, um das Flugzeug mit der statischen Längsstabilität zu versorgen. Flugzeuge neigen dazu, gewölbte Flügel zu verwenden, weil sie relativ gütige Flüge mit bevorzugten Flugorientierungen verglichen mit Raketen haben.

Für eine reflexgewölbte Tragfläche liegt das Zentrum des Drucks etwas vor dem Punkt des Viertel-Akkords am maximalen Liftkoeffizienten (großer Winkel des Angriffs), aber weil Liftkoeffizient abnimmt (der Winkel des Angriffs nimmt ab) das Zentrum des Drucks kommt voran. Wenn der Liftkoeffizient Null ist, erzeugt eine Tragfläche kein Heben, aber eine reflexgewölbte Tragfläche erzeugt einen Aufstellen-Moment der Nase, so ist die Position des Zentrums des Drucks eine unendliche Entfernung vor der Tragfläche. Diese Richtung der Bewegung des Zentrums des Drucks auf eine reflexgewölbte Tragfläche stabilisiert sich, und ein horizontaler stabiliser ist nicht notwendig. Ein schwanzloses Flugzeug mit einem geraden Flügel kann entworfen werden, um positive statische Längsstabilität zu haben, wenn der Flügel Reflexwölbung hat.

Auf die Weise macht das Zentrum von Druck-Bewegungen als mitwirkende Liftänderungen es schwierig, das Zentrum des Drucks in der mathematischen Analyse der statischen Längsstabilität eines Flugzeuges zu verwenden. Deshalb ist es viel einfacher, das aerodynamische Zentrum zu verwenden, wenn man eine mathematische Analyse ausführt. Das aerodynamische Zentrum besetzt eine geheftete Position auf einer Tragfläche normalerweise in der Nähe vom Punkt des Viertel-Akkords.

Das aerodynamische Zentrum ist der Begriffsstartpunkt für die Längsstabilität. Die Versorgung des Zentrums des Ernstes eines Flugzeuges liegt vorwärts des aerodynamischen Zentrums das Flugzeug wird positive Längsstabilität haben. Der horizontale Ausgleicher trägt Extrastabilität bei, und das erlaubt dem Zentrum des Ernstes, eine kleine Entfernung achtern des aerodynamischen Zentrums ohne das Flugzeug zu sein, das neutrale Stabilität erreicht. Die Position des Zentrums des Ernstes, an dem das Flugzeug neutrale Stabilität hat, wird den neutralen Punkt genannt.

Siehe auch

• Aerodynamisches Zentrum
• Aerodynamische Kraft
• Aeroprediction
• Zentrum des seitlichen Widerstands
• Statische Längsstabilität
• Nullmoment-Punkt

Referenzen

• Anderson, John D. (1999), Flugzeugsleistung und Design, McGraw-Hügel. Internationale Standardbuchnummer 0-07-116010-8
• Clancy, L.J. (1975), Aerodynamik, Pitman Publishing Limited, London. Internationale Standardbuchnummer 0-273-01120-0