Aerodynamikk er et kunnskapsfelt som studerer bevegelsen av luftstrømmer og deres effekter på faste kropper. Det er en underseksjon av hydro- og gassdynamikk. Forskning på dette området går tilbake til oldtiden, til tiden for oppfinnelsen av piler og planleggingsspyd, som gjorde det mulig å sende et prosjektil lenger og mer nøyaktig mot et mål. Imidlertid ble potensialet til aerodynamikk fullt ut avslørt med oppfinnelsen av tyngre enn luftkjøretøyer som er i stand til å fly eller gli over betydelige avstander.
Siden antikken
Oppdagelsen av aerodynamikkens lover på 1900-tallet bidro til et fantastisk sprang på mange områder innen vitenskap og teknologi, spesielt innen transportsektoren. Basert på dets prestasjoner er det laget moderne fly, som gjorde det mulig å gjøre praktisk t alt ethvert hjørne av planeten Jorden tilgjengelig for publikum.
Den første omtale av et forsøk på å erobre himmelen finnes i den greske myten om Ikaros og Daidalos. Far og sønn bygde fuglelignende vinger. Dette indikerer at folk for tusenvis av år siden tenkte på muligheten for å komme i gang.
Enda en økninginteresse for bygging av fly oppsto under renessansen. Den lidenskapelige forsker Leonardo da Vinci viet mye tid til dette problemet. Notatene hans er kjente, som forklarer prinsippene for drift av det enkleste helikopteret.
Ny æra
Det globale gjennombruddet innen vitenskap (og luftfart spesielt) ble gjort av Isaac Newton. Tross alt er grunnlaget for aerodynamikk en omfattende vitenskap om mekanikk, hvis grunnlegger var en engelsk vitenskapsmann. Newton var den første som betraktet luftmediet som et konglomerat av partikler, som løper inn i en hindring, enten fester seg til det eller reflekteres elastisk. I 1726 presenterte han teorien om luftmotstand for publikum.
Deretter viste det seg at miljøet egentlig består av de minste partiklene – molekyler. De lærte å beregne reflektiviteten til luft ganske nøyaktig, og "stikke"-effekten ble ansett som en uholdbar antagelse.
Overraskende nok fant denne teorien praktisk anvendelse århundrer senere. På 60-tallet, ved begynnelsen av romalderen, sto sovjetiske designere overfor problemet med å beregne den aerodynamiske luftmotstanden til nedstigningskjøretøyer med en "stump" sfærisk form, som utvikler hypersoniske hastigheter ved landing. På grunn av mangelen på kraftige datamaskiner var det problematisk å beregne denne indikatoren. Uventet viste det seg at det er mulig å nøyaktig beregne luftmotstandsverdien og til og med trykkfordelingen over frontdelen ved hjelp av Newtons enkle formel angående effekten av å "klistre" av partikler til et flygende objekt.
Utvikling av aerodynamikk
GründerHydrodynamiker Daniel Bernoulli beskrev i 1738 det grunnleggende forholdet mellom trykk, tetthet og hastighet for inkompressibel strømning, kjent i dag som Bernoullis prinsipp, som også er anvendelig for beregninger av aerodynamisk løft. I 1799 ble Sir George Cayley den første personen som identifiserte de fire aerodynamiske flykreftene (vekt, løft, drag og skyvekraft) og forholdet mellom dem.
I 1871 opprettet Francis Herbert Wenham den første vindtunnelen for nøyaktig å måle aerodynamiske krefter. Uvurderlige vitenskapelige teorier utviklet av Jean Le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff, Lord Rayleigh. I 1889 ble Charles Renard, en fransk luftfartsingeniør, den første personen som vitenskapelig beregnet kraften som kreves for vedvarende flyging.
Fra teori til praksis
På 1800-tallet så oppfinnerne på vingen fra et vitenskapelig synspunkt. Og takket være studiet av mekanismen for fugleflukt, ble aerodynamikk i aksjon studert, som senere ble brukt på kunstige fly.
Otto Lilienthal utmerket seg spesielt innen forskning på vingemekanikk. Den tyske flydesigneren skapte og testet 11 typer seilfly, inkludert et biplan. Han foretok også den første flyturen på et apparat tyngre enn luft. I et relativt kort liv (46 år) foretok han rundt 2000 flyvninger, og forbedret hele tiden designet, som var mer som en hangglider enn et fly. Han døde under neste flytur 10. august 1896, og ble en pionerluftfart, og det første offeret for en flyulykke. Forresten, den tyske oppfinneren overleverte personlig en av seilflyene til Nikolai Yegorovich Zhukovsky, en pioner innen studiet av flyaerodynamikk.
Zhukovsky eksperimenterte ikke bare med flydesign. I motsetning til mange entusiaster på den tiden, vurderte han først og fremst luftstrømmenes oppførsel fra et vitenskapelig synspunkt. I 1904 grunnla han verdens første aerodynamiske institutt i Cachino nær Moskva. Siden 1918 ledet han TsAGI (Central Aerohydrodynamic Institute).
Første fly
Aerodynamikk er vitenskapen som tillot mennesket å erobre himmelen. Uten å studere det, ville det være umulig å bygge fly som beveger seg stabilt i luftstrømmer. Det første flyet i vår vanlige forstand ble laget og løftet i luften 7. desember 1903 av Wright-brødrene. Denne begivenheten ble imidlertid innledet av nøye teoretisk arbeid. Amerikanerne brukte mye tid på å feilsøke utformingen av flyrammen i en vindtunnel av deres eget design.
Under de første flyvningene la Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta og Nikolai Zhukovsky frem teorier som forklarte sirkulasjonen av luftstrømmer som skaper løft. Kutta og Zhukovsky fortsatte å utvikle en todimensjonal teori om vingen. Ludwig Prandtl er kreditert for å ha utviklet den matematiske teorien om subtile aerodynamiske krefter og løftekrefter, samt arbeidet med grenselag.
Problemer og løsninger
Betydningen av flyaerodynamikk økte etter hvert som hastigheten økte. Designere begynte å få problemer med å komprimere luft med eller nær lydhastigheten. Forskjeller i strømning under disse forholdene har ført til flyhåndteringsproblemer, økt luftmotstand på grunn av sjokkbølger og trusselen om strukturell svikt på grunn av aeroelastisk flagring. Forholdet mellom strømningshastighet og lydhastigheten ble k alt Mach-tallet etter Ernst Mach, som var en av de første som undersøkte egenskapene til supersonisk strømning.
William John McQuorn Rankine og Pierre Henri Gougoniot utviklet uavhengig teorien om luftstrømningsegenskaper før og etter en sjokkbølge, mens Jacob Akeret gjorde det første arbeidet med å beregne løft og luftmotstand til supersoniske bæreflater. Theodor von Karman og Hugh Latimer Dryden laget begrepet "transonisk" for å beskrive hastigheter ved Mach 1-grensen (965-1236 km/t), når motstanden øker raskt. Den første lydmuren ble brutt i 1947 på et Bell X-1-fly.
Nøkkelfunksjoner
I henhold til aerodynamikkens lover er det viktig å vite: for å sikre flukt i jordens atmosfære for enhver enhet
- Aerodynamisk drag (X-akse) utøvet av luftstrømmer på et objekt. Basert på denne parameteren velges kraften til kraftverket.
- Løftekraft (Y-akse), som gir stigning og lar enheten fly horisont alt til jordens overflate.
- Øyeblikk med aerodynamiske krefter langs tre koordinatakser som virker på et flygende objekt. viktigster momentet for sidekraften langs Z-aksen (Mz) rettet over flyet (betinget langs vingelinjen). Den bestemmer graden av langsgående stabilitet (om enheten vil "dykke" eller løfte nesen opp når den flyr).
klassifisering
Aerodynamisk ytelse er klassifisert etter luftstrømforhold og egenskaper, inkludert hastighet, komprimerbarhet og viskositet. Ekstern aerodynamikk er studiet av flyt rundt faste gjenstander av forskjellige former. Eksempler er å vurdere løftet og vibrasjonene til et fly, samt sjokkbølgene som dannes foran nesen til en missil.
Intern aerodynamikk er studiet av luftstrøm som beveger seg gjennom åpninger (passasjer) i faste objekter. Den dekker for eksempel studiet av strømninger gjennom en jetmotor.
Aerodynamisk ytelse kan også klassifiseres etter strømningshastighet:
- Subsonisk kalles en hastighet som er mindre enn lydhastigheten.
- Transonic (transonic) - hvis det er hastigheter både under og over lydhastigheten.
- Supersonic - når strømningshastigheten er høyere enn lydhastigheten.
- Hypersonisk - flythastigheten er mye høyere enn lydhastigheten. Vanligvis betyr denne definisjonen hastigheter med Mach-tall over 5.
Helikopteraerodynamikk
Hvis prinsippet for flyflyging er basert på løftekraften under translasjonsbevegelsen som utøves på vingen, så skaper helikopteret liksom løft av seg selv på grunn av rotasjonen av bladene i aksial blåsemodus (det vil si uten translasjonshastighet). Takk tilMed denne funksjonen er helikopteret i stand til å sveve i luften på plass og utføre energiske manøvrer rundt aksen.
Andre applikasjoner
Aerodynamikk gjelder naturligvis ikke bare for fly. Luftmotstand oppleves av alle objekter som beveger seg i rommet i et gass- og flytende medium. Det er kjent at innbyggere i vann - fisk og pattedyr - har strømlinjeformede former. På eksemplet deres kan du spore aerodynamikken i aksjon. Med fokus på dyreverdenen, gjør folk også vanntransport spiss eller dråpeformet. Dette gjelder for skip, båter, ubåter.
Kjøretøy opplever betydelig luftmotstand: den øker etter hvert som hastigheten øker. For å oppnå bedre aerodynamikk får bilene en strømlinjeformet form. Dette gjelder spesielt for sportsbiler.
