Aerodinamika je ... Osnove in značilnosti aerodinamike

Aerodinamika je področje znanja, ki proučuje gibanje zračnih tokov in njihove učinke na trdne snovi. Je pododdelek hidro in plinske dinamike. Raziskave na tem področju segajo v antiko, do trenutka izumljanja puščic in kopij načrtovanja, kar omogoča nadaljnje in natančnejše pošiljanje projektila do cilja. Vendar pa je bil potencial aerodinamike popolnoma odkrit pri izumu aparata, težjega od zraka, ki je sposoben leteti ali načrtovati na precejšnjih razdaljah.

Od antičnih časov

Odkritje aerodinamičnih zakonov v 20. stoletju je prispevalo k fantastičnemu preskoku na številnih področjih znanosti in tehnologije, zlasti na področju prometa. Na svojih dosežkih so nastali sodobni zrakoplovi, ki so omogočili, da je skoraj vsak kotiček Zemlje na voljo vsem.

Prva omemba poskusa osvajanja neba najdemo v grškem mitu o Ikaru in Daedalu. Oče in sin sta zgradila krila, ki so izgledala kot ptice. To kaže, da so pred tisočimi leti ljudje razmišljali o možnosti, da bi se oddaljili od zemlje.

V renesansi se je pojavilo še drugo zanimanje za gradnjo letal. Strastni raziskovalec Leonardo da Vinci je veliko časa posvetil tej težavi. Znane so njegove opombe, ki pojasnjujejo načela dela najpreprostejši helikopter.

Nova doba

Globalni preboj v znanosti (in zlasti aeronavtika) je naredil Isaac Newton. Navsezadnje je osnova aerodinamike celovita mehanska znanost, katere je prednik postal angleški znanstvenik. Newton je bil prvi, ki je obravnaval zračno okolje kot konglomerat delcev, ki se, ko naletijo na oviro, bodisi držijo ali se prožno odražajo. Leta 1726 je uvedel teorijo zračne upornosti za javnost.

Kasneje je postalo jasno, da medij res sestoji iz najmanjših delcev - molekul. Odraz sposobnosti zraka za izračun je bil precej natančno izveden, učinek "lepljenja" pa se je štel za nevzdržno predpostavko.

Presenetljivo je, da je ta teorija kasneje postala praktična uporaba. V 60-ih let, na začetku vesoljske dobe, so sovjetske oblikovalci soočajo s problemom izračuna povlecite Landers "topi" okrogle oblike pri pristanku razvoju Hipersoničan hitrost. Zaradi pomanjkanja močnih računalnikov je bilo težko izračunati ta indeks. Presenetljivo je, da z zadostno natančnostjo izračun vrednosti upora, in enakomerna porazdelitev tlaka nad drugi strani so lahko enostavne Newtonove formule glede učinka "lepljenje" delcev na leteči predmet.

Razvoj aerodinamike

Ustanovitelj hidrodinamike Daniel Bernoulli leta 1738 opisal temeljno razmerje med tlaka, gostote in hitrosti za nestišljivog, danes znano kot načelo Bernoulli, ki je primerna tudi uporaba za izračun aerodinamičnega vzgona. Leta 1799 je Sir George Cayley prva oseba, ki je opredelila štiri aerodinamičnih sil letenja (teže, dvigalo, povleci in potiska), in odnos med njima.

Leta 1871 je Francis Herbert Wenham ustvaril prvi vetrovnik, ki omogoča natančno merjenje aerodinamičnih sil. Nenavadne znanstvene teorije, ki so jih razvili Jean Le Rond D`Alembert, Gustave Kirchhoff, Lord Rayleigh. Leta 1889 je Charles Renard, francoski letalski inženir, postal prva oseba, ki je znanstveno izračunala moč, potrebno za trajnostni let.

Od teorije do prakse

V 19. stoletju so izumitelji pogledali krilo z znanstvenega vidika. In zahvaljujoč raziskavi mehanizma poleta ptic smo proučili aerodinamiko v akciji, ki se je kasneje uporabljala za umetno letalo.

Otto Lilienthal je bil posebej uspešen pri raziskovanju krilne mehanike. Nemški oblikovalec letal je ustvaril in preizkusil 11 vrst jadralcev, vključno z biplanom. Prav tako je naredil prvi let na napravi, težji od zraka. Za sorazmerno kratko življenje (46 let) je zaključil približno 2.000 letov, pri čemer se je konstantno izboljševal dizajn, ki je bil bolj kot zmajovalski jadralec kot letalo. Umrl je med naslednjim letom 10. avgusta 1896, ko je postal pionir v aeronavtiki, in prva žrtev letalske nesreče. Mimogrede, eden od jadralcev, ki jih je nemški izumitelj osebno predal pionirju pri študiju letalske aerodinamike Zhukovsky Nikolai Egorovich.

Zhukovsky ni samo eksperimentiral z modeli letala. Za razliko od številnih navdušencev tistega časa, je najprej preučeval vedenje zračnih tokov z znanstvenega vidika. Leta 1904 je ustanovil prvi svetovni aerodinamični inštitut v Kachinu blizu Moskve. Od leta 1918 je vodil TsAGI (Central Aerohydrodynamic Institute).

Prvi letalo

Aerodinamika je znanost, ki je osebi omogočila, da osvoji nebo. Brez študija bi bilo nemogoče graditi letala, ki se vztrajno gibajo v zračnih tokovih. Prva ravnina v običajnem pomenu je bila izdelana in dvignjena v zraku 7. decembra 1903, brata Wright. Vendar pa je temu dogodku sledilo natančno teoretično delo. Američani so veliko časa razbremenili načrtovanja letal v vetrovniku svojega lastnega načrta.

Med prvimi leti Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta in Nikolai Zhukovsky so predstavili teorije, ki so pojasnile kroženje zračnih tokov, ki ustvarjajo dvigalo. Kutta in Zhukovsky sta še naprej razvijala dvodimenzionalno teorijo krila. Ludwig Prandtl se pripisuje razvoju matematične teorije subtilnih aerodinamičnih in dvižnih sil ter dela z mejnimi plasti.

Težave in rešitve

Povečal se je pomen aerodinamike letal. Oblikovalci so se začeli soočati s težavami, povezanimi s stiskanjem zraka pri hitrosti, ki je blizu ali večja od hitrosti zvoka. Razlike v tokovih v takih razmerah so povzročile težave pri kontroli letala, večjo upornost zaradi udarnih valov in grožnjo strukturne odpovedi zaradi aeroelastičnega flutterja. Povzeto je bilo razmerje med hitrostjo pretoka in hitrostjo zvoka Številka Macha Ernst Mach, ki je bil eden prvih, ki je preučeval lastnosti supersoničnega toka.

William John Rankin Makkuorn in Pierre Henri Gugoniot neodvisno razvil teorijo lastnosti pretoka zraka pred in po udarni val, medtem ko je Jakob Akeret opravili začetno delo na izračun dvigala in povlecite nadzvočne aerodinamičnih površin. Theodor von Karman in Hugh Latimer Dryden uveden izraz »Nadzvučni" za opis hitrosti na meji Mach 1 (965-1236 km / h), ko se poveča odpornost prej začele. Prvič zvočna pregrada je leta 1947 premagal Bell X-1.

Glavne značilnosti

V skladu z zakoni aerodinamike, da bi zagotovili let v ozračju zemlje katerekoli naprave, je pomembno vedeti:

• Aerodinamični vlečenje (os X), ki ga povzročajo zračni tokovi do objekta. Na podlagi tega parametra je izbrana moč elektrarne.
• Dvigalna sila (Y os), ki omogoča plezanje in omogoča, da naprava leti vodoravno do površine tal.
• Trenutki aerodinamičnih sil vzdolž treh osi koordinat, ki delujejo na letenju. Najpomembnejši je bočni moment sile vzdolž osi Z (Mz), ki je usmerjen čez letalo (pogojno vzdolž krilne linije). Določa stopnjo vzdolžne stabilnosti (ali bo naprava "potopila" ali bulja ko letijo).

Razvrstitev

Aerodinamične značilnosti so razvrščene glede na pogoje in lastnosti pretoka zraka, vključno s hitrostjo, stisljivostjo in viskoznostjo. Zunanja aerodinamika je preučevanje pretoka okoli trdnih predmetov različnih oblik. Primeri so ocenjevanje vzpona in vibracij zrakoplova ter udarni valovi, ki se tvorijo pred raketnim nosom.

Notranja aerodinamika je preučevanje pretoka zraka skozi odprtine (prehodi) v trdnih predmetih. Na primer, zajema preučevanje tokov skozi reaktivni motor.

Aerodinamični indikatorji se lahko razvrstijo tudi glede na pretok:

• Podzvočnik se imenuje hitrost, manjša od hitrosti zvoka.
• Transonic (transonicna) - če so hitrosti pod in nad hitrostjo zvoka.
• Supersonični - ko je hitrost pretoka večja od hitrosti zvoka.
• Hipersonično - hitrost pretoka je veliko večja od hitrosti zvoka. Običajno ta opredelitev pomeni hitrost s številkami Mach nad 5.

Aerodinamika helikopterja

Če je letalo, ki temelji na načelu sile vzgona, ko pomikanje deluje na krilu, helikopter, kot če ustvarja dvigalo sile zaradi vrtenja lopatic v načinu aksialna ventilatorja (tj ne naprej hitrosti). Hvala za to funkcijo je sposoben helikopter lebdenja v mestu in živahna manevre okoli osi.

Druge aplikacije

Seveda se aerodinamika uporablja ne samo za letala. Odpornost proti zraku so doživeli vsi predmeti, ki se premikajo v vesolju v plinskem in tekočem mediju. Znano je, da imajo vodni prebivalci - ribe in sesalci - poenostavljene oblike. Na njihovem primeru lahko sledite aerodinamiki v akciji. Osredotočajo se na živalski svet, ljudje prav tako naredijo vodni prevoz usmerjeni ali kapljični. To zadeva ladje, čolni, podmornice.

Pomembna zračna upornost povzroča vozila: povečuje se s povečano hitrostjo. Da bi dosegli boljšo aerodinamiko, imajo avtomobili poenostavljeno obliko. To še posebej velja za športne avtomobile.