Aerodinamica este ... Fundamentele și caracteristicile aerodinamicii

Aerodinamica este un domeniu de cunoaștere care studiază mișcările curenților de aer și efectele lor asupra solidelor. Este o subsecțiune a dinamicii hidro și gazelor. Cercetarea în acest domeniu datează din antichitate, până la inventarea săgeților și copiilor de planificare, permițând în continuare și mai precis trimiterea proiectilului către țintă. Cu toate acestea, potențialul aerodinamicii a fost complet dezvăluit prin inventarea aparatelor mai grele decât aerul, capabile să zboare sau să planifice distanțe considerabile.

Din cele mai vechi timpuri

Descoperirea legilor aerodinamicii în secolul al XX-lea a contribuit la un salt fantastic în multe domenii ale științei și tehnologiei, în special în domeniul transporturilor. În ceea ce privește realizările sale, s-au creat aeronave moderne, ceea ce a făcut posibilă punerea la dispoziția tuturor a oricărui colț al planetei Pământ.

Prima menționare a încercării de cucerire a cerului se găsește în mitul grec al lui Icarus și al lui Daedalus. Tatăl și fiul au construit aripi care păreau ca niște păsări. Acest lucru indică faptul că, cu mii de ani în urmă, oamenii s-au gândit la posibilitatea de a se rupe de pe pământ.

O altă creștere a interesului pentru construcția de aeronave a apărut în Renaștere. Pasionatul explorator Leonardo da Vinci a dedicat mult timp acestei probleme. Cunoscute sunt notele sale, care explică principiile muncii cel mai simplu elicopter.

Noua eră

O descoperire globală în domeniul științei (și a aeronautic în special) a fost făcută de Isaac Newton. La urma urmei, baza aerodinamicii este știința cuprinzătoare a mecanicii, strămoșoarea căreia a devenit un om de știință englez. Newton a fost primul care a considerat mediul aerian drept un conglomerat de particule, care, atunci când lovesc un obstacol, fie se lipeau de el, fie se reflectă reziliat. În 1726 a prezentat publicului teoria rezistenței la aer.

Mai târziu, a devenit clar că mediul constă într-adevăr din cele mai mici particule - molecule. Reflectarea capacității aerului de a calcula a fost învățată destul de precis, iar efectul "lipirii" a fost considerat o presupunere incontestabilă.

Surprinzător, această teorie a găsit aplicații practice secole mai târziu. În anii `60, la începutul erei spațiale, designerii sovietici se confruntă cu problema de calcul trageți Sondele „contondent“ formă sferică, la aterizarea în curs de dezvoltare viteza hipersonic. Din cauza lipsei de calculatoare puternice, a fost dificil să se calculeze acest indice. In mod surprinzator, cu suficientă precizie pentru a calcula valoarea rezistenței, și chiar și distribuția presiunii asupra părții din față poate fi de formula Newtonian simplă în ceea ce privește efectul de „lipirea“ a particulelor la un obiect zburător.

Dezvoltarea aerodinamicii

Fondator al hidrodinamică Daniel Bernoulli în 1738, a descris relația fundamentală dintre presiunea, densitatea și viteza pentru un debit incompresibil, cunoscut astăzi ca principiu lui Bernoulli, care este, de asemenea, utilizarea adecvată pentru calculele de forță de ridicare aerodinamică. În 1799, Sir George Cayley a fost prima persoană care a identificat cele patru forțe aerodinamice de zbor (greutate, lift, trageți și forța de tracțiune), și relația dintre ele.

În 1871, Francis Herbert Wenham a creat primul tunel vânt, care permite măsurarea exactă a forțelor aerodinamice. Noile teorii științifice dezvoltate de Jean Le Rond D`Alembert, Gustave Kirchhoff, Lord Rayleigh. În 1889, Charles Renard, inginer aeronautic francez, a devenit prima persoană care a calculat științific puterea necesară pentru un zbor durabil.

De la teorie la practică

În secolul al XIX-lea, inventatorii au privit aripa din punct de vedere științific. Și datorită cercetării mecanismului de zbor al păsărilor, a fost studiată aerodinamica în acțiune, care a fost ulterior aplicată aeronavelor artificiale.

Otto Lilienthal a avut un succes deosebit în cercetarea mecanicii aripilor. Designerul german de aeronave a creat și testat 11 tipuri de glise, inclusiv un biplan. El a făcut și primul zbor pe un aparat mai greu decât aerul. Pentru o viață relativ scurtă (46 de ani), a finalizat circa 2000 de zboruri, îmbunătățind în mod constant designul, care era mai degrabă un glider decât un avion. El a murit în timpul următorului zbor pe 10 august 1896, devenind atât un pionier în aeronautică, cât și prima victimă a unui accident de avion. Apropo, unul dintre planoarele inventatorul german a predat personal pionierului în studiul aerodinamicii aeronautice Zhukovsky Nikolai Egorovich.

Zhukovsky nu a experimentat doar cu modele de aeronave. Spre deosebire de mulți entuziaști ai acelui timp, în primul rând a considerat comportamentul fluxurilor de aer din punct de vedere științific. În 1904 a fondat primul institut aerodinamic din Kachino, lângă Moscova. Din 1918 a condus TsAGI (Institutul Central de Aerohidrodinamică).

Prima aeronavă

Aerodinamica este o știință care a permis unei persoane să cucerească cerul. Fără a-l studia, ar fi imposibil să construim avioane care se mișcă constant în curenții de aer. Primul avion, în sensul obișnuit, a fost făcut și ridicat în aer la 7 decembrie 1903, frații Wright. Cu toate acestea, acest eveniment a fost precedat de o lucrare teoretică atentă. Americanii au petrecut mult timp depanarea design-ului de aeronavă într-un tunel aerodinamic de design propriu.

În timpul primului zbor Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta, iar Nikolai Zhukovsky a prezentat o teorie care explică circulația fluxurilor de aer, creând lift. Kutta și Zhukovsky au continuat să dezvolte o teorie bidimensională a aripii. Ludwig Prandtl este creditat cu dezvoltarea teoriei matematice a forțelor subțiri și aerodinamice de ridicare, precum și lucrul cu straturi limită.

Probleme și soluții

Importanța aerodinamicii aeronavelor a crescut odată cu creșterea vitezei. Designerii au început să se confrunte cu probleme asociate compresiei aerului cu o viteză apropiată sau mai mare decât viteza sunetului. Diferențele în fluxurile în aceste condiții au condus la probleme de control al aeronavelor, la o rezistență crescută datorată undelor de șoc și la amenințarea unui eșec structural datorită unui flutter aeroelastic. A fost apelat raportul dintre viteza de curgere și viteza sunetului Numărul Mach numit Ernst Mach, care a fost unul dintre primii care studiază proprietățile unui flux supersonic.

William John Rankin Makkuorn și Pierre Henri Gugoniot dezvoltat independent teoria proprietăților de curgere a aerului înainte și după unda de șoc, în timp ce Jakob Akeret efectuat de lucru inițial la calcularea ascensorului și trageți suprafețe aerodinamice supersonice. Theodore von Karman si Hugh Latimer Dryden a introdus termenul „transonic“ pentru a descrie viteza la limita Mach 1 (965-1236 km / h), atunci când rezistența crește rapid. Pentru prima dată bariera sonora a fost depășită în 1947 de Bell X-1.

Caracteristici principale

Conform legilor aerodinamicii, pentru a asigura zborul în atmosfera pământului oricărui dispozitiv, este important să știți:

• Retragerea aerodinamică (axa X) exercitată de fluxul de aer către obiect. Pe baza acestui parametru, este aleasă puterea centralei electrice.
• Forța de forță (axa Y), oferind alpinism și permițând dispozitivului să zboare orizontal pe suprafața solului.
• Momente ale forțelor aerodinamice de-a lungul celor trei axe ale coordonatelor care acționează asupra obiectului zburător. Cel mai important este momentul forței laterale de-a lungul axei Z (Mz), îndreptat peste aeronavă (condiționat de-a lungul liniei de aripă). Aceasta determină gradul de stabilitate longitudinală (dacă mașina se va "scufunda" sau nasul în sus când zboară).

clasificare

Caracteristicile aerodinamice sunt clasificate în funcție de condițiile și proprietățile debitului de aer, inclusiv viteza, compresibilitatea și viscozitatea. Aerodinamica aeriană este studiul fluxului în jurul obiectelor solide de diferite forme. Exemple sunt evaluarea ascensiunii și a vibrațiilor aeronavei, precum și undele de șoc care se formează în fața nasului rachetei.

Aerodinamica internă este studiul fluxului de aer care se mișcă prin deschideri (pasaje) în obiecte solide. De exemplu, acoperă studiul fluxurilor prin intermediul unui motor cu reacție.

Indicatorii aerodinamici pot fi, de asemenea, clasificați în funcție de debitul:

• Un subsonic se numește o viteză mai mică decât viteza sunetului.
• Transonic (transonic) - dacă există viteze atât sub și peste viteza sunetului.
• Supersonic - în cazul în care debitul de viteza sunetului.
• Hipersonic - viteza fluxului este mult mai mare decât viteza sunetului. De obicei, această definiție înseamnă viteze cu numere de Mach peste 5.

Aerodinamica elicopterului

În cazul în care avionul se bazează pe principiul forței de ridicare atunci când deplasarea înainte exercitată pe aripa, elicopterul ca și în cazul în care el creează o forță de ridicare din cauza rotației paletelor în modul de suflantă axială (de exemplu, nu viteza de deplasare înainte). Datorită acestei caracteristici, elicopterul este capabil să stea în aer în loc și să efectueze manevre energice în jurul axei.

Alte aplicații

Bineînțeles, aerodinamica nu se aplică numai aeronavelor. Rezistența la aer se resimte de toate obiectele care se deplasează în spațiu într-un mediu gazos și lichid. Se știe că locuitorii acvatici - peștii și mamiferele - au forme raționalizate. La exemplul lor, puteți urmări aerodinamica în acțiune. Concentrându-se pe lumea animală, oamenii fac și pointy de transport de apă sau în formă de picături. Aceasta se referă la nave, bărci, submarine.

O rezistență semnificativă la aer se întâlnește de către vehicule: crește odată cu creșterea vitezei. Pentru a obține o aerodinamică mai bună, automobilele au o formă simplificată. Acest lucru este valabil mai ales pentru mașinile sport.