Aerodinamika je ... Osnove i značajke aerodinamike

Aerodinamika je područje znanja koje proučava kretanja zračnih struja i njihov utjecaj na krute tvari. Je li pododjeljak hidro- i plinske dinamike. Istraživanje na ovom području seže do antike, do trenutka izuma strelica i planiranja kopija, dopuštajući daljnje i preciznije slanje projektila do cilja. Međutim, potencijal aerodinamike je potpuno otkrio s izumom aparata teže od zraka, koji je sposoban letjeti ili planirati na znatne udaljenosti.

Od davnih vremena

Otkriće zakona aerodinamike u 20. stoljeću pridonijelo je fantastičnom skoku u mnogim područjima znanosti i tehnologije, posebno u području prijevoza. Na svojim postignućima stvoreni su suvremeni zrakoplovi koji su omogućili da gotovo svaki kut planete Zemlje bude dostupan svima.

Prvi spomen pokušaja osvajanja neba nalazi se u grčkome mitu Ikar i Daedalus. Otac i sin izgradili su krila koja su izgledala poput ptica. To ukazuje na to da su prije tisuće godina ljudi razmišljali o mogućnosti udaljavanja od zemlje.

Još jedan val zanimanja za izgradnju zrakoplova pojavio se u renesansi. Strastveni istraživač Leonardo da Vinci posvetio je mnogo vremena ovom problemu. Poznate su njegove note, koje objašnjavaju načela rada najjednostavniji helikopter.

Nova era

Globalni napredak u znanosti (i posebno zrakoplovstvu) napravio je Isaac Newton. Uostalom, temelj aerodinamike je sveobuhvatna znanost mehanike, čiji je predak postao engleski znanstvenik. Newton smatra prvim zraka okoliš kao konglomerat čestica koje racija na prepreku ili staviti na njega, ili se ogledaju elastično. Godine 1726. uveo je teoriju otpora zraka prema javnosti.

Kasnije je postalo jasno da medij zaista sastoji od najmanjih čestica - molekula. Razmišljanje sposobnosti zraka za izračunavanje naučeno je prilično točno, a učinak "zabijanja" smatra se neodrživom pretpostavkom.

Iznenađujuće, ta je teorija pronašla praktičnu primjenu stoljećima kasnije. U 60-ih godina, na početku svemirskog doba, sovjetski projektanti su suočeni s problemom izračuna drag Landers „tupim” sferični oblik prilikom slijetanja u razvoju nadzvučne brzine brzine. Zbog nedostatka snažnih računala bilo je problematično izračunati taj indeks. Začudo, s dovoljnom točnošću izračunati vrijednost otpora, pa čak i raspodjelu pritiska preko prednjeg dijela mogu biti jednostavne Newtonove formule koja se odnosi na učinak „viri” od čestica letećeg objekta.

Razvoj aerodinamike

Osnivač hidrodinamike Daniel Bernoulli u 1738. opisao temeljni odnos između tlaka, gustoće i brzine za nestlačivim toka, danas poznatog kao Bernoullijeva jednadžba, koja je također pogodan korištenje za izračun sila aerodinamičkog uzgona. U 1799, Sir George Cayley je bila prva osoba koja je identificirala četiri aerodinamičke sile leta (težina, dizalo, drag i potisak), a odnos između njih.

Godine 1871. Francis Herbert Wenham stvorio je prvi tunel vjetra koji omogućuje precizno mjerenje aerodinamičkih snaga. Neprocjenjive znanstvene teorije koje su razvili Jean Le Rond D`Alembert, Gustave Kirchhoff, Lord Rayleigh. Godine 1889. Charles Renard, francuski zrakoplovni inženjer, postao je prva osoba koja je znanstveno izračunala snagu potrebnu za održivi let.

Od teorije do prakse

U 19. stoljeću, izumitelji su pogledali krilo s znanstvenog stajališta. I zahvaljujući istraživanju mehanizma leta ptica, proučavana je aerodinamika u akciji, koja je kasnije primijenjena na umjetne zrakoplove.

Otto Lilienthal bio je osobito uspješan u istraživanju mehanike krila. Njemački dizajner zrakoplova stvorio je i testovao 11 vrsta jedrilica, uključujući biplane. Također je napravio prvi let na aparatu teži od zraka. Za relativno kratak život (46 godina), dovršio je oko 2.000 letova, neprestano poboljšavajući dizajn, koji je više nalikovalo vješalicama na avionu nego zrakoplov. Umro je tijekom sljedećeg leta 10. kolovoza 1896., postajući i pionir u zrakoplovstvu i prva žrtva zrakoplovne nesreće. Usput, jedan od glisera njemački izumitelj osobno predao pionir u proučavanju aerodinamika zrakoplova Zhukovsky Nikolai Egorovich.

Zhukovsky nije samo eksperimentirao dizajna zrakoplova. Za razliku od mnogih entuzijasta tog vremena, prvo je smatrao ponašanje struja zraka sa znanstvenog stajališta. Godine 1904. osnovao je prvi aerodinamički institut na svijetu u Kachinou u blizini Moskve. Od 1918. vodio je TsAGI (Središnji aerohidrodinamički institut).

Prvi zrakoplov

Aerodinamika je znanost koja je omogućila osobi da osvoji nebo. Bez proučavanja, nemoguće je graditi zrakoplove koji se stalno kreću u zračnim strujama. Prvi zrakoplov u uobičajenom smislu napravljen je i podignut u zraku 7. prosinca 1903., braća Wright. Međutim, ovaj događaj prethodi oprezni teorijski rad. Amerikanci su proveli puno vremena za ispravljanje pogrešaka dizajna zvučnika u tunelu vjetra vlastitog dizajna.

Tijekom prvih letova Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta i Nikolaj Zhukovsky iznjedrili su teorije koje su objasnile cirkulaciju zračnih struja koje stvaraju lift. Kutta i Zhukovsky nastavljaju razvijati dvodimenzionalnu teoriju krila. Ludwig Prandtl pripisuje se razvoju matematičke teorije suptilnih aerodinamičkih i nosačkih sila, kao i rad s graničnim slojevima.

Problemi i rješenja

Važnost aerodinamike zrakoplova povećala se s povećanjem brzine. Dizajneri su se počeli suočavati s problemima povezanim sa komprimiranjem zraka pri brzini blizu ili većoj od brzine zvuka. Razlike u tijekovima u takvim uvjetima dovele su do problema s kontrolom zrakoplova, povećane otpornosti zbog udarnih valova i prijetnji strukturnih neuspjeha uslijed aeroelastičnog prigušenja. Pozvao se omjer brzine protoka i brzine zvuka Mach broj imenom Ernst Mach, koji je bio jedan od prvih koji je proučavao svojstva nadzvučnog protoka.

William John Rankin Makkuorn Pierre Henri Gugoniot samostalno razvio teoriju svojstava protoka zraka prije i poslije udarni val, dok je Jakob Akeret provela početni rad na izračunu žičara i povucite nadzvučne aerodinamične površine. Theodore von Karman i Hugh Latimer Dryden uveo pojam „nadzvučni” za opisivanje brzine na granici Mach 1 (965-1236 km / h), kada se otpor povećava brže. Po prvi puta zvučna barijera bio je prevladan u 1947 by Bell X-1.

Glavne značajke

Prema zakonima aerodinamike, kako bi se osigurao let u atmosferi zemlje bilo kojeg uređaja, važno je znati:

• Aerodinamički povlačenje (os X), koje struja zraka struji do objekta. Na temelju tog parametra odabire se snaga elektrane.
• Sila podizanja (Y osi), omogućujući penjanje i dopuštajući uređaj da leti vodoravno na površinu zemlje.
• Trenuci aerodinamičkih sila duž tri osi koordinata koji djeluju na letećem objektu. Najvažniji je moment lateralne sile duž Z (Mz) osi, usmjerene preko zrakoplova (uvjetno duž krilne linije). Određuje stupanj uzdužne stabilnosti (da li će stroj "zaroniti" ili nos gore up kada leti).

klasifikacija

Aerodinamičke karakteristike klasificiraju se prema uvjetima i svojstvima protoka zraka, uključujući brzinu, stlačivost i viskoznost. Vanjska aerodinamika je proučavanje protoka krutih objekata raznih oblika. Primjeri su vrednovanje uspon i vibracija zrakoplova, kao i udarni valovi koji se formiraju ispred raketnog nosa.

Unutarnja aerodinamika je proučavanje protoka zraka koji se kreće kroz otvore (prolaze) u čvrstim predmetima. Na primjer, pokriva proučavanje protoka kroz mlazni motor.

Aerodinamički pokazatelji se također mogu razvrstati prema brzini protoka:

• Subsonika se naziva brzinom manjom od brzine zvuka.
• Transonic (transonic) - ako su brzine i ispod i iznad brzine zvuka.
• Supersonic - kada brzina protoka je veća od brzine zvuka.
• Hypersonic - brzina protoka je mnogo veća od brzine zvuka. Obično ova definicija znači brzine s Mach brojevima iznad 5.

Aerodinamika helikoptera

Ako je zrakoplov se temelji na principu sile uzgona kada Kretanje se vrši na krilu, helikopter kao da stvara sila uzgona zbog rotacije lopatica u modu aksijalni puhala (tj nema naprijed brzine). Zbog ove osobine, helikopter je sposoban objesiti u zrak i vršiti snažne manevre oko osi.

Ostale aplikacije

Naravno, aerodinamika se primjenjuju ne samo na zrakoplove. Otpornost zraka doživljava svi objekti koji se kreću u prostoru u plinskom i tekućem mediju. Poznato je da vodeni stanovnici - riba i sisavci - imaju ujednačene oblike. Na njihovom primjeru možete pratiti aerodinamiku u akciji. Usredotočujući se na životinjski svijet, ljudi također čine vodeni transport usmjerenim ili kapljikastim. To se tiče brodova, brodova, podmornica.

Značajni otpor zraka doživljava vozila: povećava se s povećanjem brzine. Da bi se postigla bolja aerodinamika, automobili dobivaju moderan oblik. To se posebno odnosi na sportske automobile.