Aerodynamika je ... Zásady a rysy aerodynamiky

Aerodynamika je oblast znalostí, která studuje pohyby proudů vzduchu a jejich účinky na pevné látky. Je podsekce hydro- a plynové dynamiky. Výzkum v této oblasti se datuje zpátky do starověku, do doby vynálezu šípů a plánovacích kopií umožňuje dál a přesněji poslat projektil k cíli. Avšak potenciál aerodynamiky byl zcela odhalen vynálezem zařízení těžšího než vzduch, schopného letět nebo plánovat na značné vzdálenosti.

Od starověku

Objev aerodynamických zákonů ve 20. století přispěl k fantastickému skoku v mnoha oblastech vědy a techniky, zejména v oblasti dopravy. Na základě svých úspěchů byly vytvořeny moderní letadla, které umožnily vytvořit prakticky libovolný roh planety Země všem.

První zmínka o pokusu o dobytí oblohy se nachází v řeckém mýtu Icarus a Daedalus. Otec a syn postavili křídla, které vypadaly jako ptáci. To naznačuje, že před tisíci lety lidé mysleli na možnost odtrhnout se od země.

V renesanci se objevil další nárůst zájmu o stavbu letadel. Váš vášnivý průzkumník Leonardo da Vinci věnoval tomuto problému hodně času. Známé jsou jeho poznámky, které vysvětlují principy práce nejjednodušší vrtulník.

Nová éra

Celosvětový průlom ve vědě (a zejména v letectví) provedl Isaac Newton. Koneckonců, základem aerodynamiky je komplexní věda mechaniky, jejíž předchůdce se stalo anglickým vědcem. Newton byl první, kdo zvážil vzduchové prostředí jako konglomerát částic, který, když narazí na překážku, se buď držel nebo se pružně odrazil. V roce 1726 uvedl teorii odporu vzduchu k veřejnosti.

Později bylo jasné, že médium skutečně sestává z nejmenších částic - molekul. Reflexní schopnost výpočtu vzduchu byla naučena docela přesně a účinek "přilepení" byl považován za neudržitelný předpoklad.

Divu, že tato teorie našla praktické uplatnění staletí později. V 60. letech, na počátku kosmického věku, sovětské návrháři se potýkají s problémem výpočtu táhnout Landers „tupý“ kulovitý tvar při přistání vývoji hypersonické rychlost. Vzhledem k nedostatku výkonných počítačů pro výpočet této částky bylo problematické. Překvapivě, s dostatečnou přesností pro výpočet hodnoty odporu a rovnoměrné rozložení tlaku v přední části může mít jednoduchou newtonovské vzorce týkající se účinku „nalepení“ částic na letícím předmětem.

Vývoj aerodynamiky

Zakladatel hydrodynamiky Daniel Bernoulli v roce 1738 popisuje základní vztah mezi tlakem, hustoty a rychlosti pro nestlačitelné proudění, dnes známém jako Bernoulliho princip, který je také vhodný pro použití výpočtů aerodynamické vztlakové síly. V roce 1799, Sir George Cayley byl první člověk, který identifikoval čtyři aerodynamické síly letu (hmotnost, výtah, odporu a tahu), a vztah mezi nimi.

V roce 1871 vytvořil Francis Herbert Wenham první aerodynamický tunel, který umožňuje přesné měření aerodynamických sil. Neocenitelné vědecké teorie vyvinuté Jeanem Le Rondem D`Alembertem, Gustavem Kirchhoffem, lordem Rayleighem. V roce 1889 se francouzský letecký inženýr Charles Renard stal prvním člověkem, který vědecky vypočítal sílu potřebnou pro udržitelný let.

Od teorie k praxi

V 19. století se vynálezci dívali na křídlo z vědeckého hlediska. A díky výzkumu mechanismu letu ptáků byla studována aerodynamika v akci, která byla později použita na umělé letadlo.

Otto Lilienthal byl zvláště úspěšný ve výzkumu mechaniky křídla. Německý návrhář letadel vytvořil a testoval 11 typů kluzáků včetně dvojplošníku. Také udělal první let na přístroji těžším než vzduch. Pro poměrně krátkou životnost (46 let) dokončil asi 2000 letů, neustále se zlepšoval design, který se spíše podobal visutému kluzáku než letounu. Zemřel během příštího letu 10. srpna 1896, stává se průkopníkem v letectví a prvním obětí letecké havárie. Mimochodem, jeden z kluzáků německého vynálezce osobně předal průkopníkem ve studiu aerodynamiky letadel Zhukovsky Zhukovsky.

Zhukovský s tím neměl jen experiment návrhy letadel. Na rozdíl od mnoha nadšenců tehdejší doby považoval chování proudů vzduchu z vědeckého hlediska. V roce 1904 založil první aerodynamický institut na světě v Kachino poblíž Moskvy. Od roku 1918 vedl TsAGI (Central Aerohydrodynamic Institute).

První letadlo

Aerodynamika je věda, která člověku umožnila dobýt oblohu. Bez studie by bylo nemožné postavit letadla, která se neustále pohybují ve vzduchu. První letadlo v obvyklém smyslu bylo vyrobeno a vzneseno ve vzduchu 7. prosince 1903, bratři Wrighta. Tuto událost však předcházely pečlivá teoretická práce. Američané strávili mnoho času laděním návrhu draku do aerodynamického tunelu svého vlastního designu.

Během prvního letu Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta, a Nikolai Zhukovsky předložila teorii, která vysvětlila cirkulace proudu vzduchu vytváří vztlak. Kutta a Žukovský pokračovali ve vývoji dvourozměrné teorie křídla. Ludwigu Prandtlovi je připočítán vývoj matematické teorie jemných aerodynamických a zdvihacích sil a práce s hraničními vrstvami.

Problémy a řešení

Důležitost aerodynamiky letadel se zvýšila, když jejich rychlost vzrostla. Návrháři začali čelit problémům spojeným s kompresí vzduchu rychlostí blízkou nebo vyšší než rychlost zvuku. Rozdíly v tocích za takových podmínek vedly k problémům s řízením letadel, zvýšené odolnosti vlivem rázových vln a hrozbě strukturálního selhání v důsledku aeroelastického flutteru. Byl volán poměr rychlosti proudění k rychlosti zvuku Mach číslo jmenoval Ernst Mach, který byl jedním z prvních, kdo studoval vlastnosti nadzvukového toku.

William John Rankin Makkuorn a Pierre Henri Gugoniot nezávisle vyvinul teorii vlastností proudění vzduchu před a za rázovou vlnou, zatímco Jakob Akeret provedena počáteční práce na výpočet vztlaku a odporu nadzvukové aerodynamických ploch. Theodore von Karman a Hugh Latimer Dryden zavedl termín „Transonic“ popisovat rychlost na rozhraní Mach 1 (965-1236 km / h), při níž se zvyšuje odpor rychleji. Poprvé zvukovou bariéru byl překonán v roce 1947 Bell X-1.

Hlavní vlastnosti

Podle zákonů aerodynamiky, aby byl zajištěn let v atmosféře země jakéhokoli zařízení, je důležité vědět:

• Aerodynamické přetahování (osa X) vyvíjené vzduchem proudí do objektu. Na základě tohoto parametru je zvolen výkon elektrárny.
• Zdvihová síla (osa Y), která zajišťuje lezení a umožňuje, aby zařízení leželo vodorovně k povrchu země.
• Momenty aerodynamických sil podél tří os souřadnic působících na létající objekt. Nejdůležitější je moment boční síly podél osy Z (Mz), směřující přes letadlo (podmíněně podél křídla). Určuje stupeň podélné stability (zda se stroj "potápí" nebo bully při létání).

Klasifikace

Aerodynamické vlastnosti jsou klasifikovány podle podmínek a vlastností proudění vzduchu, včetně rychlosti, stlačitelnosti a viskozity. Vnější aerodynamika je studium proudění kolem pevných předmětů různých tvarů. Příkladem je hodnocení vývoje a vibrací letadla, stejně jako rázové vlny, které se tvoří před raketovým nosem.

Vnitřní aerodynamika je studium proudění vzduchu pohybující se přes otvory (průchody) v pevných předmětech. Například pokrývá studium proudění proudovým motorem.

Aerodynamické ukazatele lze také klasifikovat podle průtoku:

• Podzvuk je nazýván rychlostí menší než je rychlost zvuku.
• Transsonická (transonická) - pokud jsou rychlost pod a nad rychlost zvuku.
• Nadzvukové - když je rychlost proudění větší než rychlost zvuku.
• Hypersonické - rychlost proudění je mnohem větší než rychlost zvuku. Tato definice obvykle znamená rychlosti s čísly Mach nad 5.

Aerodynamika vrtulníku

Je-li letoun založený na principu vztlaku, když je dopředný pohyb působí na křídle, vrtulník, jako kdyby vytváří zvedací sílu, vzhledem k otáčení lopatek v režimu axiální ventilátor (tedy ne dopředu rychlost). Díky této vlastnosti je schopen vrtulník vznášet na místě a dělat rázná manévry kolem osy.

Jiné aplikace

Aerodynamika samozřejmě platí nejen pro letadla. Odolnost vůči vzduchu se projevuje u všech objektů pohybujících se v prostoru v plynovém a kapalném médiu. Je známo, že vodní obyvatelé - ryby a savci - mají zjednodušené formy. Na jejich příkladu můžete sledovat aerodynamiku v akci. Soustředí se na živočišný svět a lidé také způsobují vodní dopravu špičkou nebo kapkovitý tvar. To se týká lodí, čluny, ponorky.

Výrazný odpor vzduchu se projevuje u vozidel: zvyšuje se s rostoucí rychlostí. Pro dosažení lepších aerodynamických vlastností jsou automobily přizpůsobeny tvaru. To platí zejména pro sportovní vozy.