Kjo forcë zvarritëse ndodh në aeroplanë për shkak të krahëve ose një trupi ngritës që ridrejton ajrin për të shkaktuar ngritjen, dhe në makinat me krahë me fletë ajrore që ridrejtojnë ajrin për të shkaktuar shtytje. Samuel Langley vuri re se pllakat më të sheshta dhe me raport më të lartë të pamjes kishin ngritje më të madhe dhe tërheqje më të ulët dhe u prezantuan në 1902. Pa shpikjen e cilësisë aerodinamike të avionit, dizajni modern i avionit do të ishte i pamundur.
Ngritja dhe lëvizja
Forca totale aerodinamike që vepron në një trup zakonisht konsiderohet se përbëhet nga dy komponentë: ngritja dhe zhvendosja. Sipas definicionit, komponenti i forcës paralel me rrjedhën e kundërt quhet zhvendosje, ndërsa komponenti pingul me rrjedhën e kundërt quhet ngritës.
Këto baza të aerodinamikës kanë një rëndësi të madhe për analizën e cilësisë aerodinamike të krahut. Ngritja prodhohet duke ndryshuar drejtimin e rrjedhës rreth krahut. Ndryshimidrejtimi rezulton në një ndryshim në shpejtësi (edhe nëse nuk ka ndryshim në shpejtësi, siç shihet në lëvizjen rrethore uniforme), që është nxitimi. Prandaj, për të ndryshuar drejtimin e rrjedhës, kërkohet që të aplikohet një forcë në lëng. Kjo është qartë e dukshme në çdo avion, thjesht shikoni paraqitjen skematike të cilësisë aerodinamike të An-2.
Por jo gjithçka është kaq e thjeshtë. Duke vazhduar temën e cilësisë aerodinamike të një krahu, vlen të përmendet se krijimi i ngritjes së ajrit poshtë tij është në një presion më të lartë se presioni i ajrit mbi të. Në një krah me hapësirë të kufizuar, ky ndryshim presioni bën që ajri të rrjedhë nga rrënja e krahut të sipërfaqes së poshtme në bazën e sipërfaqes së sipërme të tij. Ky fluks ajri fluturues kombinohet me ajrin që rrjedh për të shkaktuar një ndryshim në shpejtësinë dhe drejtimin që shtrembëron rrjedhën e ajrit dhe krijon vorbulla përgjatë skajit pasues të krahut. Vorbullat e krijuara janë të paqëndrueshme, ato shpejt kombinohen për të krijuar vorbulla krahësh. Vorbullat që rezultojnë ndryshojnë shpejtësinë dhe drejtimin e rrjedhës së ajrit pas skajit të pasëm, duke e devijuar atë poshtë dhe duke shkaktuar kështu një përplasje pas krahut. Nga ky këndvështrim, për shembull, avioni MS-21 ka një nivel të lartë të raportit ngritës ndaj zvarritjes.
Kontrolli i rrjedhës së ajrit
Vorbullat nga ana e tyre ndryshojnë rrjedhën e ajrit rreth krahut, duke reduktuar aftësinë e krahut për të gjeneruar ngritje, kështu që kërkon një kënd më të lartë sulmi për të njëjtin ngritës, i cili anon forcën totale aerodinamike prapa dhe rrit komponentin e tërheqjes së atë forcë. Devijimi këndor është i papërfillshëmndikon në ngritjen. Sidoqoftë, ka një rritje të tërheqjes së barabartë me produktin e ngritjes dhe këndin për shkak të të cilit ai devijon. Meqenëse devijimi është në vetvete një funksion i ngritjes, zvarritja shtesë është proporcionale me këndin e ngjitjes, gjë që mund të shihet qartë në aerodinamikën e A320.
Shembuj historikë
Një krah drejtkëndor planetar krijon më shumë dridhje vorbullash sesa një krah konik ose eliptik, kjo është arsyeja pse shumë krahë modernë janë ngushtuar për të përmirësuar raportin ngritje-zvarritje. Megjithatë, korniza eliptike e ajrit është më efikase pasi larja e induktuar (dhe si rrjedhim këndi efektiv i sulmit) është konstant në të gjithë hapësirën e krahëve. Për shkak të komplikimeve të prodhimit, pak avionë kanë këtë formë plani, shembujt më të famshëm janë Spitfire dhe Thunderbolt të Luftës së Dytë Botërore. Krahët e ngushtuar me skajet e drejta drejtuese dhe pasuese mund t'i afrohen një shpërndarjeje eliptike të ngritjes. Si rregull i përgjithshëm, krahët e drejtë dhe jo të konikuar prodhojnë 5% dhe krahët e ngushtuar prodhojnë 1-2% më shumë tërheqje të induktuar sesa një krah eliptik. Prandaj, ato kanë cilësi më të mirë aerodinamike.
proporcionalitet
Një krah me raport të lartë pamjeje do të prodhojë më pak tërheqje të induktuar sesa një krah me raport të ulët pamjeje sepse ka më pak shqetësim ajri në majën e një krahu më të gjatë e më të hollë. Prandaj, të induktuarrezistenca mund të jetë në përpjesëtim të kundërt me proporcionalitetin, pavarësisht sa paradoksale mund të tingëllojë. Shpërndarja e ngritjes mund të ndryshohet gjithashtu duke larë jashtë, duke e përdredhur krahun për të zvogëluar rënien drejt krahëve dhe duke ndryshuar fletën e ajrit pranë krahëve. Kjo ju lejon të afroheni më shumë me rrënjën e krahut dhe më pak me krahun, gjë që çon në një ulje të forcës së vorbullave të krahëve dhe, rrjedhimisht, në një përmirësim të cilësisë aerodinamike të avionit.
Në historinë e projektimit të avionëve
Në disa avionë të hershëm, pendët ishin montuar në majat e bishtave. Avionët e mëvonshëm kanë një formë të ndryshme krahësh për të reduktuar intensitetin e vorbullave dhe për të arritur raportin maksimal të ngritjes ndaj zvarritjes.
Depozitat e karburantit me shtytës në tavanë mund të ofrojnë gjithashtu disa përfitime duke parandaluar rrjedhjen kaotike të ajrit rreth krahut. Tani ato përdoren në shumë avionë. Cilësia aerodinamike e DC-10 u konsiderua me meritë revolucionare në këtë drejtim. Megjithatë, tregu modern i aviacionit ka kohë që është rimbushur me modele shumë më të avancuara.
Formula zvarrit-për-zvarrit: shpjegohet me terma të thjeshtë
Për të llogaritur rezistencën totale është e nevojshme të merret parasysh e ashtuquajtura rezistencë parazitare. Meqenëse zvarritja e induktuar është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e shpejtësisë së ajrit (në një ngritje të caktuar), ndërsa zvarritja parazitare është drejtpërdrejt proporcionale me të, kurba e përgjithshme e tërheqjes tregon shpejtësinë minimale. Aeroplan,duke fluturuar me një shpejtësi të tillë, funksionon me cilësi aerodinamike optimale. Sipas ekuacioneve të mësipërme, shpejtësia e rezistencës minimale ndodh me një shpejtësi në të cilën rezistenca e induktuar është e barabartë me rezistencën parazitare. Kjo është shpejtësia me të cilën arrihet këndi optimal i rrëshqitjes për avionët boshe. Për të mos qenë e pabazë, merrni parasysh formulën në shembullin e një avioni:
Vazhdimi i formulës është gjithashtu mjaft kurioz (foto më poshtë). Fluturimi më i lartë, ku ajri është më i hollë, do të rrisë shpejtësinë me të cilën ndodh zvarritja minimale, dhe kështu mundëson udhëtim më të shpejtë në të njëjtën sasi karburant.
Nëse një avion fluturon me shpejtësinë maksimale të lejueshme, atëherë lartësia në të cilën dendësia e ajrit do t'i sigurojë atij cilësinë më të mirë aerodinamike. Lartësia optimale me shpejtësi maksimale dhe shpejtësia optimale në lartësinë maksimale mund të ndryshojnë gjatë fluturimit.
Qëndrueshmëri
Shpejtësia për qëndrueshmëri maksimale (d.m.th. koha në ajër) është shpejtësia për konsumin minimal të karburantit dhe më pak shpejtësi për diapazonin maksimal. Konsumi i karburantit llogaritet si produkt i fuqisë së kërkuar dhe konsumit specifik të karburantit për motor (konsumi i karburantit për njësi të fuqisë). Fuqia e kërkuar është e barabartë me kohën e tërheqjes.
Histori
Zhvillimi i aerodinamikës moderne filloi vetëm në shekullin XVIIshekuj, por forcat aerodinamike janë përdorur nga njerëzit për mijëra vjet në varkat me vela dhe mullinj me erë, dhe imazhet dhe historitë e fluturimit shfaqen në të gjitha dokumentet historike dhe veprat e artit, si legjenda e lashtë greke e Icarus dhe Dedalus. Konceptet themelore të kontinumit, rezistencës dhe gradientëve të presionit shfaqen në veprën e Aristotelit dhe Arkimedit.
Në vitin 1726, Sir Isaac Newton u bë personi i parë që zhvilloi teorinë e rezistencës së ajrit, duke e bërë atë një nga argumentet e para në lidhje me cilësitë aerodinamike. Matematikani holandez-zviceran Daniel Bernoulli shkroi një traktat në 1738 të quajtur Hidrodinamika në të cilën ai përshkroi marrëdhënien themelore midis presionit, densitetit dhe shpejtësisë së rrjedhës për rrjedhën e pakthyeshme, e njohur sot si parimi i Bernulit, i cili ofron një metodë për llogaritjen e ngritjes aerodinamike. Në 1757, Leonhard Euler botoi ekuacionet më të përgjithshme të Euler-it, të cilat mund të zbatohen si për rrjedhat e ngjeshshme ashtu edhe për ato të pakompresueshme. Ekuacionet Euler u zgjeruan për të përfshirë efektet e viskozitetit në gjysmën e parë të viteve 1800, duke krijuar ekuacionet Navier-Stokes. Performanca aerodinamike/cilësia aerodinamike e polarit u zbulua në të njëjtën kohë.
Bazuar në këto ngjarje, si dhe kërkime të bëra në tunelin e tyre të erës, vëllezërit Wright fluturuan avionin e parë më 17 dhjetor 1903.
Llojet e aerodinamikës
Problemet aerodinamike klasifikohen sipas kushteve të rrjedhës ose vetive të rrjedhës, duke përfshirë karakteristika të tilla si shpejtësia, ngjeshshmëria dhe viskoziteti. Më shpesh ato ndahen në dy lloje:
- Aerodinamika e jashtme është studimi i rrjedhës rreth objekteve të ngurta të formave të ndryshme. Shembuj të aerodinamikës së jashtme janë vlerësimi i ngritjes dhe zvarritjes në një avion, ose valët goditëse që formohen përpara hundës së një rakete.
- Aerodinamika e brendshme është studimi i rrjedhës nëpër kalime në objekte të ngurta. Për shembull, aerodinamika e brendshme mbulon studimin e rrjedhës së ajrit përmes një motori reaktiv ose nëpërmjet një oxhaku klimatizimi.
Problemet aerodinamike mund të klasifikohen gjithashtu sipas shpejtësive të rrjedhës nën ose afër shpejtësisë së zërit.
Problemi quhet:
- nënsonik, nëse të gjitha shpejtësitë në problem janë më të vogla se shpejtësia e zërit;
- transonik nëse ka shpejtësi nën dhe mbi shpejtësinë e zërit (zakonisht kur shpejtësia karakteristike është afërsisht e barabartë me shpejtësinë e zërit);
- supersonik, kur shpejtësia karakteristike e rrjedhës është më e madhe se shpejtësia e zërit;
- hipersonik, kur shpejtësia e rrjedhës është shumë më e madhe se shpejtësia e zërit.
Aerodinamistët nuk pajtohen me përkufizimin e saktë të rrjedhës hipersonike.
Efekti i viskozitetit në rrjedhën dikton një klasifikim të tretë. Disa probleme mund të kenë vetëm efekte shumë të vogla viskoze, në të cilin rast viskoziteti mund të konsiderohet i papërfillshëm. Përafrimet e këtyre problemeve quhen të padukshmerrymat. Rrjedhat për të cilat viskoziteti nuk mund të neglizhohet quhen rrjedha viskoze.
kompresibiliteti
Një rrjedhje e pakompresueshme është një rrjedhë në të cilën dendësia është konstante si në kohë ashtu edhe në hapësirë. Edhe pse të gjithë lëngjet reale janë të ngjeshshme, rrjedha shpesh përafrohet si e pakompresueshme nëse efekti i një ndryshimi në densitet shkakton vetëm ndryshime të vogla në rezultatet e llogaritura. Kjo ka më shumë gjasa kur shpejtësia e rrjedhës është shumë më e ulët se shpejtësia e zërit. Efektet e kompresueshmërisë janë më domethënëse në shpejtësi afër ose më të larta se shpejtësia e zërit. Numri Mach përdoret për të vlerësuar mundësinë e moskompresueshmërisë, përndryshe duhet të përfshihen efektet e kompresueshmërisë.
Sipas teorisë së aerodinamikës, rrjedha konsiderohet e kompresueshme nëse dendësia ndryshon përgjatë vijës rrjedhëse. Kjo do të thotë se, në ndryshim nga një rrjedhje e pakompresueshme, merren parasysh ndryshimet në densitet. Në përgjithësi, ky është rasti kur numri Mach i pjesës ose i të gjithë rrjedhës kalon 0.3. Vlera Mach prej 0.3 është mjaft arbitrare, por përdoret sepse një rrjedhje gazi nën këtë vlerë shfaq më pak se 5% ndryshime të densitetit. Gjithashtu, ndryshimi maksimal i densitetit prej 5% ndodh në pikën e stagnimit (pika e objektit ku shpejtësia e rrjedhjes është zero), ndërsa dendësia rreth pjesës tjetër të objektit do të jetë shumë më e ulët. Rrjedhat transonike, supersonike dhe hipersonike janë të gjitha të kompresueshme.
Përfundim
Aerodinamika është një nga shkencat më të rëndësishme në botë sot. Ajo na siguronndërtimin e aeroplanëve, anijeve, makinave dhe anijeve komike cilësore. Ajo luan një rol të madh në zhvillimin e llojeve moderne të armëve - raketa balistike, përforcues, silurët dhe dronët. E gjithë kjo do të ishte e pamundur nëse nuk do të ishin konceptet moderne të avancuara të cilësisë aerodinamike.
Kështu, idetë rreth temës së artikullit ndryshuan nga fantazitë e bukura, por naive për Icarus-in, në avionë funksionalë dhe me të vërtetë funksionalë që u ngritën në fillim të shekullit të kaluar. Sot ne nuk mund ta imagjinojmë jetën tonë pa makina, anije dhe avionë, dhe këto automjete vazhdojnë të përmirësohen me përparime të reja në aerodinamikë.
Cilësitë aerodinamike të aeroplanëve ishin një zbulim i vërtetë në kohën e tyre. Në fillim, të gjitha zbulimet në këtë fushë u bënë me anë të llogaritjeve teorike abstrakte, ndonjëherë të shkëputura nga realiteti, të cilat u kryen nga matematikanët francezë dhe gjermanë në laboratorët e tyre. Më vonë, të gjitha formulat e tyre u përdorën për qëllime të tjera, më fantastike (sipas standardeve të shekullit të 18-të), si për shembull llogaritja e formës dhe shpejtësisë ideale të avionëve të ardhshëm. Në shekullin e 19-të, këto pajisje filluan të ndërtohen në sasi të mëdha, duke filluar me avionë dhe aeroplanë, evropianët kaluan gradualisht në ndërtimin e avionëve. Këto të fundit fillimisht u përdorën ekskluzivisht për qëllime ushtarake. Acat e Luftës së Parë Botërore treguan se sa e rëndësishme është çështja e mbizotërimit në ajër për çdo vend, dhe inxhinierët e periudhës ndërluftore zbuluan se avionë të tillë janë efektivë jo vetëm për ushtrinë, por edhe për civilët.qëllimet. Me kalimin e kohës, aviacioni civil ka hyrë fuqishëm në jetën tonë dhe sot asnjë shtet i vetëm nuk mund të bëjë pa të.
