Aerodinamika është një fushë njohurish që studion lëvizjen e rrjedhave të ajrit dhe efektet e tyre në trupat e ngurtë. Është një nënseksion i dinamikës së hidro- dhe gazit. Kërkimet në këtë zonë datojnë që në kohët e lashta, në kohën e shpikjes së shigjetave dhe shtizave të planifikimit, të cilat bënë të mundur dërgimin e një predhe më tej dhe më saktë në një objektiv. Megjithatë, potenciali i aerodinamikës u zbulua plotësisht me shpikjen e mjeteve më të rënda se ajri të aftë për të fluturuar ose rrëshqitur në distanca të konsiderueshme.
Që nga kohët e lashta
Zbulimi i ligjeve të aerodinamikës në shekullin e 20-të kontribuoi në një kërcim fantastik në shumë fusha të shkencës dhe teknologjisë, veçanërisht në sektorin e transportit. Bazuar në arritjet e tij, janë krijuar avionë modernë, të cilët kanë bërë të mundur që praktikisht çdo cep i planetit Tokë të bëhet i aksesueshëm për publikun.
Përmendja e parë e një përpjekjeje për të pushtuar qiellin gjendet në mitin grek të Icarus dhe Dedalus. Babai dhe bir ndërtuan krahë si zogj. Kjo tregon se mijëra vjet më parë njerëzit mendonin për mundësinë e zbritjes nga toka.
Një tjetër rritjeinteresi për ndërtimin e avionëve u ngrit gjatë Rilindjes. Studiuesi i pasionuar Leonardo da Vinci i kushtoi shumë kohë këtij problemi. Njihen shënimet e tij, të cilat shpjegojnë parimet e funksionimit të helikopterit më të thjeshtë.
Epokë e re
Përparimi global në shkencë (dhe aeronautikë në veçanti) u bë nga Isaac Newton. Në fund të fundit, baza e aerodinamikës është një shkencë gjithëpërfshirëse e mekanikës, themeluesi i së cilës ishte një shkencëtar anglez. Njutoni ishte i pari që e konsideroi mjedisin e ajrit si një konglomerat grimcash, të cilat, duke u përplasur në një pengesë, ose ngjiten në të ose reflektohen në mënyrë elastike. Në 1726, ai prezantoi teorinë e rezistencës së ajrit në publik.
Më pas, doli se mjedisi me të vërtetë përbëhet nga grimcat më të vogla - molekulat. Ata mësuan se si të llogarisnin reflektueshmërinë e ajrit me mjaft saktësi dhe efekti i "ngjitjes" u konsiderua si një supozim i paqëndrueshëm.
Çuditërisht, kjo teori gjeti zbatim praktik shekuj më vonë. Në vitet '60, në agimin e epokës së hapësirës, projektuesit sovjetikë u përballën me problemin e llogaritjes së tërheqjes aerodinamike të automjeteve të zbritjes të një forme sferike "të hapur", të cilat zhvillojnë shpejtësi hipersonike gjatë uljes. Për shkak të mungesës së kompjuterëve të fuqishëm, ishte problematike llogaritja e këtij treguesi. Pa pritur, rezultoi se është e mundur të llogaritet me saktësi vlera e tërheqjes dhe madje edhe shpërndarja e presionit mbi pjesën ballore duke përdorur formulën e thjeshtë të Njutonit në lidhje me efektin e "ngjitjes" së grimcave në një objekt fluturues.
Zhvillimi i aerodinamikës
ThemeluesHidrodinamisti Daniel Bernoulli përshkroi në 1738 marrëdhënien themelore midis presionit, densitetit dhe shpejtësisë për rrjedhën e pakthyeshme, e njohur sot si parimi i Bernoulli, i cili është gjithashtu i zbatueshëm për llogaritjet e ngritjes aerodinamike. Në 1799, Sir George Cayley u bë personi i parë që identifikoi katër forcat aerodinamike të fluturimit (pesha, ngritja, zvarritja dhe shtytja) dhe marrëdhëniet midis tyre.
Në 1871, Francis Herbert Wenham krijoi tunelin e parë të erës për të matur me saktësi forcat aerodinamike. Teori të paçmuara shkencore të zhvilluara nga Jean Le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff, Lord Rayleigh. Në 1889, Charles Renard, një inxhinier francez aeronautik, u bë personi i parë që llogarit shkencërisht fuqinë e nevojshme për fluturim të qëndrueshëm.
Nga teoria në praktikë
Në shekullin e 19-të, shpikësit e shikonin krahun nga një këndvështrim shkencor. Dhe falë studimit të mekanizmit të fluturimit të shpendëve, u studiua aerodinamika në veprim, e cila u aplikua më vonë në avionët artificialë.
Otto Lilienthal shkëlqeu veçanërisht në kërkimin e mekanikës së krahëve. Dizajneri gjerman i avionit krijoi dhe testoi 11 lloje avionësh, duke përfshirë një biplan. Ai gjithashtu bëri fluturimin e parë me një aparat më të rëndë se ajri. Për një jetë relativisht të shkurtër (46 vjet), ai bëri rreth 2000 fluturime, duke përmirësuar vazhdimisht dizajnin, i cili i ngjante më shumë një avioni se sa një aeroplan. Ai vdiq gjatë fluturimit tjetër më 10 gusht 1896, duke u bërë pionieraeronautikë, dhe viktima e parë e një aksidenti avioni. Meqë ra fjala, shpikësi gjerman ia dorëzoi personalisht një nga gliderët Nikolai Yegorovich Zhukovsky, një pionier në studimin e aerodinamikës së avionëve.
Zhukovsky nuk eksperimentoi vetëm me dizajnet e avionëve. Ndryshe nga shumë entuziastë të asaj kohe, ai e konsideroi kryesisht sjelljen e rrymave të ajrit nga një këndvështrim shkencor. Në vitin 1904 ai themeloi institutin e parë aerodinamik në botë në Cachino afër Moskës. Që nga viti 1918, ai drejtoi TsAGI (Instituti Qendror Aerohidrodinamik).
Aeroplanët e parë
Aerodinamika është shkenca që lejoi njeriun të pushtojë qiellin. Pa e studiuar atë, do të ishte e pamundur të ndërtoheshin avionë që lëvizin në mënyrë të qëndrueshme në rrymat ajrore. Avioni i parë në kuptimin tonë të zakonshëm u krijua dhe u ngrit në ajër më 7 dhjetor 1903 nga vëllezërit Wright. Megjithatë, kësaj ngjarjeje i parapriu një punë e kujdesshme teorike. Amerikanët i kushtuan shumë kohë korrigjimit të dizajnit të kornizës së avionit në një tunel të erës të dizajnit të tyre.
Gjatë fluturimeve të para, Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta dhe Nikolai Zhukovsky parashtruan teori që shpjeguan qarkullimin e rrymave të ajrit që krijojnë ngritje. Kutta dhe Zhukovsky vazhduan të zhvillonin një teori dy-dimensionale të krahut. Ludwig Prandtl vlerësohet me zhvillimin e teorisë matematikore të forcave delikate aerodinamike dhe ngritëse, si dhe punën me shtresat kufitare.
Probleme dhe zgjidhje
Rëndësia e aerodinamikës së avionëve u rrit me rritjen e shpejtësisë së tyre. Projektuesit filluan të hasnin probleme me ngjeshjen e ajrit me ose afër shpejtësisë së zërit. Ndryshimet në rrjedhën në këto kushte kanë çuar në probleme të trajtimit të avionëve, rritje të zvarritjes për shkak të valëve goditëse dhe kërcënimit të dështimit strukturor për shkak të valëvitjes aeroelastike. Raporti i shpejtësisë së rrjedhës me shpejtësinë e zërit u quajt numri Mach sipas Ernst Mach, i cili ishte një nga të parët që hetoi vetitë e rrjedhës supersonike.
William John McQuorn Rankine dhe Pierre Henri Gougoniot zhvilluan në mënyrë të pavarur teorinë e vetive të rrjedhës së ajrit para dhe pas një valë goditëse, ndërsa Jacob Akeret bëri punën fillestare për llogaritjen e ngritjes dhe tërheqjes së fletëve ajrore supersonike. Theodor von Karman dhe Hugh Latimer Dryden shpikën termin "transonik" për të përshkruar shpejtësitë në kufirin Mach 1 (965-1236 km/h), kur rezistenca po rritet me shpejtësi. Barriera e parë e zërit u thye në vitin 1947 në një avion Bell X-1.
Veçoritë kryesore
Sipas ligjeve të aerodinamikës, për të siguruar fluturimin në atmosferën e tokës të çdo pajisjeje, është e rëndësishme të dini:
- Zvarritje aerodinamike (boshti X) i ushtruar nga rrymat e ajrit në një objekt. Bazuar në këtë parametër, zgjidhet fuqia e termocentralit.
- Forca ngritëse (boshti Y), i cili siguron ngjitje dhe lejon pajisjen të fluturojë horizontalisht në sipërfaqen e tokës.
- Momente të forcave aerodinamike përgjatë tre akseve koordinative që veprojnë në një objekt fluturues. më e rëndësishmjaështë momenti i forcës anësore përgjatë boshtit Z (Mz) të drejtuar përgjatë avionit (kushtëzuar përgjatë vijës së krahut). Ai përcakton shkallën e qëndrueshmërisë gjatësore (nëse pajisja do të "zhytet" apo do të ngrejë hundën lart kur fluturon).
Klasifikimi
Performanca aerodinamike klasifikohet sipas kushteve dhe vetive të rrjedhës së ajrit, duke përfshirë shpejtësinë, ngjeshshmërinë dhe viskozitetin. Aerodinamika e jashtme është studimi i rrjedhës rreth objekteve të ngurta të formave të ndryshme. Shembujt janë vlerësimi i ngritjes dhe dridhjeve të një avioni, si dhe valët goditëse që formohen përpara hundës së një rakete.
Aerodinamika e brendshme është studimi i rrjedhës së ajrit që lëviz nëpër hapje (kalime) në objekte të ngurta. Për shembull, ai mbulon studimin e rrjedhave përmes një motori reaktiv.
Performanca aerodinamike mund të klasifikohet gjithashtu sipas shpejtësisë së rrjedhës:
- Subsonic quhet shpejtësi më e vogël se shpejtësia e zërit.
- Transonik (transonik) - nëse ka shpejtësi nën dhe mbi shpejtësinë e zërit.
- Supersonik - kur shpejtësia e rrjedhës është më e madhe se shpejtësia e zërit.
- Hipersonik - shpejtësia e rrjedhës është shumë më e madhe se shpejtësia e zërit. Zakonisht ky përkufizim nënkupton shpejtësi me numra Mach mbi 5.
Aerodinamika e helikopterit
Nëse parimi i fluturimit të avionit bazohet në forcën ngritëse gjatë lëvizjes përkthimore të ushtruar në krah, atëherë helikopteri, si të thuash, krijon ngritjen në vetvete për shkak të rrotullimit të teheve në modalitetin e fryrjes boshtore (pra pa shpejtësi përkthimi). falëMe këtë veçori, helikopteri është në gjendje të rri pezull në ajër në vend dhe të kryejë manovra energjike rreth boshtit.
Aplikacione të tjera
Natyrisht, aerodinamika është e zbatueshme jo vetëm për avionët. Rezistenca e ajrit përjetohet nga të gjitha objektet që lëvizin në hapësirë në një mjedis gazi dhe të lëngshëm. Dihet se banorët ujorë - peshqit dhe gjitarët - kanë forma të thjeshta. Në shembullin e tyre, ju mund të gjurmoni aerodinamikën në veprim. Duke u fokusuar në botën e kafshëve, njerëzit gjithashtu bëjnë transportin e ujit me majë ose në formë loti. Kjo vlen për anijet, varkat, nëndetëset.
Mjetet përjetojnë rezistencë të konsiderueshme ajri: ajo rritet me rritjen e shpejtësisë. Për të arritur aerodinamikë më të mirë, makinave u jepet një formë e thjeshtë. Kjo është veçanërisht e vërtetë për makinat sportive.
