Аеродинамиката е ... Основите и характеристиките на аеродинамиката

Аеродинамиката е поле на познание, което изследва движенията на въздушните течения и тяхното въздействие върху твърдите вещества. Дали е подраздел на хидро- и газовата динамика. Изследванията в тази област се връщат към античността, по времето на изобретяването на стрели и планови копия, позволяващи по-нататъшно и по-точно изпращане на снаряда до целта. Обаче потенциалът на аеродинамиката напълно се разкрива с изобретяването на апаратура, по-тежка от въздуха, способна да лети или да планира за значителни разстояния.

От древни времена

Откриването на законите на аеродинамиката през 20 век допринесе за фантастичен скок в много области на науката и технологиите, особено в областта на транспорта. По неговите постижения са създадени съвременни самолети, които правят възможно практически всеки ъгъл на планетата Земя да бъде достъпен за всички.

Първото споменаване на опита за завладяване на небето се намира в гръцкия мит за Икар и Дадал. Отец и син построиха крила, които приличаха на птици. Това показва, че преди хиляди години хората мислели за възможността да се откъснат от земята.

Друга вълна от интерес към конструирането на самолети се появи в Ренесанса. Страстният изследовател Леонардо да Винчи отдели много време на този проблем. Известни са неговите бележки, които обясняват принципите на работата най-простият хеликоптер.

Нова ера

Глобален пробив в науката (и по-специално в аеронавтиката) е направен от Исак Нютон. В края на краищата основата на аеродинамиката е всеобхватната наука за механика, чийто предшественик се превърна в английски учен. Нютон е първият, който разглежда въздушната среда като конгломерат от частици, които, когато ударят препятствие, се придържат или се отразяват еластично. През 1726 г. въвежда теорията за съпротивлението на въздуха пред обществото.

По-късно стана ясно, че средата наистина се състои от най-малките частици - молекули. Отразяващата способност на въздуха да се изчислява беше научена доста точно и ефектът от "залепването" се смяташе за несъстоятелна предпоставка.

Изненадващо, тази теория намери практическо приложение векове по-късно. През 60-те години, в началото на космическата ера, съветски дизайнери са изправени пред проблема за изчисляване на съпротивление Ландърс "тъп" сферична форма при кацане разработване свръхзвуков скорост. Поради липсата на мощни компютри е било трудно да се изчисли този индекс. Изненадващо, с достатъчна точност да се изчисли стойността на съпротивлението и равномерно разпределение на налягането върху предната част може да бъде от проста нютонов формула относно ефекта на "залепване" на частиците на летящ обект.

Развитието на аеродинамиката

Основател на хидродинамиката Daniel Бернули в 1738 описан основното връзката между налягане, плътността и скоростта за несвиваем поток, известни днес като принцип на Бернули, който е подходящ за използване изчисленията на аеродинамично издигане сила. През 1799 г. сър Джордж Cayley е първият човек, който идентифицира четирите аеродинамичните сили на полет (тегло, асансьор, плъзгане и тяга), както и отношенията между тях.

През 1871 г. Франсис Хърбърт Уенъм създава първия вятърен тунел, който позволява точно измерване на аеродинамичните сили. Безценни научни теории, разработени от Жан Льо Рон Д`Алембърт, Густав Кирхоф, лорд Райли. През 1889 г. френският авиационен инженер Чарлз Ренард става първият човек, който научно изчислява мощта, необходима за устойчив полет.

От теория до практика

През 19 век изобретателите разглеждат крилото от научна гледна точка. И благодарение на изследванията на механизма на полета на птиците, беше проучена аеродинамиката в действие, която по-късно беше приложена върху изкуствени самолети.

Ото Лилиентал е особено успешен в изследването на механика на крилата. Германският дизайнер на самолети създаде и тества 11 вида планери, включително биплан. Той направи и първия полет на апарат, по-тежък от въздуха. За сравнително кратък живот (46 години), той завърши около 2000 полета, като непрекъснато подобряваше дизайна, който приличаше повече на самолет, отколкото на самолет. Той умря по време на следващия полет на 10 август 1896 г., ставайки пионер в аеронавтиката, и първата жертва на самолетна катастрофа. Между другото, един от планери, немски изобретател лично предаде на пионер в изследването на авиодинамиката на самолетите Жуковски Николай Egorovich.

Жуковски не само експериментира въздухоплавателни средства. За разлика от многото ентусиасти от онова време, на първо място той счита за поведение на въздушните потоци от научна гледна точка. През 1904 г. основава първия в света аеродинамичен институт в Качино близо до Москва. От 1918 г. ръководи ЦАГИ (Централен аерохидродинамичен институт).

Първият самолет

Аеродинамиката е наука, която позволява на човек да завладее небето. Без да го изучава, би било невъзможно да се изградят самолети, които постоянно се движат във въздушни течения. Първият самолет в обичайния смисъл беше направен и издигнат във въздуха на 7 декември 1903 г., братята Райт. Това събитие обаче беше предшествано от внимателна теоретична работа. Американците прекараха много време в отстраняване на дизайна на корпуса в аеродинамичен тунел със собствен дизайн.

По време на първите полети Фредерик У. Ланчестър, Мартин Вилхелм Кута и Николай Жуковски излагат теории, които обясняват движението на въздушните течения, създаващи асансьор. Кут и Жуковски продължават да развиват двуизмерна теория за крилото. Лудвиг Прандл се кредитира с разработването на математическата теория за фините аеродинамични и повдигащи сили, както и за работа с гранични слоеве.

Проблеми и решения

Значението на аеродинамиката на въздухоплавателните средства се увеличава с нарастването на скоростта им. Дизайнерите започнаха да се сблъскват с проблеми, свързани с компресията на въздуха, със скорост близка до или по-висока от скоростта на звука. Разликите в потоците при такива условия доведоха до проблеми с контрола на въздухоплавателните средства, повишена устойчивост, дължаща се на ударни вълни и заплаха от структурна повреда, дължаща се на аероеластичен флатер. Съотношението на скоростта на потока към скоростта на звука се извиква Мах номер наречен Ернст Мах, който е един от първите, който изучава свойствата на свръхзвуков поток.

Уилям Джон Ранкин Makkuorn и Пиер Анри Gugoniot разработена самостоятелно теорията на имоти за приток на въздух преди и след ударната вълна, а Якоб Akeret провежда първоначална работа по изчисляване на лифта и плъзнете свръхзвукови аеродинамични повърхности. Theodore фон Karman и Хю Latimer Драйдън въведен терминът "Transonic" за описване на скоростта на границата на Мах 1 (965-1236 km / h), когато се увеличава съпротивлението бързо. За първи път звукова бариера бе преодоляна през 1947 г. от Bell X-1.

Основни характеристики

Според законите на аеродинамиката, за да се осигури полет в атмосферата на земята на всяко устройство, е важно да се знае:

• Аеродинамично съпротивление (ос X), упражнявано от въздуха, преминава към обекта. Въз основа на този параметър се избира силата на централата.
• Сила на повдигане (ос Y), осигуряваща катерене и позволяваща на устройството да лети хоризонтално към повърхността на земята.
• Моменти на аеродинамични сили по трите оси на координатите, действащи върху летящия обект. Най-важният момент е моментът на страничната сила по оста Z (Mz), насочен през самолета (условно по линията на крилото). Определя степента на надлъжна стабилност (дали машината ще се "гмурка" или издигам самолет когато летите).

класификация

Аеродинамичните характеристики се класифицират според условията и свойствата на въздушния поток, включително скоростта, свиваемостта и вискозитета. Външната аеродинамика е изследването на потока около твърди предмети с различни форми. Примери са оценката на изкачването и вибрациите на самолета, както и ударните вълни, образувани пред носа на ракетата.

Вътрешната аеродинамика е изследването на въздушния поток, който се движи през отвори (проходи) в твърди предмети. Например, той обхваща проучването на потоците през реактивен двигател.

Аеродинамичните показатели могат да се класифицират и според дебита:

• Едно долночестотно се нарича скорост, по-малка от скоростта на звука.
• Трансконична (трансконична) - ако има скорости под и над скоростта на звука.
• Свръхзвучен - когато скоростта на потока е по-голяма от скоростта на звука.
• Свръхзвучен - скоростта на потока е много по-голяма от скоростта на звука. Обикновено това определение означава скорости с Mach номера над 5.

Аеродинамика на хеликоптера

Ако самолетът се основава на принципа на повдигаща сила, когато движението напред, упражняван по крилото, хеликоптера, сякаш създава лифт сила поради въртенето на перките в режим на аксиален вентилатор (т.е. няма скорост на движение напред). Благодарение на тази функция е в състояние да навъртам хеликоптер на място и да направи енергични маневри около оста.

Други приложения

Естествено аеродинамиката е приложима не само за самолети. Въздушното съпротивление се изпитва от всички обекти, които се движат в пространството в газообразна и течна среда. Известно е, че водните обитатели - риби и бозайници - имат опростени форми. Например, можете да следвате аеродинамиката в действие. Съсредоточавайки се върху животинския свят, хората също така правят воден транспорт по-силни или капковидни. Това се отнася до кораби, лодки, подводници.

Значително съпротивление на въздуха се получава от превозните средства: той се увеличава с увеличаване на скоростта. За да се постигне по-добра аеродинамика, автомобилите получават опростена форма. Това важи особено за спортните автомобили.