Aerodinamika hava axınlarının hərəkətini və onların bərk cisimlərə təsirini öyrənən bilik sahəsidir. Bu, hidro- və qaz dinamikasının alt bölməsidir. Bu sahədə tədqiqatlar qədim dövrlərə, oxların və planlaşdırma nizələrinin ixtira edildiyi dövrə gedib çıxır ki, bu da mərmi hədəfə daha da və daha dəqiq göndərməyə imkan verirdi. Bununla belə, aerodinamikanın potensialı havadan daha ağır olan, xeyli məsafələrə uça və ya sürüşə bilən nəqliyyat vasitələrinin ixtirası ilə tam üzə çıxdı.
Qədim zamanlardan
20-ci əsrdə aerodinamika qanunlarının kəşfi elm və texnologiyanın bir çox sahələrində, xüsusən də nəqliyyat sektorunda fantastik sıçrayışa səbəb oldu. Onun nailiyyətləri əsasında Yer planetinin demək olar ki, istənilən guşəsini ictimaiyyət üçün əlçatan etməyə imkan verən müasir təyyarələr yaradılmışdır.
Göyü fəth etmək cəhdinin ilk qeydinə Yunan İkar və Daedal mifində rast gəlinir. Ata və oğul quş qanadları düzəldirdilər. Bu, minlərlə il əvvəl insanların yerdən qalxma ehtimalı haqqında düşündüyünü göstərir.
Daha bir artımtəyyarə istehsalına maraq İntibah dövründə yaranmışdır. Ehtiraslı tədqiqatçı Leonardo da Vinci bu problemə çox vaxt ayırdı. Onun ən sadə helikopterin iş prinsiplərini izah edən qeydləri məlumdur.
Yeni dövr
Elmdə (və xüsusilə aeronavtikada) qlobal sıçrayış İsaak Nyuton tərəfindən edilib. Axı aerodinamikanın əsasını banisi ingilis alimi olan hərtərəfli mexanika elmi təşkil edir. Nyuton ilk dəfə hava mühitini bir maneə ilə qarşılaşaraq ona yapışan və ya elastik şəkildə əks olunan hissəciklər konqlomeratı hesab etdi. 1726-cı ildə o, hava müqaviməti nəzəriyyəsini ictimaiyyətə təqdim etdi.
Sonradan məlum oldu ki, mühit həqiqətən də ən kiçik hissəciklərdən - molekullardan ibarətdir. Onlar havanın əks etdiriciliyini kifayət qədər dəqiq hesablamağı öyrəndilər və “yapışma” effekti əsassız bir fərziyyə hesab edildi.
Təəccüblüdür ki, bu nəzəriyyə əsrlər sonra praktik tətbiqini tapdı. 60-cı illərdə, kosmik əsrin başlanğıcında, sovet dizaynerləri eniş zamanı hipersonik sürətləri inkişaf etdirən "küt" sferik formalı enmə vasitələrinin aerodinamik sürüklənməsinin hesablanması problemi ilə qarşılaşdılar. Güclü kompüterlərin olmaması səbəbindən bu göstəricinin hesablanması problemli idi. Gözlənilmədən məlum oldu ki, hissəciklərin uçan obyektə “yapışması”nın təsiri ilə bağlı Nyutonun sadə düsturundan istifadə etməklə, sürükləmə dəyərini və hətta frontal hissə üzərində təzyiq paylanmasını dəqiq hesablamaq mümkündür.
Aerodinamikanın inkişafı
TəsisçiHidrodinamist Daniel Bernoulli 1738-ci ildə sıxılmayan axın üçün təzyiq, sıxlıq və sürət arasındakı əsas əlaqəni təsvir etdi, bu gün Bernoulli prinsipi kimi tanınan və aerodinamik qaldırma hesablamalarına da tətbiq olunur. 1799-cu ildə ser George Cayley uçuşun dörd aerodinamik qüvvəsini (ağırlıq, qaldırma, sürükləmə və itmə) və onlar arasındakı əlaqələri müəyyən edən ilk şəxs oldu.
1871-ci ildə Francis Herbert Wenham aerodinamik qüvvələri dəqiq ölçmək üçün ilk külək tunelini yaratdı. Jean Le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff, Lord Rayleigh tərəfindən hazırlanmış əvəzsiz elmi nəzəriyyələr. 1889-cu ildə fransız aviasiya mühəndisi Çarlz Renard davamlı uçuş üçün tələb olunan gücü elmi olaraq hesablayan ilk şəxs oldu.
Nəzəriyyədən praktikaya
19-cu əsrdə ixtiraçılar qanada elmi nöqteyi-nəzərdən baxırdılar. Quşların uçuş mexanizminin tədqiqi sayəsində hərəkətdə olan aerodinamika öyrənildi və bu daha sonra süni təyyarələrə tətbiq olundu.
Otto Lilienthal xüsusilə qanad mexanikasının tədqiqində üstün idi. Alman təyyarə konstruktoru biplan da daxil olmaqla 11 növ planer yaradıb və sınaqdan keçirib. O, ilk uçuşunu da havadan ağır aparatda həyata keçirib. Nisbətən qısa bir ömür (46 il) üçün o, təyyarədən daha çox deltplana bənzəyən dizaynı daim təkmilləşdirərək 2000-ə yaxın uçuş etdi. 1896-cı il avqustun 10-da növbəti uçuş zamanı pioner olaraq öldüaeronavtika və təyyarə qəzasının ilk qurbanı. Yeri gəlmişkən, alman ixtiraçı planerlərdən birini təyyarə aerodinamikasının tədqiqində qabaqcıl olan Nikolay Yeqoroviç Jukovskiyə şəxsən təhvil verib.
Jukovski təkcə təyyarə konstruksiyaları ilə təcrübə etmədi. O dövrün bir çox həvəskarlarından fərqli olaraq, o, ilk növbədə hava axınlarının davranışını elmi baxımdan nəzərdən keçirirdi. 1904-cü ildə Moskva yaxınlığındakı Kaçinoda dünyanın ilk aerodinamik institutunu qurdu. 1918-ci ildən o, TsAGI-yə (Mərkəzi Aerohidrodinamik İnstitutu) rəhbərlik edir.
İlk təyyarələr
Aerodinamika insana səmanı fəth etməyə imkan verən elmdir. Onu öyrənmədən hava axınlarında sabit hərəkət edən təyyarələr yaratmaq mümkün olmazdı. Adi mənada ilk təyyarə 1903-cü il dekabrın 7-də Rayt qardaşları tərəfindən hazırlanmış və havaya qaldırılmışdır. Ancaq bu hadisədən əvvəl diqqətli nəzəri iş aparıldı. Amerikalılar öz dizaynları olan külək tunelində təyyarə gövdəsinin dizaynını düzəltməyə çox vaxt sərf etdilər.
İlk uçuşlar zamanı Frederik U. Lançester, Martin Vilhelm Kutta və Nikolay Jukovski lifti yaradan hava cərəyanlarının sirkulyasiyasını izah edən nəzəriyyələr irəli sürdülər. Kutta və Jukovski qanadın iki ölçülü nəzəriyyəsini inkişaf etdirməyə davam etdilər. Lüdviq Prandtl incə aerodinamik və qaldırıcı qüvvələrin riyazi nəzəriyyəsini inkişaf etdirərək, həmçinin sərhəd təbəqələri ilə işləyir.
Problemlər və Həlllər
Təyyarələrin sürəti artdıqca aerodinamikasının əhəmiyyəti də artdı. Dizaynerlər havanın səs sürətində və ya ona yaxın sıxılması ilə bağlı problemlərlə üzləşməyə başladılar. Bu şərtlər altında axındakı fərqlər təyyarələrin idarə edilməsində problemlərə, zərbə dalğaları səbəbiylə sürtünmənin artmasına və aeroelastik çırpınma səbəbindən konstruksiyaların sıradan çıxması təhlükəsinə səbəb olmuşdur. Axın sürətinin səs sürətinə nisbəti səsdən sürətli axının xüsusiyyətlərini ilk araşdıranlardan biri olan Ernst Mach-dan sonra Mach ədədi adlanırdı.
William John McQuorn Rankine və Pierre Henri Gougoniot müstəqil olaraq şok dalğasından əvvəl və sonra hava axını xüsusiyyətləri nəzəriyyəsini inkişaf etdirdi, Jacob Akeret isə səsdən sürətli hava lövhələrinin qaldırma və sürükləmə gücünün hesablanması ilə bağlı ilkin işi gördü. Theodor von Karman və Hugh Latimer Dryden müqavimətin sürətlə artdığı Mach 1 sərhədində (965-1236 km/saat) sürəti təsvir etmək üçün "transonik" terminini istifadə etdilər. İlk səs maneəsi 1947-ci ildə Bell X-1 təyyarəsində qırıldı.
Əsas Xüsusiyyətlər
Aerodinamika qanunlarına əsasən, hər hansı bir cihazın yer atmosferində uçuşunu təmin etmək üçün bilmək vacibdir:
- Aerodinamik sürükləmə (X oxu) hava cərəyanları tərəfindən obyektə təsir göstərir. Bu parametrə əsasən elektrik stansiyasının gücü seçilir.
- Qaldırma qüvvəsi (Y oxu), bu, qalxmağı təmin edir və cihazın yer səthinə üfüqi uçmasına imkan verir.
- Uçan obyektə təsir edən üç koordinat oxu boyunca aerodinamik qüvvələrin anları. Ən vacibZ oxu (Mz) boyunca yanal qüvvənin hava gəmisi boyunca yönəldilmiş anıdır (şərti olaraq qanad xətti boyunca). O, uzununa sabitlik dərəcəsini müəyyən edir (cihazın uçarkən "dalma" və ya burnunu yuxarı qaldırması).
Təsnifat
Aerodinamik performans sürət, sıxılma və özlülük daxil olmaqla hava axını şəraiti və xüsusiyyətləri ilə təsnif edilir. Xarici aerodinamika müxtəlif formalı bərk cisimlərin ətrafındakı axının tədqiqidir. Nümunələr təyyarənin qaldırma qabiliyyətini və vibrasiyasını, eləcə də raketin burnunun qarşısında əmələ gələn şok dalğalarını qiymətləndirməkdir.
Daxili aerodinamika bərk cisimlərdəki açılışlardan (keçidlərdən) keçən hava axınının tədqiqidir. Məsələn, reaktiv mühərrikdən keçən axınların öyrənilməsini əhatə edir.
Aerodinamik performans axın sürətinə görə də təsnif edilə bilər:
- Subsonik səs sürətindən az sürət adlanır.
- Transonik (transonik) - səs sürətindən həm aşağıda, həm də yuxarıda sürətlər varsa.
- Supersonik - axın sürəti səs sürətindən böyük olduqda.
- Hipersəs - axın sürəti səs sürətindən çox böyükdür. Adətən bu tərif Mach rəqəmləri 5-dən yuxarı olan sürətləri bildirir.
Helikopter aerodinamiği
Təyyarənin uçuş prinsipi qanadda tətbiq olunan ötürmə hərəkəti zamanı qaldırıcı qüvvəyə əsaslanırsa, o zaman vertolyot, sanki, qanadların ox rejimində fırlanması səbəbindən öz-özünə qaldırıcı qüvvə yaradır (yəni tərcümə sürəti olmadan). sayəsindəBu xüsusiyyət ilə helikopter yerində havada tullana və ox ətrafında enerjili manevrlər edə bilir.
Digər proqramlar
Təbii ki, aerodinamika təkcə təyyarələrə aid deyil. Hava müqaviməti kosmosda qaz və maye mühitdə hərəkət edən bütün cisimlər tərəfindən yaşanır. Məlumdur ki, su sakinləri - balıqlar və məməlilər rasional formalara malikdirlər. Onların nümunəsində siz aerodinamikanı hərəkətdə izləyə bilərsiniz. İnsanlar heyvanlar aləminə diqqət yetirərək, su nəqliyyatını da sivri və ya gözyaşı şəklində edirlər. Bu, gəmilərə, qayıqlara, su altı qayıqlara aiddir.
Maşınlar əhəmiyyətli dərəcədə hava müqaviməti ilə üzləşirlər: sürət artdıqca bu müqavimət artır. Daha yaxşı aerodinamikaya nail olmaq üçün avtomobillərə rasional forma verilir. Bu xüsusilə idman avtomobilləri üçün doğrudur.
