Аэродинамик нь агаарын урсгалын хөдөлгөөн, тэдгээрийн хатуу биетүүдэд үзүүлэх нөлөөллийг судалдаг мэдлэгийн салбар юм. Энэ нь гидро- ба хийн динамикийн дэд хэсэг юм. Энэ чиглэлийн судалгаа нь эрт дээр үеэс, сум, төлөвлөлтийн жад зохион бүтээгдсэн үеэс эхэлсэн бөгөөд энэ нь сумыг илүү нарийвчлалтай, бай руу илгээх боломжийг олгосон юм. Гэсэн хэдий ч нилээд хол зайд нисэх эсвэл гулсах чадвартай, агаараас илүү хүнд машин зохион бүтээснээр аэродинамикийн боломж бүрэн илэрсэн.
Эрт дээр үеэс
20-р зуунд аэродинамикийн хуулиудыг нээсэн нь шинжлэх ухаан, технологийн олон салбарт, ялангуяа тээврийн салбарт гайхалтай үсрэлт хийхэд хувь нэмэр оруулсан. Түүний ололт амжилтад тулгуурлан орчин үеийн нисэх онгоцууд бүтээгдсэн бөгөөд энэ нь дэлхийн гаригийн бараг аль ч өнцөг буланг олон нийтэд хүртээмжтэй болгох боломжтой болсон.
Тэнгэрийг байлдан дагуулах оролдлогын тухай хамгийн түрүүнд Грекийн Икар, Дедалус домогт дурдсан байдаг. Аав хүү хоёр шувуу шиг далавч хийжээ. Энэ нь олон мянган жилийн өмнө хүмүүс газраас буух боломжийн талаар бодож байсныг харуулж байна.
Бас нэг өсөлтнисэх онгоц бүтээх сонирхол сэргэн мандалтын үед үүссэн. Хүсэл тэмүүлэлтэй судлаач Леонардо да Винчи энэ асуудалд маш их цаг зарцуулсан. Түүний хамгийн энгийн нисдэг тэрэгний ажиллах зарчмуудыг тайлбарласан тэмдэглэлүүд нь мэдэгдэж байна.
Шинэ эрин
Шинжлэх ухаанд (ялангуяа аэронавтикт) дэлхийн нээлтийг Исаак Ньютон хийсэн. Эцсийн эцэст, аэродинамикийн үндэс нь механикийн цогц шинжлэх ухаан бөгөөд үүсгэн байгуулагч нь Английн эрдэмтэн байв. Ньютон анх удаа агаарын орчинг бөөмсийн конгломерат гэж үзсэн бөгөөд саад тотгортой тулгараад наалддаг эсвэл уян харимхай тусдаг. 1726 онд тэрээр агаарын эсэргүүцлийн онолыг олон нийтэд танилцуулсан.
Дараа нь хүрээлэн буй орчин үнэхээр хамгийн жижиг тоосонцор буюу молекулуудаас бүрддэг болох нь тогтоогдов. Тэд агаарын тусгалыг маш нарийн тооцоолж сурсан бөгөөд "наалдах" нөлөө нь үндэслэлгүй таамаглалд тооцогдов.
Гайхалтай нь энэ онол олон зууны дараа практик хэрэглээг олсон юм. 60-аад оны үед, сансрын эриний эхэн үед Зөвлөлтийн дизайнерууд газардах үед хэт авианы хурдыг бий болгодог "мохоо" бөмбөрцөг хэлбэрийн буух тээврийн хэрэгслийн аэродинамик чирэгдэлийг тооцоолох асуудалтай тулгарсан. Хүчирхэг компьютер байхгүйн улмаас энэ үзүүлэлтийг тооцоолоход бэрхшээлтэй байсан. Нисдэг биетэд бөөмс "наалдахад" үзүүлэх нөлөөний талаарх Ньютоны энгийн томьёог ашиглан чирэх утгыг, тэр ч байтугай урд талын даралтын тархалтыг хүртэл нарийн тооцоолох боломжтой болох нь гэнэт гарч ирэв.
Аэродинамикийн хөгжил
Үүсгэн байгуулагчГидродинамикч Даниел Бернулли 1738 онд шахагдашгүй урсгалын даралт, нягт ба хурдны хоорондын үндсэн хамаарлыг тодорхойлсон бөгөөд энэ нь өнөө үед Бернуллигийн зарчим гэж нэрлэгддэг бөгөөд энэ нь аэродинамик өргөлтийн тооцоонд ч хамаатай юм. 1799 онд сэр Жорж Кейли нислэгийн дөрвөн аэродинамик хүч (жин, өргөлт, чирэх, түлхэлт) болон тэдгээрийн хоорондын хамаарлыг тодорхойлсон анхны хүн болжээ.
1871 онд Фрэнсис Херберт Венхэм аэродинамик хүчийг нарийн хэмжих анхны салхин хонгилыг бүтээжээ. Жан Ле Ронд д'Аламбер, Густав Кирххофф, Лорд Рэйли нарын боловсруулсан үнэлж баршгүй шинжлэх ухааны онолууд. 1889 онд Францын нисэхийн инженер Чарльз Ренард тогтвортой нислэгт шаардагдах хүчийг шинжлэх ухаанчаар тооцсон анхны хүн болжээ.
Онолоос практик руу
19-р зуунд зохион бүтээгчид далавчийг шинжлэх ухааны үүднээс авч үздэг байжээ. Шувуудын нислэгийн механизмыг судалсны ачаар аэродинамикийн үйл ажиллагааг судалж, дараа нь хиймэл онгоцонд ашигласан.
Отто Лилиенталь ялангуяа жигүүрийн механикийн судалгаандаа гарамгай байсан. Германы нисэх онгоцны зохион бүтээгч хоёр онгоц зэрэг 11 төрлийн планер бүтээж, туршсан. Тэрээр мөн анхны нислэгээ агаараас хүнд аппаратаар хийсэн. Харьцангуй богино наслахдаа (46 жил) тэрээр 2000 орчим нислэг хийж, загвараа байнга сайжруулж байсан нь онгоц гэхээсээ илүү дельтаплантай төстэй байв. Тэрээр 1896 оны 8-р сарын 10-нд анхны нислэгийн үеэр нас барж, анхдагч болжээнисэх онгоц, онгоцны ослын анхны хохирогч. Дашрамд дурдахад, Германы зохион бүтээгч нисэх онгоцны аэродинамикийн судалгааны анхдагч Николай Егорович Жуковскийд нэг планерыг өөрийн биеэр хүлээлгэн өгсөн.
Жуковский зөвхөн онгоцны загвар дээр туршилт хийсэнгүй. Тухайн үеийн олон сонирхогчдоос ялгаатай нь тэрээр агаарын урсгалын зан байдлыг шинжлэх ухааны үүднээс авч үздэг байв. 1904 онд тэрээр Москвагийн ойролцоох Качинод дэлхийн анхны аэродинамикийн хүрээлэнг байгуулжээ. 1918 оноос хойш тэрээр ЦАГИ (Төв Аэрогидродинамик Хүрээлэн)-ийг удирдаж байсан.
Анхны онгоцууд
Аэродинамик бол хүнд тэнгэрийг эзлэх боломжийг олгосон шинжлэх ухаан юм. Үүнийг судлахгүйгээр агаарын урсгалд тогтвортой хөдөлдөг онгоц бүтээх боломжгүй юм. Бидний ердийн утгаараа анхны онгоцыг 1903 оны 12-р сарын 7-нд ах дүү Райт нар хийж, агаарт хөөргөсөн. Гэсэн хэдий ч энэ үйл явдлын өмнө онолын нарийн ажил хийсэн. Америкчууд өөрсдийн зохион бүтээсэн салхин туннелд онгоцны их биений дизайныг задлахад маш их цаг зарцуулсан.
Анхны нислэгийн үеэр Фредерик В. Ланчестер, Мартин Вильгельм Кутта, Николай Жуковский нар өргөлт үүсгэдэг агаарын урсгалын эргэлтийг тайлбарласан онолыг дэвшүүлсэн. Кутта, Жуковский нар жигүүрийн хоёр хэмжээст онолыг үргэлжлүүлэн хөгжүүлэв. Людвиг Прандтл нь нарийн аэродинамик ба өргөх хүчний математик онолыг хөгжүүлж, мөн хилийн давхаргатай ажилладаг гэж үнэлэгддэг.
Асуудал ба шийдэл
Нисэх онгоцны аэродинамикийн ач холбогдол нь хурд нэмэгдэх тусам нэмэгджээ. Дизайнерууд дууны хурдтай эсвэл ойролцоо агаар шахахтай холбоотой асуудалтай тулгарч эхлэв. Эдгээр нөхцлийн дагуу урсгалын зөрүү нь агаарын хөлөгтэй харьцах асуудалд хүргэж, цочролын долгионы улмаас таталцлыг нэмэгдүүлж, аэроэластик долгионы улмаас бүтцийн эвдрэл үүсэх аюулд хүргэсэн. Урсгалын хурд ба дууны хурдны харьцааг дуунаас хурдан урсгалын шинж чанарыг анх судалсан хүмүүсийн нэг болох Эрнст Махын нэрээр Мах тоо гэж нэрлэсэн.
Уильям Жон МакКуорн Рэнкин, Пьер Анри Гугониот нар цочролын долгионы өмнө болон дараах агаарын урсгалын шинж чанарын онолыг бие даан боловсруулсан бол Жейкоб Акерет дуунаас хурдан агаарын хавтангийн өргөлт, чирэх хүчийг тооцоолох анхны ажлыг хийжээ. Теодор фон Карман, Хью Латимер Драйден нар эсэргүүцэл хурдацтай нэмэгдэж байгаа Mach 1-ийн хилийн (965-1236 км/цаг) хурдыг тодорхойлохын тулд "трансоник" гэсэн нэр томъёог гаргажээ. Анхны дууны саадыг 1947 онд Bell X-1 онгоцоор эвдсэн.
Гол онцлог
Аэродинамикийн хуулийн дагуу аливаа төхөөрөмж дэлхийн агаар мандалд нислэг үйлдэхийн тулд дараах зүйлсийг мэдэх нь чухал:
- Агаарын урсгалаар объектод үзүүлэх аэродинамик чирэх (X тэнхлэг). Энэ параметр дээр үндэслэн цахилгаан станцын хүчийг сонгоно.
- Өргөх хүч (Y тэнхлэг) нь авирах боломжийг олгож, төхөөрөмжийг дэлхийн гадаргуу руу хэвтээ байдлаар нисэх боломжийг олгодог.
- Нисдэг биет дээр үйлчлэх гурван координатын тэнхлэгийн дагуух аэродинамик хүчний моментууд. хамгийн чухалнь агаарын хөлгийн дээгүүр чиглэсэн Z тэнхлэг (Mz) дагуух хажуугийн хүчний момент (болзолтоор далавчны шугамын дагуу). Энэ нь уртааш тогтвортой байдлын түвшинг тодорхойлдог (төхөөрөмж нисэх үед "шумбах" эсвэл хамраа дээш өргөх эсэх).
Ангилал
Аэродинамик гүйцэтгэлийг хурд, шахагдах, зуурамтгай чанар зэрэг агаарын урсгалын нөхцөл, шинж чанараар нь ангилдаг. Гадаад аэродинамик нь янз бүрийн хэлбэрийн хатуу биетүүдийн эргэн тойрон дахь урсгалыг судалдаг шинжлэх ухаан юм. Онгоцны өргөлт, чичиргээ, мөн пуужингийн хамрын урд үүссэн цочролын долгионыг үнэлэх жишээнүүд юм.
Дотоод аэродинамик нь хатуу биет дэх нүхээр (хоолоор) шилжих агаарын урсгалыг судалдаг. Жишээлбэл, тийрэлтэт хөдөлгүүрээр дамжин өнгөрөх урсгалын судалгааг хамарна.
Аэродинамик гүйцэтгэлийг урсгалын хурдаар нь мөн ангилж болно:
- Дэд дууны хурдыг дууны хурдаас бага хурд гэж нэрлэдэг.
- Трансоник (трансоник) - дууны хурдаас доогуур болон түүнээс дээш хурдтай бол.
- Supersonic - урсгалын хурд дууны хурдаас их байх үед.
- Hypersonic - урсгалын хурд нь дууны хурдаас хамаагүй их. Энэ тодорхойлолт нь ихэвчлэн 5-аас дээш Mach тоотой хурдыг хэлдэг.
Нисдэг тэрэгний аэродинамик
Хэрэв онгоцны нислэгийн зарчим нь далавчинд үзүүлэх хөрвүүлэх хөдөлгөөний үед өргөх хүч дээр суурилдаг бол нисдэг тэрэг тэнхлэгийн үлээх горимд ирийг эргүүлснээр өөрөө өргөлтийг бий болгодог (өөрөөр хэлбэл орчуулгын хурдгүйгээр). БаярлалааЭнэ функцийн тусламжтайгаар нисдэг тэрэг байрандаа агаарт хөөрч, тэнхлэгээ тойрон эрч хүчтэй маневр хийх боломжтой.
Бусад програм
Мэдээжийн хэрэг, аэродинамик нь зөвхөн онгоцонд хамаарахгүй. Агаарын эсэргүүцлийг хий, шингэн орчинд сансар огторгуйд хөдөлж буй бүх биет мэдэрдэг. Усны оршин суугчид болох загас, хөхтөн амьтад жигд хэлбэртэй байдаг нь мэдэгдэж байна. Тэдний жишээн дээр та аэродинамикийн үйл ажиллагааг ажиглаж болно. Амьтны ертөнцөд анхаарлаа хандуулж, хүмүүс усан онгоцыг үзүүртэй эсвэл дусал хэлбэртэй болгодог. Энэ нь хөлөг онгоц, завь, шумбагч онгоцонд хамаарна.
Тээврийн хэрэгсэл агаарын эсэргүүцэлтэй тулгардаг: хурд нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Илүү сайн аэродинамикийг бий болгохын тулд машинд оновчтой хэлбэрийг өгдөг. Энэ нь ялангуяа спорт машинд хамаатай.
