Այս քաշող ուժն առաջանում է օդանավերում՝ թևերի կամ վերելակի մարմնի պատճառով, որը վերահղում է օդը՝ վերելք առաջացնելու համար, և օդանավերի թեւերով մեքենաներում, որոնք օդը ուղղորդում են դեպի վայրընթաց ուժ։ Սամուել Լանգլին նկատեց, որ ավելի հարթ, ավելի բարձր հարաբերակցությամբ թիթեղներն ունեին ավելի բարձր վերելք և ավելի ցածր դիմադրություն և ներկայացվեցին 1902 թվականին: Առանց օդանավի աերոդինամիկ որակի գյուտի, ինքնաթիռների ժամանակակից դիզայնն անհնար կլիներ։
Բարձրացում և տեղափոխում
Մարմնի վրա ազդող ընդհանուր աերոդինամիկ ուժը սովորաբար համարվում է, որ բաղկացած է երկու բաղադրիչից՝ վերելք և տեղաշարժ: Ըստ սահմանման, հակահոսքին զուգահեռ ուժի բաղադրիչը կոչվում է տեղաշարժ, մինչդեռ հակահոսքին ուղղահայաց բաղադրիչը կոչվում է բարձրացում:
Աերոդինամիկայի այս հիմունքները մեծ նշանակություն ունեն թևի աերոդինամիկական որակի վերլուծության համար։ Բարձրացումն առաջանում է թևի շուրջ հոսքի ուղղությունը փոխելով: Փոփոխությունուղղությունը հանգեցնում է արագության փոփոխության (նույնիսկ եթե արագության փոփոխություն չկա, ինչպես երևում է միատեսակ շրջանաձև շարժումից), որը արագացում է։ Հետևաբար, հոսքի ուղղությունը փոխելու համար հեղուկի վրա ուժ է պահանջվում: Սա հստակ տեսանելի է ցանկացած ինքնաթիռի վրա, պարզապես նայեք An-2-ի աերոդինամիկական որակի սխեմատիկ ներկայացմանը:
Բայց ամեն ինչ այդքան պարզ չէ: Շարունակելով թևի աերոդինամիկ որակի թեման, հարկ է նշել, որ դրա տակ օդի բարձրացման ստեղծումը ավելի բարձր ճնշման տակ է, քան դրա վերևում գտնվող օդային ճնշումը: Վերջավոր բացվածքի թևի վրա ճնշման այս տարբերությունը հանգեցնում է նրան, որ օդը հոսում է ստորին մակերեսի թևի արմատից դեպի վերին մակերեսի հիմքը: Այս թռչող օդի հոսքը համակցվում է հոսող օդի հետ՝ առաջացնելով արագության և ուղղության փոփոխություն, որը շրջում է օդի հոսքը և պտտվում թևի հետևի եզրի երկայնքով: Ստեղծված հորձանուտներն անկայուն են, դրանք արագ միաձուլվում են՝ ստեղծելով թեւերի հորձանուտներ։ Ստացված պտույտները փոխում են օդի հոսքի արագությունն ու ուղղությունը հետևի եզրի հետևում, այն շեղելով դեպի ներքև և դրանով իսկ առաջացնելով թևի հետևում փաթաթում: Այս տեսանկյունից, օրինակ, MS-21 ինքնաթիռն ունի բարձրացման-քաշելու հարաբերակցությունը։
Օդային հոսքի կառավարում
Վորտեքսներն իրենց հերթին փոխում են օդի հոսքը թևի շուրջ՝ նվազեցնելով թևի վերելք առաջացնելու ունակությունը, ուստի նույն վերելքի համար պահանջվում է հարձակման ավելի բարձր անկյուն, որը թեքում է ընդհանուր աերոդինամիկ ուժը դեպի ետ և մեծացնում քաշման բաղադրիչը։ այդ ուժը. Անկյունային շեղումը աննշան էազդում է բարձրացման վրա: Այնուամենայնիվ, կա դիմադրության աճ, որը հավասար է վերելակի արտադրյալին և անկյան, որի պատճառով այն շեղվում է: Քանի որ շեղումն ինքնին վերելքի ֆունկցիան է, հավելյալ ձգումը համաչափ է բարձրանալու անկյան հետ, ինչը հստակ երևում է A320-ի աերոդինամիկայի մեջ:
Պատմական օրինակներ
Ուղղանկյուն մոլորակային թևն ավելի շատ հորձանուտային թրթռումներ է ստեղծում, քան կոնաձև կամ էլիպսաձև թևերը, այդ իսկ պատճառով շատ ժամանակակից թևեր նեղացվում են՝ բարձրացնելու և քաշելու հարաբերակցությունը բարելավելու համար: Այնուամենայնիվ, էլիպսաձև օդային շրջանակն ավելի արդյունավետ է, քանի որ առաջացած լվացումը (և, հետևաբար, հարձակման արդյունավետ անկյունը) կայուն է թևերի ողջ տարածության վրա: Արտադրական բարդությունների պատճառով քիչ ինքնաթիռներ ունեն այս պլանի ձևը, որոնցից ամենահայտնի օրինակներն են Երկրորդ համաշխարհային պատերազմի Spitfire-ը և Thunderbolt-ը: Կոնաձև թեւերը ուղիղ առաջատար և հետին եզրերով կարող են մոտենալ էլիպսաձև վերելակի բաշխմանը: Որպես ընդհանուր կանոն, ուղիղ, ոչ կոնաձև թևերը արտադրում են 5%, իսկ նեղ թեւերը՝ 1-2% ավելի մեծ քաշքշուկ, քան էլիպսաձև թևերը: Ուստի դրանք ավելի լավ աերոդինամիկ որակ ունեն։
համաչափություն
Բարձր հարաբերակցությամբ թեւը կառաջացնի ավելի քիչ ինդուկտիվ քաշք, քան թեւերի ցածր հարաբերակցությունը, քանի որ ավելի երկար, ավելի բարակ թևի ծայրում ավելի քիչ օդի խանգարում կա: Հետեւաբար, առաջացածդիմադրությունը կարող է հակադարձ համեմատական լինել համաչափությանը, որքան էլ պարադոքսալ հնչի: Վերելակների բաշխումը կարող է փոխվել նաև՝ լվանալով, թեւը շուրջը պտտելով՝ դեպի թեւերի անկումը նվազեցնելու համար, և թեւերի մոտ օդային շերտը փոխելով: Սա թույլ է տալիս ավելի շատ բարձրացնել թևի արմատին և ավելի քիչ՝ թևին, ինչը հանգեցնում է թևերի հորձանուտների ամրության նվազմանը և, համապատասխանաբար, օդանավի աերոդինամիկ որակի բարելավմանը:
Օդանավերի նախագծման պատմության մեջ
Որոշ վաղ ինքնաթիռների վրա լողակներն ամրացված էին պոչերի ծայրերին: Հետագայում ինքնաթիռներն ունեն թևերի այլ ձև՝ պտույտների ինտենսիվությունը նվազեցնելու և բարձրացման-քաշելու առավելագույն հարաբերակցության հասնելու համար:
Տանիքի պտտվող վառելիքի տանկերը կարող են նաև որոշակի առավելություններ տալ՝ կանխելով օդի քաոսային հոսքը թևի շուրջը: Այժմ դրանք օգտագործվում են բազմաթիվ ինքնաթիռներում։ DC-10-ի աերոդինամիկ որակն այս առումով արժանիորեն հեղափոխական էր համարվում: Այնուամենայնիվ, ժամանակակից ավիացիոն շուկան վաղուց համալրվել է շատ ավելի առաջադեմ մոդելներով։
Քաշել-քաշել բանաձև. բացատրված է պարզ բառերով
Ընդհանուր դիմադրությունը հաշվարկելու համար անհրաժեշտ է հաշվի առնել, այսպես կոչված, մակաբուծական դիմադրությունը։ Քանի որ առաջացած քաշումը հակադարձ համեմատական է օդային արագության քառակուսիին (տվյալ վերելակի դեպքում), մինչդեռ մակաբուծական քաշքշումը ուղիղ համեմատական է դրան, ընդհանուր քաշման կորը ցույց է տալիս նվազագույն արագությունը: Ինքնաթիռ,նման արագությամբ թռչելով՝ գործում է օպտիմալ աերոդինամիկական որակներով։ Համաձայն վերոնշյալ հավասարումների՝ նվազագույն դիմադրության արագությունը տեղի է ունենում այնպիսի արագությամբ, որով առաջացած դիմադրությունը հավասար է մակաբուծական դիմադրությանը։ Սա այն արագությունն է, որով հասնում է սայթաքման օպտիմալ անկյունը պարապ օդանավերի համար: Որպեսզի անհիմն չլինեք, հաշվի առեք օդանավի օրինակի բանաձևը՝
Բանաձևի շարունակությունը նույնպես բավականին հետաքրքիր է (ներքևում պատկերված): Թռչելն ավելի բարձր, որտեղ օդն ավելի բարակ է, կբարձրացնի նվազագույն քաշքշուկի արագությունը, և այդպիսով այն թույլ կտա ավելի արագ ճանապարհորդել նույն քանակությամբ: վառելիք.
Եթե ինքնաթիռը թռչում է իր առավելագույն թույլատրելի արագությամբ, ապա այն բարձրությունը, որում օդի խտությունը նրան կապահովի լավագույն աերոդինամիկ որակը: Օպտիմալ բարձրությունը առավելագույն արագությամբ և օպտիմալ արագությունը առավելագույն բարձրության դեպքում կարող են փոխվել թռիչքի ընթացքում:
Տոկունություն
Արագությունը առավելագույն դիմացկունության համար (այսինքն՝ օդում ժամանակ) արագությունն է վառելիքի նվազագույն սպառման և ավելի քիչ արագության առավելագույն տիրույթի համար: Վառելիքի սպառումը հաշվարկվում է որպես պահանջվող հզորության և մեկ շարժիչի համար վառելիքի հատուկ սպառման արտադրյալ (վառելիքի սպառում մեկ միավոր հզորության համար): Պահանջվող հզորությունը հավասար է ձգման ժամանակին։
Պատմություն
Ժամանակակից աերոդինամիկայի զարգացումը սկսվել է միայն XVII-իցԴարեր շարունակ, բայց աերոդինամիկ ուժերը մարդիկ օգտագործվել են հազարավոր տարիներ առագաստանավերում և հողմաղացներում, և թռիչքի պատկերներն ու պատմությունները հայտնվում են բոլոր պատմական փաստաթղթերում և արվեստի գործերում, ինչպիսիք են Իկարուսի և Դեդալուսի հին հունական լեգենդը: Շարունակականության, դիմադրության և ճնշման գրադիենտների հիմնարար հասկացությունները հայտնվում են Արիստոտելի և Արքիմեդի աշխատություններում:
1726 թվականին սըր Իսահակ Նյուտոնը դարձավ առաջին մարդը, ով մշակեց օդի դիմադրության տեսությունը՝ դարձնելով այն աերոդինամիկական որակների վերաբերյալ առաջին փաստարկներից մեկը։ Հոլանդացի-շվեյցարացի մաթեմատիկոս Դանիել Բերնուլին 1738 թվականին գրել է մի տրակտատ, որը կոչվում է Hydrodynamica, որտեղ նկարագրել է ճնշման, խտության և հոսքի արագության հիմնարար կապը անսեղմելի հոսքի համար, որն այսօր հայտնի է որպես Բեռնուլիի սկզբունք, որն ապահովում է աերոդինամիկ վերելքի հաշվարկման մեկ մեթոդ: 1757 թվականին Լեոնհարդ Էյլերը հրապարակեց Էյլերի ավելի ընդհանուր հավասարումները, որոնք կարող են կիրառվել ինչպես սեղմվող, այնպես էլ անսեղմվող հոսքերի վրա։ Էյլերի հավասարումները ընդլայնվեցին՝ ներառելով մածուցիկության էֆեկտները 1800-ականների առաջին կեսում՝ առաջացնելով Նավիեր-Սթոքսի հավասարումները։ Միևնույն ժամանակ հայտնաբերվել է բևեռի աերոդինամիկ կատարում/աերոդինամիկ որակ։
Հիմք ընդունելով այս իրադարձությունները, ինչպես նաև իրենց սեփական հողմային թունելում կատարված հետազոտությունները, Ռայթ եղբայրները առաջին ինքնաթիռը թռչեցին 1903 թվականի դեկտեմբերի 17-ին:
Աերոդինամիկայի տեսակները
Աերոդինամիկ խնդիրները դասակարգվում են ըստ հոսքի պայմանների կամ հոսքի հատկությունների, ներառյալ այնպիսի հատկանիշներ, ինչպիսիք են արագությունը, սեղմելիությունը և մածուցիկությունը: Դրանք առավել հաճախ բաժանվում են երկու տեսակի՝
- Արտաքին աերոդինամիկան տարբեր ձևերի պինդ առարկաների շուրջ հոսքի ուսումնասիրությունն է: Արտաքին աերոդինամիկայի օրինակներ են օդանավի բարձրացման և ձգման գնահատումը կամ հարվածային ալիքները, որոնք առաջանում են հրթիռի քթի առջև:
- Ներքին աերոդինամիկան պինդ առարկաների անցումներով հոսքի ուսումնասիրությունն է: Օրինակ, ներքին աերոդինամիկան ներառում է օդի հոսքի ուսումնասիրությունը ռեակտիվ շարժիչի կամ օդորակման ծխնելույզի միջոցով:
Աերոդինամիկ խնդիրները կարող են դասակարգվել նաև ըստ ձայնի արագությունից ցածր կամ մոտ հոսքի արագությունների:
Խնդիրը կոչվում է՝
- ենթաձայնային, եթե խնդրի բոլոր արագությունները փոքր են ձայնի արագությունից;
- տրանսոնիկ, եթե կան ձայնի արագությունից ցածր և բարձր արագություններ (սովորաբար, երբ բնորոշ արագությունը մոտավորապես հավասար է ձայնի արագությանը);
- գերձայնային, երբ հոսքի բնորոշ արագությունը մեծ է ձայնի արագությունից;
- հիպերձայնային, երբ հոսքի արագությունը շատ ավելի մեծ է, քան ձայնի արագությունը:
Աերոդինամիկները համաձայն չեն հիպերձայնային հոսքի ճշգրիտ սահմանմանը:
Մածուցիկության ազդեցությունը հոսքի վրա թելադրում է երրորդ դասակարգումը: Որոշ խնդիրներ կարող են ունենալ միայն շատ փոքր մածուցիկ ազդեցություն, որի դեպքում մածուցիկությունը կարող է համարվել աննշան: Այս խնդիրների մոտարկումները կոչվում են անտեսանելիհոսանքներ. Այն հոսքերը, որոնց համար մածուցիկությունը չի կարելի անտեսել, կոչվում են մածուցիկ հոսքեր:
սեղմելիություն
Անսեղմելի հոսքը այն հոսքն է, որի խտությունը հաստատուն է ինչպես ժամանակի, այնպես էլ տարածության մեջ: Չնայած բոլոր իրական հեղուկները սեղմելի են, հոսքը հաճախ մոտավորվում է որպես անսեղմելի, եթե խտության փոփոխության ազդեցությունը առաջացնում է միայն փոքր փոփոխություններ հաշվարկված արդյունքներում: Սա ավելի հավանական է, երբ հոսքի արագությունը շատ ցածր է ձայնի արագությունից: Սեղմելիության ազդեցությունն ավելի զգալի է ձայնի արագությանը մոտ կամ ավելի բարձր արագությունների դեպքում: Mach թիվը օգտագործվում է անսեղմելիության հավանականությունը գնահատելու համար, հակառակ դեպքում սեղմելիության էֆեկտները պետք է ներառվեն:
Աերոդինամիկայի տեսության համաձայն՝ հոսքը համարվում է սեղմելի, եթե խտությունը փոխվում է հոսքագծի երկայնքով։ Սա նշանակում է, որ, ի տարբերություն չսեղմվող հոսքի, հաշվի են առնվում խտության փոփոխությունները։ Ընդհանուր առմամբ, սա այն դեպքն է, երբ հոսքի մի մասի կամ ամբողջ մախի թիվը գերազանցում է 0.3-ը: 0.3 Mach արժեքը բավականին կամայական է, բայց այն օգտագործվում է, քանի որ այս արժեքից ցածր գազի հոսքը ցույց է տալիս 5% -ից պակաս խտության փոփոխություններ: Նաև 5% խտության առավելագույն փոփոխությունը տեղի է ունենում լճացման կետում (օբյեկտի վրա, որտեղ հոսքի արագությունը զրոյական է), մինչդեռ մնացած օբյեկտի շուրջ խտությունը շատ ավելի ցածր կլինի: Անդրաձայնային, գերձայնային և հիպերձայնային հոսքերը բոլորը սեղմելի են։
Եզրակացություն
Աերոդինամիկան այսօր աշխարհի ամենակարեւոր գիտություններից մեկն է։ Նա մեզ տրամադրում էկառուցելով որակյալ ինքնաթիռներ, նավեր, մեքենաներ և կատակերգական մաքոքներ: Այն հսկայական դեր է խաղում զենքի ժամանակակից տեսակների մշակման մեջ՝ բալիստիկ հրթիռներ, ուժեղացուցիչներ, տորպեդներ և անօդաչու սարքեր: Այս ամենը անհնար կլիներ, եթե չլինեին աերոդինամիկ որակի ժամանակակից առաջադեմ կոնցեպտները։
Այսպիսով, հոդվածի թեմայի վերաբերյալ պատկերացումները փոխվեցին Իկարուսի մասին գեղեցիկ, բայց միամիտ ֆանտազիաներից մինչև անցյալ դարասկզբին ծագած ֆունկցիոնալ և իսկապես աշխատող ինքնաթիռներ: Այսօր մենք չենք կարող պատկերացնել մեր կյանքը առանց մեքենաների, նավերի և ինքնաթիռների, և այդ մեքենաները շարունակում են կատարելագործվել աերոդինամիկայի նոր ձեռքբերումներով:
Գլեյդերների աերոդինամիկական որակներն իրենց ժամանակներում իսկական բեկում էին: Սկզբում այս ոլորտում բոլոր հայտնագործությունները կատարվել են վերացական, երբեմն իրականությունից բաժանված, տեսական հաշվարկների միջոցով, որոնք ֆրանսիացի և գերմանացի մաթեմատիկոսներն իրականացրել են իրենց լաբորատորիաներում։ Հետագայում նրանց բոլոր բանաձեւերն օգտագործվել են այլ, ավելի ֆանտաստիկ (18-րդ դարի չափանիշներով) նպատակների համար, օրինակ՝ ապագա ինքնաթիռների իդեալական ձևի և արագության հաշվարկի համար։ 19-րդ դարում այդ սարքերը սկսեցին կառուցվել մեծ քանակությամբ՝ սկսած սլայդերներից ու օդանավերից, եվրոպացիներն աստիճանաբար անցան ինքնաթիռների կառուցմանը։ Վերջիններս սկզբում օգտագործվել են բացառապես ռազմական նպատակներով։ Առաջին համաշխարհային պատերազմի էյսերը ցույց տվեցին, թե որքան կարևոր է օդում գերակայության խնդիրը ցանկացած երկրի համար, և միջպատերազմյան շրջանի ինժեներները պարզեցին, որ նման ինքնաթիռները արդյունավետ են ոչ միայն զինվորականների, այլև քաղաքացիական անձանց համար։նպատակներ. Ժամանակի ընթացքում քաղաքացիական ավիացիան ամուր մտավ մեր կյանք, և այսօր ոչ մի պետություն չի կարող առանց դրա:
