Աերոդինամիկան գիտելիքի ոլորտ է, որն ուսումնասիրում է օդային հոսքերի շարժումը և դրանց ազդեցությունը պինդ մարմինների վրա։ Հիդրո և գազային դինամիկայի ենթաբաժին է։ Այս ոլորտում հետազոտությունները սկսվում են հին ժամանակներից՝ նետերի և պլանավորման նիզակների հայտնագործման ժամանակներից, որոնք հնարավորություն են տվել ավելի ու ավելի ճշգրիտ արկ ուղարկել թիրախի վրա: Այնուամենայնիվ, աերոդինամիկայի ներուժը լիովին բացահայտվեց օդից ավելի ծանր մեքենաների հայտնագործմամբ, որոնք կարող էին թռչել կամ սահել զգալի հեռավորությունների վրա:
Հին ժամանակներից
20-րդ դարում աերոդինամիկայի օրենքների բացահայտումը նպաստեց ֆանտաստիկ թռիչքի գիտության և տեխնիկայի շատ ոլորտներում, հատկապես տրանսպորտի ոլորտում: Դրա ձեռքբերումների հիման վրա ստեղծվել են ժամանակակից ինքնաթիռներ, որոնք հնարավորություն են տվել հանրությանը հասանելի դարձնել Երկիր մոլորակի գրեթե ցանկացած անկյուն։
Երկինքը նվաճելու փորձի մասին առաջին հիշատակումը հանդիպում է հունական Իկարուսի և Դեդալուսի առասպելում: Հայր ու որդի թռչնի նման թեւեր են կառուցել։ Սա ցույց է տալիս, որ հազարավոր տարիներ առաջ մարդիկ մտածում էին գետնից իջնելու հնարավորության մասին:
Եվս մեկ աճԻնքնաթիռների կառուցման նկատմամբ հետաքրքրությունն առաջացել է Վերածննդի դարաշրջանում: Կրքոտ հետազոտող Լեոնարդո դա Վինչին շատ ժամանակ է նվիրել այս խնդրին։ Հայտնի են նրա գրառումները, որոնք բացատրում են ամենապարզ ուղղաթիռի շահագործման սկզբունքները։
Նոր դարաշրջան
Գիտության (և մասնավորապես ավիացիայի ոլորտում) համաշխարհային առաջընթացը կատարվեց Իսահակ Նյուտոնի կողմից: Ի վերջո, աերոդինամիկայի հիմքը մեխանիկայի համապարփակ գիտությունն է, որի հիմնադիրը եղել է անգլիացի գիտնական։ Նյուտոնն առաջինն էր, ով օդային միջավայրը համարեց որպես մասնիկների կոնգլոմերատ, որոնք, բախվելով խոչընդոտի, կամ կպչում են դրան, կամ էլաստիկորեն արտացոլվում են: 1726 թվականին նա հանրությանը ներկայացրեց օդի դիմադրության տեսությունը։
Հետո պարզվեց, որ միջավայրն իսկապես բաղկացած է ամենափոքր մասնիկներից՝ մոլեկուլներից։ Նրանք սովորեցին, թե ինչպես կարելի է բավականին ճշգրիտ հաշվարկել օդի ռեֆլեկտիվությունը, և «կպչելու» էֆեկտը համարվում էր անհիմն ենթադրություն։
Զարմանալիորեն, այս տեսությունը գործնական կիրառություն գտավ դարեր անց: 60-ականներին, տիեզերական դարաշրջանի արշալույսին, խորհրդային դիզայներները բախվեցին «բութ» գնդաձև ձևի իջնող մեքենաների աերոդինամիկական քաշը հաշվարկելու խնդրին, որոնք վայրէջք կատարելիս զարգացնում են հիպերձայնային արագություններ: Հզոր համակարգիչների բացակայության պատճառով խնդրահարույց էր այս ցուցանիշի հաշվարկը։ Անսպասելիորեն պարզվեց, որ հնարավոր է ճշգրիտ հաշվարկել ձգման արժեքը և նույնիսկ ճնշման բաշխումը ճակատային մասի վրա՝ օգտագործելով Նյուտոնի պարզ բանաձևը՝ կապված թռչող օբյեկտի վրա մասնիկների «կպչման» ազդեցության հետ:
Աերոդինամիկայի զարգացում
ՀիմնադիրՀիդրոդինամիկ Դանիել Բերնուլին 1738 թվականին նկարագրել է ճնշման, խտության և արագության միջև հիմնարար կապը անսեղմելի հոսքի համար, որն այսօր հայտնի է որպես Բեռնուլիի սկզբունք, որը կիրառելի է նաև աերոդինամիկ վերելքի հաշվարկների համար։ 1799 թվականին սըր Ջորջ Քեյլին դարձավ առաջին մարդը, ով բացահայտեց թռիչքի չորս աերոդինամիկ ուժերը (քաշ, բարձրացում, քաշում և մղում) և նրանց միջև փոխհարաբերությունները։
1871 թվականին Ֆրենսիս Հերբերտ Վենհեմը ստեղծեց առաջին հողմային թունելը՝ ճշգրիտ չափելու աերոդինամիկ ուժերը։ Անգնահատելի գիտական տեսություններ, որոնք մշակվել են Ժան Լը Ռոնդ դ'Ալեմբերի, Գուստավ Կիրխհոֆի, Լորդ Ռեյլի կողմից: 1889 թվականին ֆրանսիացի ավիացիոն ինժեներ Շառլ Ռենարը դարձավ առաջին մարդը, ով գիտականորեն հաշվարկեց կայուն թռիչքի համար պահանջվող հզորությունը։
Տեսությունից մինչև պրակտիկա
19-րդ դարում գյուտարարները թևին նայում էին գիտական տեսանկյունից: Իսկ թռչունների թռիչքի մեխանիզմի ուսումնասիրության շնորհիվ ուսումնասիրվել է գործողության մեջ գտնվող աերոդինամիկան, որը հետագայում կիրառվել է արհեստական ինքնաթիռների վրա։
Օտտո Լիլիենթալը աչքի է ընկել հատկապես թևերի մեխանիկայի հետազոտությամբ: Գերմանացի ավիակոնստրուկտորը ստեղծել և փորձարկել է 11 տեսակի սլայդեր, այդ թվում՝ երկինքնաթիռ։ Նա նաև առաջին թռիչքը կատարեց օդից ավելի ծանր ապարատի վրա։ Համեմատաբար կարճ կյանքի ընթացքում (46 տարի) նա կատարել է մոտ 2000 թռիչք՝ անընդհատ կատարելագործելով դիզայնը, որն ավելի շատ նման էր կախազարդի, քան ինքնաթիռի։ Նա մահացավ հաջորդ թռիչքի ժամանակ 1896 թվականի օգոստոսի 10-ին՝ դառնալով ռահվիրաավիացիոն, և ավիավթարի առաջին զոհը։ Ի դեպ, գերմանացի գյուտարարը ինքնաթիռների աերոդինամիկայի ուսումնասիրության պիոներ Նիկոլայ Եգորովիչ Ժուկովսկուն անձամբ է հանձնել թռչող սարքերից մեկը։
Ժուկովսկին պարզապես փորձեր չի արել ինքնաթիռների դիզայնով: Ի տարբերություն այն ժամանակվա շատ էնտուզիաստների, նա օդային հոսանքների պահվածքն առաջին հերթին դիտարկում էր գիտական տեսանկյունից։ 1904 թվականին նա հիմնադրել է աշխարհի առաջին աերոդինամիկ ինստիտուտը Մոսկվայի մերձակա Կաչինո քաղաքում։ 1918 թվականից նա ղեկավարել է TsAGI-ն (Կենտրոնական աերոհիդրոդինամիկական ինստիտուտ):
Առաջին ինքնաթիռներ
Աերոդինամիկան այն գիտությունն է, որը թույլ տվեց մարդուն նվաճել երկինքը: Առանց այն ուսումնասիրելու անհնար կլիներ օդային հոսանքներում կայուն շարժվող ինքնաթիռներ կառուցել։ Մեր սովորական իմաստով առաջին ինքնաթիռը պատրաստվել և օդ բարձրացվել է 1903 թվականի դեկտեմբերի 7-ին Ռայթ եղբայրների կողմից: Սակայն այս իրադարձությանը նախորդել է զգույշ տեսական աշխատանք։ Ամերիկացիները շատ ժամանակ են հատկացրել օդային շրջանակի դիզայնի վրիպազերծմանը իրենց իսկ նախագծած հողմային թունելում:
Առաջին թռիչքների ժամանակ Ֆրեդերիկ Վ. Լանչեսթերը, Մարտին Վիլհելմ Կուտտան և Նիկոլայ Ժուկովսկին առաջ քաշեցին տեսություններ, որոնք բացատրում էին օդային հոսանքների շրջանառությունը, որոնք ստեղծում են վերելք: Կուտտան և Ժուկովսկին շարունակեցին զարգացնել թևի երկչափ տեսությունը։ Լյուդվիգ Պրանդտլին վերագրվում է նուրբ աերոդինամիկական և բարձրացնող ուժերի մաթեմատիկական տեսության զարգացմանը, ինչպես նաև սահմանային շերտերի հետ աշխատելուն:
Խնդիրներ և լուծումներ
Օդանավերի աերոդինամիկայի կարևորությունը մեծացավ դրանց արագության աճին զուգահեռ:Դիզայներները սկսեցին խնդիրներ ունենալ ձայնի արագությամբ կամ մոտ օդը սեղմելու հետ կապված: Այս պայմաններում հոսքի տարբերությունները հանգեցրել են օդանավերի հետ աշխատելու խնդիրների, հարվածային ալիքների պատճառով դիմադրության ավելացման և աերոէլաստիկ թրթիռի պատճառով կառուցվածքային խափանումների սպառնալիքի: Հոսքի արագության և ձայնի արագության հարաբերակցությունը կոչվում էր Մախ թիվ Էռնստ Մաչի անունով, ով առաջիններից մեկն էր, ով ուսումնասիրեց գերձայնային հոսքի հատկությունները:
William John McQuorn Rankine-ը և Pierre Henri Gougoniot-ը ինքնուրույն մշակեցին օդի հոսքի հատկությունների տեսությունը հարվածային ալիքից առաջ և հետո, մինչդեռ Ջեյկոբ Աքերեթը կատարեց նախնական աշխատանքը գերձայնային օդանավերի բարձրացման և ձգման հաշվարկի վրա: Թեոդոր ֆոն Կարմանը և Հյու Լաթիմեր Դրայդենը հորինել են «տրանսոնիկ» տերմինը՝ նկարագրելու արագությունները Մախ 1 սահմանին (965-1236 կմ/ժ), երբ դիմադրությունը արագորեն աճում է։ Առաջին ձայնային պատնեշը կոտրվել է 1947 թվականին Bell X-1 ինքնաթիռում։
Հիմնական հատկանիշներ
Աերոդինամիկայի օրենքների համաձայն՝ ցանկացած սարքի երկրագնդի մթնոլորտում թռիչք ապահովելու համար անհրաժեշտ է իմանալ.
- Աերոդինամիկ քաշքշուկ (X առանցք) օդային հոսանքների միջոցով օբյեկտի վրա: Այս պարամետրի հիման վրա ընտրվում է էլեկտրակայանի հզորությունը։
- Բարձրացման ուժ (Y-առանցք), որն ապահովում է մագլցում և թույլ է տալիս սարքին հորիզոնական թռչել դեպի երկրի մակերես:
- Աերոդինամիկական ուժերի պահեր երեք կոորդինատային առանցքների երկայնքով, որոնք գործում են թռչող օբյեկտի վրա: ամենակարեւորZ առանցքի երկայնքով (Mz) կողային ուժի պահն է՝ ուղղված օդանավի վրայով (պայմանականորեն թևի գծի երկայնքով): Այն որոշում է երկայնական կայունության աստիճանը (արդյոք սարքը «սուզվելու է», թե քիթը վեր կբարձրացնի թռչելիս):
Դասակարգում
Աերոդինամիկ ցուցանիշները դասակարգվում են ըստ օդի հոսքի պայմանների և հատկությունների, ներառյալ արագությունը, սեղմելիությունը և մածուցիկությունը: Արտաքին աերոդինամիկան տարբեր ձևերի պինդ առարկաների շուրջ հոսքի ուսումնասիրությունն է: Օրինակներ են օդանավի բարձրացման և թրթռումների գնահատումը, ինչպես նաև հարվածային ալիքները, որոնք առաջանում են հրթիռի քթի առջև:
Ներքին աերոդինամիկան պինդ առարկաների բացվածքների (անցումների) միջով շարժվող օդի հոսքի ուսումնասիրությունն է: Օրինակ, այն ներառում է ռեակտիվ շարժիչով հոսքերի ուսումնասիրությունը:
Աերոդինամիկ ցուցանիշները կարելի է դասակարգել նաև ըստ հոսքի արագության՝
- Ենթաձայնը կոչվում է ձայնի արագությունից փոքր արագություն:
- Տրանսոնիկ (transonic) - եթե կան արագություններ և՛ ձայնի արագությունից ցածր, և՛ ավելի բարձր:
- Գերձայնային - երբ հոսքի արագությունն ավելի մեծ է, քան ձայնի արագությունը:
- Հիպերձայնային - հոսքի արագությունը շատ ավելի մեծ է, քան ձայնի արագությունը: Սովորաբար այս սահմանումը նշանակում է արագություններ 5-ից բարձր մախ թվերով:
Ուղղաթիռի աերոդինամիկա
Եթե օդանավերի թռիչքի սկզբունքը հիմնված է թևի վրա գործադրվող փոխադրական շարժման ժամանակ բարձրացնող ուժի վրա, ապա ուղղաթիռը, այսպես ասած, ինքնուրույն բարձրացում է ստեղծում՝ սռնի փչման ռեժիմում սայրերի պտտման պատճառով (այսինքն՝ առանց թարգմանության արագության): ՇնորհիվԱյս հատկանիշով ուղղաթիռը կարող է տեղում սավառնել օդում և էներգետիկ մանևրներ կատարել առանցքի շուրջ։
Այլ հավելվածներ
Բնականաբար, աերոդինամիկան կիրառելի է ոչ միայն ինքնաթիռների համար: Օդի դիմադրությունը նկատվում է գազի և հեղուկ միջավայրում տարածության մեջ շարժվող բոլոր առարկաների կողմից: Հայտնի է, որ ջրային բնակիչները՝ ձկներն ու կաթնասունները, ունեն հարթ ձևեր։ Նրանց օրինակով դուք կարող եք հետևել աերոդինամիկային գործողության մեջ: Կենտրոնանալով կենդանական աշխարհի վրա՝ մարդիկ ջրային տրանսպորտը դարձնում են նաև սուր կամ արցունքի տեսքով: Սա վերաբերում է նավերին, նավակներին, սուզանավերին։
Տրանսպորտային միջոցները զգալի օդի դիմադրություն են զգում. այն մեծանում է արագության աճի հետ մեկտեղ: Ավելի լավ աերոդինամիկայի հասնելու համար մեքենաներին տրվում է պարզ ձև: Սա հատկապես ճիշտ է սպորտային մեքենաների համար։
