Аэродинамика – аба агымдарынын кыймылын жана алардын катуу денелерге тийгизген таасирин изилдөөчү билим тармагы. Бул гидро- жана газ динамикасынын бир бөлүмү. Бул багыттагы изилдөөлөр байыркы доорлордо, жебелер жана пландоочу найзалар ойлоп табылган мезгилден тартып, снарядды бутага андан ары жана так жиберүүгө мүмкүндүк берген. Бирок аэродинамиканын потенциалы абадан оор болгон унаалардын бир топ аралыктарга учуп же учууга жөндөмдүү болушу менен толук ачылды.
Байыркы замандан бери
20-кылымда аэродинамика мыйзамдарынын ачылышы илим менен техниканын көптөгөн тармактарында, өзгөчө транспорт тармагында фантастикалык секирикке өбөлгө түздү. Анын жетишкендиктеринин негизинде заманбап учактар түзүлдү, бул Жер планетасынын дээрлик бардык бурчуна коомчулук үчүн жеткиликтүү кылууга мүмкүндүк берди.
Асманды багынтуу аракети жөнүндө биринчи жолу Икар жана Дедал жөнүндөгү грек мифинде айтылат. Атасы менен баласы чымчыктай канат курушкан. Бул миңдеген жылдар мурун адамдар жерден түшүү мүмкүнчүлүгү жөнүндө ойлонушканын көрсөтүп турат.
Дагы бир толкунучак курууга кызыгуу кайра жаралуу доорунда пайда болгон. Жалындуу изилдөөчү Леонардо да Винчи бул көйгөйгө көп убактысын арнаган. Анын эң жөнөкөй тик учактын иштөө принциптерин түшүндүргөн жазуулары белгилүү.
Жаңы доор
Илимдеги (жана өзгөчө аэронавтикадагы) глобалдык жетишкендик Исаак Ньютон тарабынан жасалган. Анткени, аэродинамиканын негизин механика жөнүндөгү комплекстүү илим түзөт, анын негиздөөчүсү англиялык окумуштуу болгон. Ньютон биринчи болуп аба чөйрөсүн бөлүкчөлөрдүн конгломераты катары караган, алар тоскоолдукка учурап, ага жабышып же ийкемдүү чагылышкан. 1726-жылы ал абанын каршылык теориясын коомчулукка сунуштаган.
Кийинчерээк айлана-чөйрө чындап эле эң кичинекей бөлүкчөлөрдөн – молекулалардан тураары белгилүү болду. Алар абанын чагылышын так эсептөөнү үйрөнүштү жана “жабышуу” эффектиси негизсиз божомол катары кабыл алынды.
Таӊ калыштуусу, бул теория жүздөгөн жылдардан кийин практикалык жактан колдонула баштаган. 60-жылдары, космостук доордун башында, советтик конструкторлордун алдында конуу учурунда гиперүн ылдамдыгын өнүктүргөн "ток" сфералык формадагы түшүүчү унаалардын аэродинамикалык сүйрөөлүгүн эсептөө маселеси коюлган. Күчтүү компьютерлердин жоктугунан бул көрсөткүчтү эсептөө кыйынчылык жаратты. Күтүлбөгөн жерден бөлүкчөлөрдүн учуучу объектке "жабышуу" эффекти боюнча Ньютондун жөнөкөй формуласын колдонуу менен сүйрөө маанисин, жада калса басымдын бөлүштүрүлүшүн так эсептөө мүмкүн экени белгилүү болду.
Аэродинамикалык өнүктүрүү
НегиздөөчүсүГидродинамик Даниэль Бернулли 1738-жылы кысылбаган агым үчүн басым, тыгыздык жана ылдамдыктын ортосундагы фундаменталдуу байланышты сүрөттөгөн, бүгүнкү күндө Бернулли принциби деп аталат, ал аэродинамикалык көтөрүүнүн эсептөөлөрүнө да тиешелүү. 1799-жылы сэр Джордж Кейли учуунун төрт аэродинамикалык күчүн (салмак, көтөрүү, сүйрөө жана түртүү) жана алардын ортосундагы байланышты аныктаган биринчи адам болуп калды.
1871-жылы Фрэнсис Герберт Венхэм аэродинамикалык күчтөрдү так өлчөө үчүн биринчи шамал туннелин жараткан. Жан Ле Ронд д'Аламбер, Густав Кирхгоф, Лорд Рэйли тарабынан иштелип чыккан баа жеткис илимий теориялар. 1889-жылы француз авиаинженери Шарль Ренар туруктуу учуу үчүн зарыл болгон кубаттуулукту илимий эсептеген биринчи адам болуп калды.
Теориядан практикага
19-кылымда ойлоп табуучулар канатты илимий көз караш менен карашты. Ал эми канаттуулардын учуу механизмин изилдөөнүн аркасында аэродинамикалык аракет изилденип, кийинчерээк ал жасалма учактарга колдонула баштады.
Отто Лилиенталь канат механикасын изилдөөдө өзгөчө өзгөчөлөнгөн. Немис учак конструктору планердин 11 түрүн, анын ичинде бипланды түзүп, сынаган. Ал ошондой эле абадан оор аппаратта биринчи учууну жасады. Салыштырмалуу кыска өмүр бою (46 жыл) ал 2000дей учуу жасап, учакка караганда дельтапланга көбүрөөк окшош болгон дизайнын дайыма өркүндөтүп турган. Ал пионер болуп, 1896-жылы 10-августта кийинки учуу учурунда каза болгонаэронавтика, жана учак кырсыгынын биринчи курмандыгы. Айтмакчы, немец ойлоп табуучусу планерлердин бирин учак аэродинамикасын изилдөөдө пионер Николай Егорович Жуковскийге жеке өзү тапшырган.
Жуковский учак конструкциялары менен жөн эле эксперимент жүргүзгөн жок. Ошол кездеги көптөгөн энтузиасттардан айырмаланып, ал биринчи кезекте аба агымдарынын жүрүм-турумун илимий көз караштан караган. 1904-жылы Москванын жанындагы Качинодо дүйнөдөгү биринчи аэродинамикалык институтту негиздеген. 1918-жылдан ЦАГИге (Борбордук аэрогидродинамикалык институт) жетекчилик кылган.
Биринчи учактар
Аэродинамика – адамга асманды багындырууга мүмкүндүк берген илим. Аны изилдебей туруп, аба агымында туруктуу кыймылдаган учактарды жасоо мүмкүн эмес. Кадимки маанидеги биринчи учак 1903-жылы 7-декабрда бир тууган Райттар тарабынан жасалып, абага көтөрүлгөн. Бирок бул окуянын алдында кылдат теориялык иштер жүргүзүлдү. Америкалыктар өз конструкциясындагы шамал туннелиндеги учактын корпусунун дизайнын оңдоого көп убакыт бөлүшкөн.
Биринчи учуу учурунда Фредерик В. Ланчестер, Мартин Вильгельм Кутта жана Николай Жуковский көтөргүчтү пайда кылган аба агымдарынын циркуляциясын түшүндүргөн теорияларды айтышкан. Кутта менен Жуковский канаттын эки өлчөмдүү теориясын иштеп чыгууну улантышкан. Людвиг Прандтл тымызын аэродинамикалык жана көтөрүү күчтөрүнүн математикалык теориясын иштеп чыгууга, ошондой эле чек ара катмарлары менен иштөөгө салым кошкон.
Көйгөйлөр жана чечимдер
Учактардын аэродинамикасынын мааниси алардын ылдамдыгы жогорулаган сайын өстү. Дизайнерлер үн ылдамдыгында же ага жакын абаны кысуу менен көйгөйлөргө туш боло башташты. Бул шарттарда агымдагы айырмачылыктар учактарды башкаруу көйгөйлөрүнө, сокку толкундарынан улам күчөп кетүүгө жана аэроэластикалык флтерлерге байланыштуу структуралык бузулуу коркунучуна алып келди. Агым ылдамдыгынын үндүн ылдамдыгына катышы үндүн ылдамдыгынын касиеттерин биринчилерден болуп изилдеген Эрнст Махтын атынан Мах саны деп аталды.
Уильям Джон МакКуорн Рэнкин жана Пьер Анри Гугониот шок толкунуна чейин жана андан кийин аба агымынын касиеттери теориясын өз алдынча иштеп чыгышса, Джейкоб Акерет үн ылдамдыктагы аба фолькаларынын көтөрүү жана сүйрөө күчүн эсептөө боюнча алгачкы иштерди жасаган. Теодор фон Карман жана Хью Латимер Драйден каршылык тездик менен өсүп жаткан Mach 1 чек арасындагы ылдамдыкты (965-1236 км/саат) сүрөттөө үчүн «трансоник» терминин ойлоп табышты. Биринчи үн тосмо 1947-жылы Bell X-1 учагында талкаланган.
Негизги функциялар
Аэродинамика мыйзамдарына ылайык, ар кандай аппараттын жердин атмосферасында учушун камсыз кылуу үчүн, билүү маанилүү:
- Аэродинамикалык сүйрөө (X огу) объектке аба агымдары тарабынан таасир этет. Бул параметрдин негизинде электр станциясынын кубаттуулугу тандалат.
- Көтөрүүнү камсыз кылган жана түзмөккө жер бетине туурасынан учууга мүмкүндүк берүүчү көтөрүү күчү (Y огу).
- Аэродинамикалык күчтөрдүн учуучу объектке аракет кылган үч координаттык огу боюнча моменттери. абдан маанилүүаба кемеси боюнча (шарттуу канат сызыгы боюнча) багытталган Z огу (Mz) боюнча каптал күчтүн моменти болуп саналат. Ал узунунан туруктуулуктун даражасын аныктайт (учуп жатканда аппарат "сүңгүрөбү" же мурдун өйдө көтөрөбү).
Классификация
Аэродинамикалык аткаруу аба агымынын шарттары жана касиеттери, анын ичинде ылдамдыгы, кысылышы жана илешкектүүлүгү боюнча классификацияланат. Тышкы аэродинамика – бул ар кандай формадагы катуу нерселердин айланасындагы агымды изилдөө. Мисал катары учактын көтөрүлүшүн жана термелүүсүн, ошондой эле ракетанын мурдунун алдында пайда болгон сокку толкундарын баалоо болот.
Ички аэродинамика – катуу нерселердин тешиктери (өтмөктөрү) аркылуу кыймылдаган аба агымын изилдөө. Мисалы, ал реактивдүү кыймылдаткыч аркылуу агымдарды изилдөөнү камтыйт.
Аэродинамикалык көрсөткүчтөрдү агымдын ылдамдыгына жараша классификациялоого болот:
- Субсоникалык ылдамдык үндүн ылдамдыгынан азыраак ылдамдык деп аталат.
- Трансоникалык (трансоникалык) - үн ылдамдыгынан төмөн жана жогору ылдамдыктар болсо.
- Суперүн - агымдын ылдамдыгы үн ылдамдыгынан жогору болгондо.
- Гиперсоникалык - агымдын ылдамдыгы үн ылдамдыгынан алда канча жогору. Адатта бул аныктама Mach сандары 5тен жогору болгон ылдамдыктарды билдирет.
Вертолеттун аэродинамикасы
Эгер учактын учуу принциби канатта жасалган котормо кыймылы учурунда көтөрүүчү күчкө негизделсе, анда вертолет октук согуу режиминде канаттардын айлануусунан өзүнөн өзү көтөргүчтү пайда кылат (башкача айтканда котормо ылдамдыгы жок). РахматБул өзгөчөлүк менен тик учак өз ордунда абада сүзүп, огунун айланасында энергиялуу маневрлерди жасай алат.
Башка колдонмолор
Албетте, аэродинамика учактарга гана тиешелүү эмес. Аба каршылыгын мейкиндикте газ жана суюк чөйрөдө кыймылдаган бардык объекттер сезет. Белгилүү болгондой, суу жашоочулары - балыктар жана сүт эмүүчүлөр - жөнөкөй формага ээ. Алардын мисалында сиз аэродинамикалык аракеттерди байкай аласыз. Жаныбарлар дүйнөсүнө көңүл буруп, адамдар суу транспортун да учтуу же тамчы формасында жасашат. Бул кемелерге, кайыктарга, суу астындагы кайыктарга тиешелүү.
Унаалар абага олуттуу каршылык көрсөтүшөт: ылдамдык жогорулаган сайын ал күчөйт. Жакшыраак аэродинамикага жетүү үчүн унааларга жөнөкөй форма берилет. Бул өзгөчө спорттук унааларга тиешелүү.
