Bu sürükleme kuvveti, uçaklarda kanatlar veya havayı kaldırmaya neden olacak şekilde yönlendiren bir kaldırıcı gövde nedeniyle ve havayı aşağı doğru yönlendirmek için yönlendiren kanat profiline sahip araçlarda oluşur. Samuel Langley, daha düz, daha yüksek en boy oranlı plakaların daha yüksek kaldırma ve daha düşük sürtünmeye sahip olduğunu fark etti ve 1902'de tanıtıldı. Uçağın aerodinamik kalitesinin icadı olmadan modern uçak tasarımı imkansız olurdu.
Kaldırma ve taşıma
Bir cisme etki eden toplam aerodinamik kuvvetin genellikle iki bileşenden oluştuğu kabul edilir: kaldırma ve yer değiştirme. Tanım olarak, karşı akışa paralel olan kuvvet bileşenine yer değiştirme, karşı akışa dik olan bileşene ise kaldırma denir.
Aerodinamiğin bu temelleri, kanadın aerodinamik kalitesinin analizi için büyük önem taşır. Kaldırma, kanat etrafındaki akış yönünü değiştirerek üretilir. Değişiklikyön, hızda bir değişiklikle sonuçlanır (düzgün dairesel harekette görüldüğü gibi hızda bir değişiklik olmasa bile), bu ivmedir. Bu nedenle akış yönünü değiştirmek için akışkana bir kuvvet uygulanması gerekir. Bu, herhangi bir uçakta açıkça görülebilir, sadece An-2'nin aerodinamik kalitesinin şematik temsiline bakın.
Ama her şey o kadar basit değil. Bir kanadın aerodinamik kalitesi temasına devam ederek, altında hava kaldırmanın yaratılmasının, üstündeki hava basıncından daha yüksek bir basınçta olduğunu belirtmekte fayda var. Sonlu açıklıklı bir kanatta, bu basınç farkı, havanın alt yüzey kanadının kökünden üst yüzeyinin tabanına akmasına neden olur. Bu uçan hava akışı, hava akışını döndüren ve kanadın arka kenarı boyunca girdaplar oluşturan hız ve yönde bir değişikliğe neden olmak için akan hava ile birleşir. Oluşturulan girdaplar kararsızdır, kanat girdapları oluşturmak için hızla birleşirler. Ortaya çıkan girdaplar, arka kenarın arkasındaki hava akışının hızını ve yönünü değiştirerek aşağı doğru saptırır ve böylece kanat arkasında bir kanatçık oluşmasına neden olur. Bu açıdan bakıldığında, örneğin, MS-21 uçağı yüksek bir kaldırma-sürükleme oranına sahiptir.
Hava akışı kontrolü
Vorteksler sırasıyla kanat çevresindeki hava akışını değiştirerek kanadın kaldırma oluşturma yeteneğini az altır, bu nedenle aynı kaldırma için daha yüksek bir hücum açısı gerektirir, bu da toplam aerodinamik kuvveti geriye doğru yatırır ve sürükleme bileşenini artırır. o kuvvet. Açısal sapma ihmal edilebilirkaldırmayı etkiler. Ancak, kaldırma kuvvetinin ürününe ve sapma nedeniyle oluşan açıya eşit bir direnç artışı vardır. Sapmanın kendisi asansörün bir fonksiyonu olduğundan, ilave direnç, A320'nin aerodinamiğinde açıkça görülebilen tırmanma açısıyla orantılıdır.
Tarihi örnekler
Dikdörtgen bir gezegen kanadı, konik veya eliptik bir kanattan daha fazla girdap titreşimi yaratır, bu nedenle birçok modern kanat, kaldırma-sürükleme oranını iyileştirmek için inceltilmiştir. Bununla birlikte, eliptik gövde, indüklenen yıkama (ve dolayısıyla etkili hücum açısı) kanatların tüm açıklığı boyunca sabit olduğu için daha verimlidir. Üretim komplikasyonları nedeniyle, çok az uçak bu plana sahiptir, en ünlü örnekleri İkinci Dünya Savaşı Spitfire ve Thunderbolt'tur. Düz ön ve arka kenarları olan konik kanatlar, eliptik bir kaldırma dağılımına yaklaşabilir. Genel bir kural olarak, düz, konik olmayan kanatlar, eliptik bir kanattan %5 ve konik kanatlar %1-2 daha fazla indüklenmiş sürüklenme üretir. Bu nedenle daha iyi aerodinamik kaliteye sahipler.
Orantılılık
Yüksek en-boy oranlı kanat, düşük en-boy oranlı kanattan daha az indüklenmiş sürüklenme üretecektir çünkü daha uzun, daha ince bir kanadın ucunda daha az hava rahatsızlığı vardır. Bu nedenle, indüklenenDirenç, orantılılıkla ters orantılı olabilir, kulağa ne kadar paradoksal gelse de. Kaldırma dağılımı ayrıca yıkayarak, kanatlara doğru düşüşü az altmak için kanadı bükerek ve kanatların yakınındaki kanat profilini değiştirerek değiştirilebilir. Bu, kanat köküne daha fazla ve kanada daha az kaldırma kuvveti almanızı sağlar, bu da kanat girdaplarının kuvvetinde bir azalmaya ve buna bağlı olarak uçağın aerodinamik kalitesinde bir iyileşmeye yol açar.
Uçak tasarımı tarihinde
Bazı erken uçaklarda, kanatlar kuyrukların uçlarına monte edildi. Daha sonraki uçaklar, girdapların yoğunluğunu az altmak ve maksimum kaldırma-sürükleme oranını elde etmek için farklı bir kanat şekline sahiptir.
Çatıdaki çark yakıt depoları, kanat etrafındaki kaotik hava akışını önleyerek de bir miktar fayda sağlayabilir. Şimdi birçok uçakta kullanılıyorlar. DC-10'un aerodinamik kalitesi, bu konuda haklı olarak devrim niteliğinde kabul edildi. Ancak, modern havacılık pazarı uzun zamandır çok daha gelişmiş modellerle yenileniyor.
Sürükle-sürükle formülü: basit terimlerle açıklanmıştır
Toplam direnci hesaplamak için sözde parazit direncini hesaba katmak gerekir. İndüklenen direnç, hava hızının karesiyle (belirli bir asansörde) ters orantılı olduğundan, parazitik sürükleme onunla doğru orantılı olduğundan, toplam sürükleme eğrisi minimum hızı gösterir. Uçak,bu hızda uçmak, optimum aerodinamik niteliklerle çalışır. Yukarıdaki denklemlere göre, minimum direncin hızı, indüklenen direncin parazitik dirence eşit olduğu bir hızda gerçekleşir. Bu, boşta kalan uçaklar için optimum kayma açısına ulaşıldığı hızdır. Asılsız olmamak için, bir uçak örneğindeki formülü düşünün:
Formülün devamı da oldukça ilginç (aşağıdaki resimde). Havanın daha ince olduğu daha yükseğe uçmak, minimum sürtünmenin meydana geldiği hızı artıracak ve böylece aynı miktarda daha hızlı seyahat etmeyi sağlayacaktır. yakıt.
Bir uçak izin verilen maksimum hızda uçuyorsa, hava yoğunluğunun ona en iyi aerodinamik kaliteyi sağlayacağı irtifa. Maksimum hızda optimum irtifa ve maksimum irtifada optimum hız uçuş sırasında değişebilir.
Dayanıklılık
Maksimum dayanıklılık için hız (yani havada geçen süre), minimum yakıt tüketimi için hız ve maksimum menzil için daha az hızdır. Yakıt tüketimi, gerekli güç ile motor başına özgül yakıt tüketiminin (birim güç başına yakıt tüketimi) çarpımı olarak hesaplanır. Gerekli güç, sürükleme süresine eşittir.
Tarih
Modern aerodinamiğin gelişimi yalnızca XVII'de başladıyüzyıllardır, ancak aerodinamik kuvvetler binlerce yıldır insanlar tarafından yelkenli teknelerde ve yel değirmenlerinde kullanılmaktadır ve antik Yunan efsanesi Icarus ve Daedalus gibi tüm tarihi belgelerde ve sanat eserlerinde uçuş görüntüleri ve hikayeleri yer almaktadır. Süreklilik, direnç ve basınç gradyanlarının temel kavramları Aristoteles ve Arşimet'in çalışmalarında ortaya çıkar.
1726'da Sir Isaac Newton, hava direnci teorisini geliştiren ilk kişi oldu ve bu da onu aerodinamik niteliklerle ilgili ilk argümanlardan biri haline getirdi. Hollandalı-İsviçreli matematikçi Daniel Bernoulli, 1738'de, aerodinamik kaldırmayı hesaplamak için bir yöntem sağlayan, bugün Bernoulli ilkesi olarak bilinen, sıkıştırılamaz akış için basınç, yoğunluk ve akış hızı arasındaki temel ilişkiyi tanımladığı Hydrodynamica adlı bir inceleme yazdı. 1757'de Leonhard Euler, hem sıkıştırılabilir hem de sıkıştırılamaz akışlara uygulanabilen daha genel Euler denklemlerini yayınladı. Euler denklemleri, 1800'lerin ilk yarısında viskozitenin etkilerini içerecek şekilde genişletildi ve Navier-Stokes denklemlerine yol açtı. Kutupların aerodinamik performansı/aerodinamik kalitesi aynı zamanlarda keşfedildi.
Bu olaylara ve kendi rüzgar tünellerinde yaptıkları araştırmalara dayanarak, Wright kardeşler ilk uçağı 17 Aralık 1903'te uçurdu.
Aerodinamik türleri
Aerodinamik problemler, hız, sıkıştırılabilirlik ve viskozite gibi özellikler dahil olmak üzere akış koşullarına veya akış özelliklerine göre sınıflandırılır. Genellikle iki türe ayrılırlar:
- Dış aerodinamik, çeşitli şekillerdeki katı nesnelerin etrafındaki akışın incelenmesidir. Dış aerodinamik örnekleri, bir uçakta kaldırma ve sürükleme değerlendirmesi veya bir füzenin burnunun önünde oluşan şok dalgalarıdır.
- Dahili aerodinamik, katı nesnelerdeki geçişlerden geçen akışın incelenmesidir. Örneğin, dahili aerodinamik, bir jet motorundan veya bir klima bacasından geçen hava akışının incelenmesini kapsar.
Aerodinamik problemler, ses hızının altındaki veya yakınındaki akış hızlarına göre de sınıflandırılabilir.
Sorunun adı:
- ses altı, eğer problemdeki tüm hızlar ses hızından düşükse;
- transonic ses hızının hem altında hem de üstünde hızlar varsa (genellikle karakteristik hız yaklaşık olarak ses hızına eşit olduğunda);
- süpersonik, karakteristik akış hızı ses hızından büyük olduğunda;
- hipsonik, akış hızı ses hızından çok daha büyük olduğunda.
Aerodinamikçiler hipersonik akışın tam tanımı konusunda anlaşamıyorlar.
Viskozitenin akış üzerindeki etkisi üçüncü bir sınıflandırmayı belirler. Bazı problemlerin sadece çok küçük viskoz etkileri olabilir, bu durumda viskozite ihmal edilebilir olarak kabul edilebilir. Bu problemlere yaklaşımlara inviscid denir.akımlar. Viskozitesi ihmal edilemeyen akışlara viskoz akışlar denir.
Sıkıştırılabilirlik
Sıkıştırılamaz bir akış, yoğunluğun hem zaman hem de uzayda sabit olduğu bir akıştır. Tüm gerçek akışkanlar sıkıştırılabilir olmasına rağmen, yoğunluktaki bir değişikliğin etkisi hesaplanan sonuçlarda sadece küçük değişikliklere neden oluyorsa, akış genellikle sıkıştırılamaz olarak kabul edilir. Bu, akış hızı ses hızının çok altında olduğunda daha olasıdır. Sıkıştırılabilirliğin etkileri, ses hızına yakın veya daha yüksek hızlarda daha önemlidir. Mach sayısı, sıkıştırılamazlık olasılığını değerlendirmek için kullanılır, aksi takdirde sıkıştırılabilirlik etkileri dahil edilmelidir.
Aerodinamik teorisine göre, akış çizgisi boyunca yoğunluk değişirse akış sıkıştırılabilir olarak kabul edilir. Bu, sıkıştırılamaz bir akışın aksine yoğunluktaki değişikliklerin dikkate alındığı anlamına gelir. Genel olarak, akışın bir kısmının veya tamamının Mach sayısı 0,3'ü aştığında bu durum söz konusudur.0,3'ün Mach değeri oldukça keyfidir, ancak bu değerin altındaki bir gaz akışı %5'ten daha az yoğunluk değişikliği gösterdiği için kullanılır. Ayrıca, durgunluk noktasında (nesne üzerinde akış hızının sıfır olduğu nokta) %5'lik maksimum yoğunluk değişikliği meydana gelirken, nesnenin geri kalanının etrafındaki yoğunluk çok daha düşük olacaktır. Transonik, süpersonik ve hipersonik akışların tümü sıkıştırılabilir.
Sonuç
Aerodinamik, bugün dünyanın en önemli bilimlerinden biridir. O bize sağlarkaliteli uçaklar, gemiler, arabalar ve komik mekikler inşa etmek. Balistik füzeler, güçlendiriciler, torpidolar ve insansız hava araçları gibi modern silah türlerinin geliştirilmesinde büyük rol oynar. Aerodinamik kalitenin modern gelişmiş kavramları olmasaydı tüm bunlar imkansız olurdu.
Böylece, makalenin konusuyla ilgili fikirler, Icarus hakkında güzel ama naif fantezilerden, geçen yüzyılın başında ortaya çıkan işlevsel ve gerçekten çalışan uçaklara dönüştü. Bugün hayatımızı arabalar, gemiler ve uçaklar olmadan hayal edemiyoruz ve bu araçlar aerodinamikte yeni atılımlarla gelişmeye devam ediyor.
Planörlerin aerodinamik özellikleri, zamanlarında gerçek bir atılımdı. İlk başta, bu alandaki tüm keşifler, Fransız ve Alman matematikçilerin laboratuvarlarında gerçekleştirdiği soyut, bazen gerçeklikten kopuk teorik hesaplamalar yoluyla yapıldı. Daha sonra, tüm formülleri gelecekteki uçakların ideal şeklini ve hızını hesaplamak gibi daha fantastik (18. yüzyıl standartlarına göre) amaçlar için kullanıldı. 19. yüzyılda, bu cihazlar planörler ve hava gemilerinden başlayarak büyük miktarlarda inşa edilmeye başlandı, Avrupalılar yavaş yavaş uçak yapımına geçti. İkincisi ilk önce yalnızca askeri amaçlar için kullanıldı. Birinci Dünya Savaşı'nın asları, havada hakimiyet meselesinin herhangi bir ülke için ne kadar önemli olduğunu gösterdi ve iki savaş arası dönemin mühendisleri, bu tür uçakların sadece ordu için değil, aynı zamanda siviller için de etkili olduğunu keşfetti.hedefler. Zamanla sivil havacılık hayatımıza sıkı sıkıya girdi ve bugün tek bir devlet onsuz yapamaz.
