Aerodinamik, hava akışlarının hareketini ve katı cisimler üzerindeki etkilerini inceleyen bir bilgi alanıdır. Hidro- ve gaz dinamiğinin bir alt bölümüdür. Bu alandaki araştırmalar, eski zamanlara, bir hedefe daha fazla ve daha doğru bir şekilde mermi göndermeyi mümkün kılan okların ve planlama mızraklarının icadı zamanına kadar uzanır. Bununla birlikte, aerodinamiğin potansiyeli, önemli mesafelerde uçabilen veya süzülebilen havadan ağır araçların icadıyla tamamen ortaya çıktı.
Eski zamanlardan beri
20. yüzyılda aerodinamik yasalarının keşfi, başta ulaşım sektörü olmak üzere bilim ve teknolojinin birçok alanında muhteşem bir sıçramaya katkıda bulundu. Başarılarına dayanarak, Dünya gezegeninin neredeyse her köşesini halka açık hale getirmeyi mümkün kılan modern uçaklar yaratıldı.
Gökyüzü fethetme girişiminden ilk söz, Yunan Icarus ve Daedalus mitinde bulunur. Baba ve oğul kuş gibi kanatlar yaptılar. Bu, binlerce yıl önce insanların yerden kalkma olasılığını düşündüklerini gösteriyor.
Başka bir dalgalanmauçak yapımına ilgi Rönesans döneminde ortaya çıktı. Tutkulu araştırmacı Leonardo da Vinci, bu soruna çok zaman ayırdı. En basit helikopterin çalışma prensiplerini açıklayan notları biliniyor.
Yeni çağ
Bilimde (ve özellikle havacılıkta) küresel atılım Isaac Newton tarafından yapıldı. Sonuçta, aerodinamiğin temeli, kurucusu bir İngiliz bilim adamı olan kapsamlı bir mekanik bilimidir. Newton, hava ortamını, bir engelle karşılaştıklarında ya ona yapışan ya da elastik olarak yansıyan bir parçacıklar topluluğu olarak düşünen ilk kişiydi. 1726'da halka hava direnci teorisini sundu.
Daha sonra, ortamın gerçekten en küçük parçacıklardan - moleküllerden oluştuğu ortaya çıktı. Havanın yansıtıcılığını oldukça doğru bir şekilde nasıl hesaplayacaklarını öğrendiler ve "yapıştırma" etkisi savunulamaz bir varsayım olarak kabul edildi.
Şaşırtıcı bir şekilde, bu teori yüzyıllar sonra pratik bir uygulama buldu. 60'larda, uzay çağının şafağında, Sovyet tasarımcıları, iniş sırasında hipersonik hızlar geliştiren "kör" bir küresel şekle sahip iniş araçlarının aerodinamik sürtünmesini hesaplama sorunuyla karşı karşıya kaldılar. Güçlü bilgisayarların olmaması nedeniyle, bu göstergeyi hesaplamak sorunluydu. Beklenmedik bir şekilde, parçacıkların uçan bir cisme "yapışması"nın etkisiyle ilgili Newton'un basit formülünü kullanarak, sürükleme değerini ve hatta ön kısım üzerindeki basınç dağılımını doğru bir şekilde hesaplamanın mümkün olduğu ortaya çıktı.
Aerodinamiğin gelişimi
KurucuHidrodinamikçi Daniel Bernoulli, 1738'de, bugün Bernoulli ilkesi olarak bilinen ve aerodinamik kaldırma hesaplamaları için de geçerli olan, sıkıştırılamaz akış için basınç, yoğunluk ve hız arasındaki temel ilişkiyi tanımladı. 1799'da Sir George Cayley, uçuşun dört aerodinamik kuvvetini (ağırlık, kaldırma, sürükleme ve itme) ve bunlar arasındaki ilişkileri tanımlayan ilk kişi oldu.
1871'de Francis Herbert Wenham, aerodinamik kuvvetleri doğru bir şekilde ölçmek için ilk rüzgar tünelini yarattı. Jean Le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff, Lord Rayleigh tarafından geliştirilen paha biçilmez bilimsel teoriler. 1889'da Fransız havacılık mühendisi Charles Renard, sürekli uçuş için gereken gücü bilimsel olarak hesaplayan ilk kişi oldu.
Teoriden pratiğe
19. yüzyılda mucitler kanada bilimsel bir bakış açısıyla baktılar. Ve kuş uçuş mekanizmasının çalışması sayesinde, daha sonra yapay uçaklara uygulanan eylem halindeki aerodinamik incelendi.
Otto Lilienthal özellikle kanat mekaniği araştırmalarında mükemmeldi. Alman uçak tasarımcısı, çift kanatlı da dahil olmak üzere 11 tür planör yarattı ve test etti. Ayrıca ilk uçuşu havadan ağır bir aparat üzerinde yaptı. Nispeten kısa bir yaşam için (46 yıl), yaklaşık 2000 uçuş yaptı ve bir uçaktan çok bir kanatçık gibi olan tasarımı sürekli olarak geliştirdi. 10 Ağustos 1896'da bir sonraki uçuş sırasında öldü ve öncü oldu.havacılık ve bir uçak kazasının ilk kurbanı. Bu arada, Alman mucit planörlerden birini uçak aerodinamiği araştırmalarında öncü olan Nikolai Yegorovich Zhukovsky'ye şahsen teslim etti.
Zhukovsky sadece uçak tasarımları denemedi. O zamanın birçok meraklısının aksine, öncelikle hava akımlarının davranışını bilimsel bir bakış açısıyla ele aldı. 1904'te Moskova yakınlarındaki Cachino'da dünyanın ilk aerodinamik enstitüsünü kurdu. 1918'den beri TsAGI'ye (Merkezi Aerohidrodinamik Enstitüsü) başkanlık etti.
İlk uçaklar
Aerodinamik, insanın gökyüzünü fethetmesine izin veren bilimdir. Onu incelemeden, hava akımlarında istikrarlı bir şekilde hareket eden uçaklar yapmak imkansız olurdu. Bildiğimiz anlamda ilk uçak 7 Aralık 1903'te Wright kardeşler tarafından yapıldı ve havaya kaldırıldı. Ancak, bu olaydan önce dikkatli bir teorik çalışma yapıldı. Amerikalılar, kendi tasarladıkları bir rüzgar tünelinde uçak gövdesinin tasarımında hata ayıklamaya çok zaman ayırdılar.
İlk uçuşlar sırasında, Frederick W. Lanchester, Martin Wilhelm Kutta ve Nikolai Zhukovsky, kaldırma oluşturan hava akımlarının dolaşımını açıklayan teoriler ortaya attılar. Kutta ve Zhukovsky, iki boyutlu bir kanat teorisi geliştirmeye devam ettiler. Ludwig Prandtl, ince aerodinamik ve kaldırma kuvvetlerinin matematiksel teorisini geliştirmenin yanı sıra sınır katmanlarıyla çalışma konusunda itibar kazanmıştır.
Sorunlar ve Çözümler
Hızları arttıkça uçak aerodinamiğinin önemi arttı. Tasarımcılar, havayı ses hızında veya buna yakın bir hızda sıkıştırmayla ilgili sorunlarla karşılaşmaya başladılar. Bu koşullar altında akıştaki farklılıklar, uçak taşıma sorunlarına, şok dalgaları nedeniyle artan sürtünmeye ve aeroelastik dalgalanma nedeniyle yapısal bozulma tehdidine yol açmıştır. Akış hızının ses hızına oranı, süpersonik akışın özelliklerini ilk araştıranlardan biri olan Ernst Mach'tan sonra Mach sayısı olarak adlandırıldı.
William John McQuorn Rankine ve Pierre Henri Gougoniot bağımsız olarak bir şok dalgasından önce ve sonra hava akışı özellikleri teorisini geliştirdiler, Jacob Akeret ise süpersonik kanat profillerinin kaldırma ve sürüklenmesini hesaplama üzerine ilk çalışmayı yaptı. Theodor von Karman ve Hugh Latimer Dryden, direncin hızla arttığı Mach 1 sınırındaki (965-1236 km/s) hızları tanımlamak için "transonik" terimini kullandılar. İlk ses bariyeri 1947'de bir Bell X-1 uçağında kırıldı.
Temel Özellikler
Aerodinamik yasalarına göre, herhangi bir cihazın dünya atmosferinde uçuşunu sağlamak için şunu bilmek önemlidir:
- Hava akımlarının bir nesneye uyguladığı aerodinamik sürükleme (X ekseni). Bu parametreye göre santralin gücü seçilir.
- Tırmanmayı sağlayan ve cihazın dünya yüzeyine yatay olarak uçmasını sağlayan kaldırma kuvveti (Y ekseni).
- Uçan bir nesneye etki eden üç koordinat ekseni boyunca aerodinamik kuvvetlerin anları. en önemliuçağa (şartlı olarak kanat hattı boyunca) yönlendirilen Z ekseni (Mz) boyunca yanal kuvvetin momentidir. Boyuna stabilitenin derecesini belirler (cihazın uçarken "dalacağını" veya burnunu yukarı kaldıracağını).
Sınıflandırma
Aerodinamik performans, hız, sıkıştırılabilirlik ve viskozite dahil olmak üzere hava akışı koşullarına ve özelliklerine göre sınıflandırılır. Dış aerodinamik, çeşitli şekillerdeki katı nesnelerin etrafındaki akışın incelenmesidir. Örnekler, bir uçağın kaldırma ve titreşimlerinin yanı sıra bir füzenin burnunun önünde oluşan şok dalgalarını değerlendirmektir.
Dahili aerodinamik, katı nesnelerdeki açıklıklardan (geçitlerden) geçen hava akışının incelenmesidir. Örneğin, bir jet motorundaki akışların incelenmesini kapsar.
Aerodinamik performans, akış hızına göre de sınıflandırılabilir:
- Subsonic, ses hızından daha düşük bir hıza denir.
- Transonik (transonik) - ses hızının hem altında hem de üstünde hızlar varsa.
- Süpersonik - akış hızı ses hızından büyük olduğunda.
- Hipersonik - akış hızı, ses hızından çok daha fazladır. Genellikle bu tanım, Mach sayıları 5'in üzerinde olan hızlar anlamına gelir.
Helikopter aerodinamiği
Uçağın uçuş prensibi, kanat üzerine uygulanan öteleme hareketi sırasındaki kaldırma kuvvetine dayanıyorsa, o zaman helikopter, olduğu gibi, eksenel üfleme modunda kanatların dönmesi nedeniyle kendi kendine kaldırma yaratır (yani, translasyon hızı olmadan). SayesindeBu özellik sayesinde helikopter yerinde havada süzülerek eksen etrafında enerjik manevralar gerçekleştirebiliyor.
Diğer uygulamalar
Doğal olarak, aerodinamik sadece uçaklar için geçerli değildir. Hava direnci, gaz ve sıvı bir ortamda uzayda hareket eden tüm nesneler tarafından deneyimlenir. Suda yaşayanların - balıklar ve memeliler - aerodinamik şekillere sahip olduğu bilinmektedir. Örneklerinde, aerodinamiği çalışırken izleyebilirsiniz. Hayvanlar alemine odaklanan insanlar, su taşımacılığını da sivri veya gözyaşı şeklinde yaparlar. Bu gemiler, tekneler, deniz altılar için geçerlidir.
Araçlar önemli ölçüde hava direncine sahiptir: hız arttıkça artar. Daha iyi aerodinamik elde etmek için arabalara aerodinamik bir şekil verilir. Bu özellikle spor arabalar için geçerlidir.
