Какво Е Аеродинамиката?

{h1}

Аеродинамиката е изследването на това как газовете взаимодействат с движещи се тела, особено самолети и автомобили.

Аеродинамиката е изследването на това как газовете взаимодействат с движещи се тела. Тъй като газът, който срещаме най-много е въздух, аеродинамиката се занимава предимно със силите на влачене и повдигане, които се причиняват от преминаване на въздух над и около твърди тела. Инженерите прилагат принципите на аеродинамиката при проектирането на много различни неща, включително сгради, мостове и дори футболни топки; от първостепенно значение обаче е аеродинамиката на самолетите и автомобилите.

Аеродинамиката влиза в игра при изучаването на полета и науката за изграждането и експлоатацията на самолет, което се нарича аеронавтика. Аеронавигационните инженери използват основите на аеродинамиката, за да проектират самолети, които летят през земната атмосфера.

Аеродинамично влачене

Най-важната аеродинамична сила, която се прилага за почти всичко, което се движи през въздуха, е влаченето. Издърпването е силата, която се противопоставя на движението на самолета през въздуха, според НАСА. Плъзгането се генерира в посоката, в която въздухът се движи, когато срещне твърд предмет. В повечето случаи, като например в автомобили и самолети, влаченето е нежелателно, тъй като е необходима сила за преодоляването му. Има обаче случаи, когато влаченето е полезно, например с парашути, например.

За да опишем количеството на влачене върху обект, използваме стойност, наречена коефициент на влачене (cд). Това число зависи не само от формата на обекта, но и от други фактори, като неговата скорост и грапавост на повърхността, плътността на въздуха и дали потокът е ламинарен (гладък) или турбулентен. Силите, които влияят на влаченето, включват налягането на въздуха върху лицето на обекта, триенето по страните на обекта и относително отрицателното налягане или всмукване върху гърба на обекта. Например, cд за плоска плоча, която се движи с лице през въздуха е около 1,3, кубът на лицето е около 1, сферата е около 0,5, а формата на сълза е около 0,05. Коефициентът на съпротивление при съвременните автомобили е 0,25 до 0,35, а за самолетите - 0,01 до 0,03. Изчисляване cд може да бъде сложно. Поради тази причина обикновено се определя от компютърни симулации или експерименти с вятърни тунели.

Аеродинамика на самолетите

За да преодолее силите на влачене, самолетът трябва да генерира тяга. Това се постига с мотор, задвижван с мотор или реактивен двигател. Когато самолетът е в равнинен полет с постоянна скорост, силата на тягата е достатъчна, за да противодейства на аеродинамичното съпротивление.

Подвижният въздух също може да генерира сили в различна посока от потока. Силата, която пази самолет от падане, се нарича повдигане. Повдигането се генерира от самолетно крило. Пътеката над извития връх на крилото е по-дълга от пътеката по плоското дъно на крилото. Това кара въздухът да се движи по-бързо над върха, отколкото по дъното. При всички останали фактори, по-бързо движещият се въздух има по-ниско налягане, отколкото по-бавно движещия се въздух, според принципа на Бернули, заявен от Даниел Бернули, един от най-важните пионери в областта на динамиката на флуидите. Тази разлика е тази, която позволява на по-бавно движещия се въздух да се изтласка нагоре към дъното на крилото с по-голяма сила, отколкото по-бързо движещият се въздух се натиска надолу към горната част на крилото. При нивото на полет тази възходяща сила е достатъчна, за да противодейства на низходящата сила, причинена от гравитацията.

Аеродинамичните сили се използват и за управление на самолет в полет. Когато братята Райт направиха първия си полет през 1903 г., те се нуждаеха от начин да контролират самолета си, за да се изкачат, спускат, спускат и завиват. Те разработиха това, което е известно като триосно управление за стъпка, ролка и прозяване. Наклонът (носът сочи нагоре или надолу) се управлява от асансьор ("клапите") на гърба или задния край на хоризонталния стабилизатор в опашната част. Ролката (накланяне наляво или надясно) се контролира от елерони (също клапи) на задните краища на крилата в близост до върховете. Зъбът (носът сочи наляво или надясно) се контролира от кормилото върху задния ръб на вертикалния стабилизатор в опашната секция. Тези контроли използват Третия закон за движение на Нютон, тъй като генерират сила чрез отклоняване на въздушния поток в обратна посока на желаното движение. Тази сила е и това, което позволява аеробните самолети да летят с главата надолу.

Пилотът може също да използва клапи на вътрешната част на задния ръб на крилото по време на излитане и кацане. Когато сте в низходяща позиция, клапите увеличават както повдигането, така и влаченето, за да позволят на самолета да лети по-бавно, без да спира. Някои по-големи летателни апарати също могат да разширяват летви на предните или водещите краища на крилата, за да увеличат повдигането при ниски скорости.

Когато плавният въздушен поток над крилото на самолета е нарушен и това намалява количеството на повдигането, може да възникне застой. Според наръчника за самолет на Федералната авиационна администрация „Това се причинява, когато крилото надвиши критичния ъгъл на атака. Това може да се случи на всяка скорост на въздуха, във всяко отношение и с всякакви настройки на мощността“. Обикновено повечето сергии се появяват, когато самолетът се движи твърде бавно с носа под твърде висок ъгъл нагоре. Въздухът вече не тече по горната повърхност, а вместо това се откъсва и образува бурни вихри на върха на крилото. Това кара самолетът да загуби повдигане и да започне да пада, понякога доста рязко.

Друго нещо, което може да се случи в самолет, е въртене. Наръчникът за летене със самолет определя завъртането като "утежнена сергия, която води до това, което се нарича" авторотация ", при което самолетът следва пътя на въртящия се корков шпон." Това обикновено се случва в бавен завой, когато по-бавното вътре крило спира, а външното крило все още генерира повдигане. „Особено на малка надморска височина успешното възстановяване на въртене може да бъде трудно, ако не и невъзможно в много самолети“, според Скот Кембъл, докторски кандидат по аерокосмическо инженерство в Университета на Илинойс в Урбана-Шампан, и Доналд Талер, помощник главен полетен инструктор в Института по авиация на Университета на Илинойс, пише в "Аеродинамиката на един спин" за Канадската асоциация на собствениците и пилотите. Една от причините за това е опасността да навлезете в плосък спин, в който и крилата, и всички контролни повърхности са задрямани, а самолетът пада като кленово семе.

Когато една течност се движи по-бързо, тя има по-ниско налягане. Този принцип обяснява асансьора, създаден от крилото на самолета.

Когато една течност се движи по-бързо, тя има по-ниско налягане. Този принцип обяснява асансьора, създаден от крилото на самолета.

Кредит: НАСА Quest.

Аеродинамика на автомобилите

Автомобилите започват да използват аеродинамични форми на каросерията в началото на своята история. Тъй като двигателите стават по-мощни и автомобилите стават по-бързи, автомобилните инженери осъзнават, че устойчивостта на вятър значително възпрепятства скоростта им. Първите автомобили, които въведоха подобрена аеродинамика или рационализиране, бяха състезателни коли и тези, които се опитват да счупят рекорда за скорост на сушата.

„Мечтатели, инженери, състезатели и предприемачи бяха примамвани от потенциала за предлаганата дълбока аеродинамика,“ пише Пол Нидермайер, автор на „Автомобилна история: Илюстрирана история на автомобилната аеродинамика“ на уебсайта Curbside Classic. "Усилията да го направят дадоха някои от по-забележителните коли, правени някога, дори и да оспорват естетическите предположения на своето време."

По отношение на аеродинамиката на състезателен автомобил, д-р Джо Дейвид, професор по механично и аерокосмическо инженерство и известен като "Мистър Сток Кар" от държавния университет в Северна Каролина, казва: "По-голямата част от конските сили, генерирани от състезателен двигател, се изяждат от въздуха с високо налягане, изтласкващ предната част на колата, и въздуха с ниско налягане - частичен вакуум - влачене на колата отзад. "

Плъзгането обаче не може да бъде единственото внимание. Докато асансьорът е желателен за самолет, той може да бъде опасен за автомобил. За да поддържат по-добър контрол за управление и спиране, автомобилите са проектирани така, че вятърът упражнява сила надолу с увеличаването на скоростта им. Увеличаването на тази низходяща сила обаче увеличава съпротивлението, което от своя страна увеличава разхода на гориво и ограничава скоростта, така че тези две сили трябва да бъдат внимателно балансирани.

Много класове състезателни автомобили използват подвижни крилати крила, за да регулират силата на понижаване на въздуха върху колата. Когато поставяте състезателен автомобил, човек трябва да вземе предвид и турбуленцията, причинена от други автомобили на пистата. Това изисква настройването на крилата на автомобила, за да се получи по-голяма сила на спускане по време на състезанието, отколкото е необходимо за квалификация, когато колата е на пистата сама по себе си. Ето защо времената на обиколка по време на квалификация обикновено са много по-бързи, отколкото по време на състезанието.

Много от същите аеродинамични принципи, използвани в състезанията, се прилагат и за обикновени автомобили и камиони. Автомобилните инженери използват компютърни симулации и експерименти с вятърни тунели с мащабни модели и реални превозни средства, за да прецизират аеродинамиката на автомобилите, така че да генерират оптималното количество надолу към предните и задните колела с възможно най-малко съпротивление.

Допълнителни ресурси

  • Вижте галерия от няколко наистина готини автомобила в илюстрираната история на автомобилната аеродинамика на Curbside Classic.
  • Уебсайтът на Националния музей на въздуха и космоса Smithsonian има дейности и мултимедийни проекти за „Как нещата летят“.
  • Измервайте коефициента на съпротивление на вашия автомобил в експеримент на уебсайта Instructables.


Видео Добавка: По-добра ли е аеродинамиката Ферари в сравнение с Мерцедес?.




Изследване


Jewel Isadora Plummer Cobb
Jewel Isadora Plummer Cobb

Технологията Iron Man Има Аналози В Реалния Живот
Технологията Iron Man Има Аналози В Реалния Живот

Наука Новини


Как Работи Облекло, Устойчиво На Взрив
Как Работи Облекло, Устойчиво На Взрив

Генетични „Адам“ И „Ева“ Непокрити
Генетични „Адам“ И „Ева“ Непокрити

Нови Видове Жирафи, Застрашени От Изчезване
Нови Видове Жирафи, Застрашени От Изчезване

Когато Тялото Ви Се Нуждае От Подхранване, Мозъкът Ви Се Храни Първо
Когато Тялото Ви Се Нуждае От Подхранване, Мозъкът Ви Се Храни Първо

„Капитан Америка“ До „Интерстелар“: Науката На Науката За 2014 Г.
„Капитан Америка“ До „Интерстелар“: Науката На Науката За 2014 Г.


BG.WordsSideKick.com
Всички Права Запазени!
Възпроизвеждането На Използваните Материали Оставя Само Prostanovkoy Активна Връзка Към Сайта BG.WordsSideKick.com

© 2005–2020 BG.WordsSideKick.com