Aerodinamika - havo oqimlarining harakati va ularning qattiq jismlarga taʼsirini oʻrganuvchi bilim sohasi. Bu gidro- va gaz dinamikasining kichik bo'limidir. Bu sohada olib borilgan izlanishlar qadim zamonlardan, o'qlar va nayzalarni ixtiro qilish davriga borib taqaladi, bu esa o'qni nishonga yanada va aniqroq yuborish imkonini berdi. Biroq, aerodinamikaning salohiyati havodan og'irroq bo'lgan katta masofalarga ucha oladigan yoki ucha oladigan transport vositalarining ixtirosi bilan to'liq ochib berildi.
Qadim zamonlardan beri
20-asrda aerodinamika qonunlarining kashf etilishi fan va texnikaning koʻplab sohalarida, ayniqsa transport sohasida ajoyib sakrashga yordam berdi. Uning yutuqlari asosida zamonaviy samolyotlar yaratildi, bu esa Yer sayyorasining deyarli istalgan burchagini ommaga ochiq qilish imkonini berdi.
Osmonni zabt etishga urinish haqida birinchi eslatma Ikar va Daedal haqidagi yunon afsonasida uchraydi. Ota va o'g'il qushdek qanot yasadilar. Bu shuni ko'rsatadiki, odamlar yerdan tushish imkoniyati haqida ming yillar avval o'ylashgan.
Yana bir koʻtarilishsamolyotlarni qurishga qiziqish Uyg'onish davrida paydo bo'lgan. Ehtirosli tadqiqotchi Leonardo da Vinchi bu muammoga ko'p vaqt ajratdi. Uning eslatmalari ma'lum bo'lib, ular eng oddiy vertolyotning ishlash tamoyillarini tushuntiradi.
Yangi davr
Ilm-fan (va ayniqsa aeronavtika)dagi global yutuq Isaak Nyuton tomonidan amalga oshirilgan. Zero, aerodinamikaning asosini asoschisi ingliz olimi bo'lgan keng qamrovli mexanika fani tashkil etadi. Nyuton birinchi bo'lib havo muhitini zarrachalar konglomerati deb hisobladi, ular to'siqlarga duch kelib, unga yopishadi yoki elastik tarzda aks etadi. 1726 yilda u havo qarshiligi nazariyasini ommaga taqdim etdi.
Keyinchalik, atrof-muhit haqiqatan ham eng kichik zarrachalar - molekulalardan iborat ekanligi ma'lum bo'ldi. Ular havoning qaytarilish qobiliyatini juda aniq hisoblashni o'rgandilar va "yopishqoqlik" effekti asossiz taxmin sifatida qabul qilindi.
Ajablanarlisi shundaki, bu nazariya asrlar oʻtib amaliy qoʻllanilishini topdi. 60-yillarda, kosmik asrning boshida, sovet dizaynerlari qo'nish paytida gipersonik tezlikni rivojlantiradigan "to'mtoq" sferik shakldagi transport vositalarining aerodinamik qarshiligini hisoblash muammosiga duch kelishdi. Kuchli kompyuterlar yo'qligi sababli, bu ko'rsatkichni hisoblash muammoli edi. Kutilmaganda, zarrachalarning uchuvchi jismga "yopishishi" ta'siriga oid Nyutonning oddiy formulasi yordamida qarshilik qiymatini va hatto frontal qismdagi bosim taqsimotini aniq hisoblash mumkinligi ma'lum bo'ldi.
Aerodinamikaning rivojlanishi
AsoschisiGidrodinamist Daniel Bernoulli 1738 yilda siqilmaydigan oqim uchun bosim, zichlik va tezlik o'rtasidagi fundamental bog'liqlikni tasvirlab berdi, bugungi kunda Bernulli printsipi sifatida tanilgan va bu aerodinamik ko'tarilish hisoblariga ham tegishli. 1799 yilda ser Jorj Keyli parvozning to'rtta aerodinamik kuchini (og'irlik, ko'tarish, tortish va surish) va ular o'rtasidagi munosabatlarni aniqlagan birinchi odam bo'ldi.
1871 yilda Frensis Gerbert Venxem aerodinamik kuchlarni aniq o'lchash uchun birinchi shamol tunnelini yaratdi. Jan Le Rond d'Alembert, Gustav Kirchhoff, Lord Rayleigh tomonidan ishlab chiqilgan bebaho ilmiy nazariyalar. 1889-yilda fransuz aeronavtika muhandisi Charlz Renar birinchi bo‘lib barqaror parvoz uchun zarur quvvatni ilmiy hisoblab chiqdi.
Nazariyadan amaliyotga
19-asrda ixtirochilar qanotga ilmiy nuqtai nazardan qarashgan. Qushlarning uchish mexanizmini o'rganish tufayli aerodinamika harakatdagi o'rganildi, keyinchalik u sun'iy samolyotlarda qo'llanildi.
Otto Lilienthal, ayniqsa, qanot mexanikasini tadqiq qilishda zo'r edi. Nemis samolyot konstruktori 11 turdagi planerlarni, jumladan, biplanni yaratdi va sinovdan o'tkazdi. U birinchi parvozni ham havodan og'irroq apparatda amalga oshirdi. Nisbatan qisqa umr (46 yil) davomida u 2000 ga yaqin parvozlarni amalga oshirdi va samolyotdan ko'ra deltplanga o'xshagan dizayni doimiy ravishda takomillashtirdi. U 1896 yil 10 avgustda navbatdagi parvoz paytida vafot etdi va kashshof bo'ldiaeronavtika va samolyot halokatining birinchi qurboni. Aytgancha, nemis ixtirochi planerlardan birini samolyot aerodinamikasini o‘rganish bo‘yicha kashshof Nikolay Yegorovich Jukovskiyga shaxsan topshirgan.
Jukovskiy shunchaki samolyot konstruksiyalari bilan tajriba oʻtkazmagan. O'sha davrning ko'plab havaskorlaridan farqli o'laroq, u birinchi navbatda havo oqimlarining xatti-harakatlarini ilmiy nuqtai nazardan ko'rib chiqdi. 1904 yilda u Moskva yaqinidagi Kachinoda dunyodagi birinchi aerodinamik institutga asos solgan. 1918 yildan u TsAGI (Markaziy Aerogidrodinamik institut) ga rahbarlik qilgan.
Birinchi samolyotlar
Aerodinamika - bu insonga osmonni zabt etishga imkon bergan fan. Uni o'rganmasdan turib, havo oqimlarida barqaror harakatlanadigan samolyotlarni qurish mumkin emas edi. Bizning odatiy ma'nomizdagi birinchi samolyot 1903 yil 7 dekabrda aka-uka Raytlar tomonidan yaratilgan va havoga ko'tarilgan. Biroq, bu voqeadan oldin puxta nazariy ish olib borildi. Amerikaliklar o'zlarining dizayni bo'yicha shamol tunnelidagi samolyot korpusi dizaynini tuzatishga ko'p vaqt ajratishdi.
Birinchi parvozlar paytida Frederik V. Lanchester, Martin Vilgelm Kutta va Nikolay Jukovskiy liftni hosil qiluvchi havo oqimlarining aylanishini tushuntiruvchi nazariyalarni ilgari surdilar. Kutta va Jukovskiy qanotning ikki o'lchovli nazariyasini ishlab chiqishda davom etdilar. Lyudvig Prandtl nozik aerodinamik va ko'tarish kuchlarining matematik nazariyasini ishlab chiqish, shuningdek, chegara qatlamlari bilan ishlashga hissa qo'shgan.
Muammolar va yechimlar
Samolyot aerodinamikasining ahamiyati ularning tezligi oshishi bilan ortdi. Dizaynerlar havoni tovush tezligida yoki yaqinida siqish bilan bog'liq muammolarga duch kelishdi. Bunday sharoitlarda oqimdagi farqlar samolyotlarni boshqarish muammolariga, zarba to'lqinlari tufayli qarshilik kuchayishiga va aeroelastik tebranish tufayli strukturaning buzilishi xavfiga olib keldi. Oqim tezligining tovush tezligiga nisbati tovushdan tez oqim xususiyatlarini birinchilardan bo‘lib o‘rgangan Ernst Maxdan keyin Mach soni deb ataldi.
Uilyam Jon MakQuorn Rankine va Per Anri Gugonio zarba toʻlqinidan oldin va keyin havo oqimi xossalari nazariyasini mustaqil ravishda ishlab chiqdi, Jeykob Akeret esa tovushdan tez havo plyonkalarining koʻtarilishi va tortilishini hisoblash boʻyicha dastlabki ishlarni amalga oshirdi. Teodor fon Karman va Xyu Latimer Dryden qarshilik tez ortib borayotgan Mach 1 chegarasida (965-1236 km/soat) tezlikni tavsiflash uchun “transonik” atamasini kiritdilar. Birinchi tovush to'sig'i 1947 yilda Bell X-1 samolyotida buzilgan.
Asosiy xususiyatlar
Aerodinamika qonunlariga ko'ra, har qanday qurilmaning yer atmosferasida parvozini ta'minlash uchun quyidagilarni bilish muhim:
- Havo oqimlari ob'ektga ta'sir qiladigan aerodinamik qarshilik (X o'qi). Ushbu parametr asosida elektr stantsiyasining quvvati tanlanadi.
- Koʻtarilish kuchi (Y oʻqi), bu koʻtarilishni taʼminlaydi va qurilmaning yer yuzasiga gorizontal uchishiga imkon beradi.
- Uchib yuruvchi jismga ta'sir etuvchi uchta koordinata o'qi bo'ylab aerodinamik kuchlarning momentlari. juda muhim- samolyot bo'ylab yo'n altirilgan Z o'qi (Mz) bo'ylab lateral kuchning momenti (shartli ravishda qanot chizig'i bo'ylab). U uzunlamasına barqarorlik darajasini belgilaydi (qurilma uchayotganda "sho'ng'iydimi" yoki burnini yuqoriga ko'taradimi).
Tasnifi
Aerodinamik unumdorlik havo oqimi sharoitlari va xususiyatlari, jumladan tezlik, siqilish va yopishqoqlik boʻyicha tasniflanadi. Tashqi aerodinamika turli shakldagi qattiq jismlar atrofidagi oqimlarni o'rganadi. Samolyotning koʻtarilishi va tebranishlari, shuningdek, raketaning burni oldida hosil boʻladigan zarba toʻlqinlari bunga misol boʻla oladi.
Ichki aerodinamika qattiq jismlardagi teshiklar (o'tish joylari) orqali harakatlanadigan havo oqimini o'rganadi. Masalan, u reaktiv dvigatel orqali oqimlarni oʻrganishni oʻz ichiga oladi.
Aerodinamik unumdorlikni oqim tezligiga qarab ham tasniflash mumkin:
- Subsonik tezlik tovush tezligidan past tezlik deb ataladi.
- Transonik (transonik) - tovush tezligidan past va undan yuqori tezliklar mavjud bo'lsa.
- Supersonik - oqim tezligi tovush tezligidan kattaroq bo'lganda.
- Gipersonik - oqim tezligi tovush tezligidan ancha katta. Odatda bu taʼrif Mach raqamlari 5 dan yuqori boʻlgan tezliklarni bildiradi.
Vertolyot aerodinamiği
Agar samolyotning parvozi printsipi qanotga o'tkazilayotgan translatsiya harakati paytida ko'tarish kuchiga asoslangan bo'lsa, vertolyot, xuddi eksenel puflash rejimida pichoqlarning aylanishi tufayli o'z-o'zidan ko'tarilish hosil qiladi (ya'ni tarjima tezligisiz). RahmatBu xususiyat tufayli vertolyot oʻz oʻrnida havoda uchib, oʻq atrofida baquvvat manevrlar qila oladi.
Boshqa ilovalar
Tabiiyki, aerodinamika nafaqat samolyotlarga tegishli. Havo qarshiligi kosmosda gaz va suyuq muhitda harakatlanadigan barcha jismlar tomonidan seziladi. Ma'lumki, suvda yashovchilar - baliqlar va sutemizuvchilar - soddalashtirilgan shaklga ega. Ularning misolida siz harakatdagi aerodinamikani kuzatishingiz mumkin. Hayvonot dunyosiga e'tibor qaratgan holda, odamlar suv transportini ham uchli yoki ko'z yoshlari shaklida qilishadi. Bu kemalar, qayiqlar va suv osti kemalariga tegishli.
Avtomobillar sezilarli darajada havo qarshiligiga ega: tezlik oshgani sayin u kuchayadi. Yaxshiroq aerodinamikaga erishish uchun avtomobillarga soddalashtirilgan shakl beriladi. Bu, ayniqsa, sport avtomobillariga tegishli.
