آیرودینامیک چیست

آیرودینامیک

0

آیرودینامیک راهی است که هوا در اطراف چیزها حرکت می کند. قوانین آیرودینامیک توضیح می دهد که چگونه یک هواپیما قادر به پرواز است. هر چیزی که از طریق هوا حرکت کند به آیرودینامیک واکنش نشان می دهد. موشکی که از پد پرتاب و بادبادک در آسمان انفجار می یابد ، به آیرودینامیک واکنش نشان می دهد. آیرودینامیک حتی روی اتومبیل ها نیز عمل می کند ، زیرا هوا در اطراف اتومبیل ها جریان می یابد.

آیرودینامیک چیست

آیرودینامیک ، شاخه ای از فیزیک است که به حرکت هوا و سایر مایعات گازی و با نیروهایی که بر روی اجسامی که از چنین مایعات عبور می کنند ، می پردازد. آیرودینامیک به ویژه به دنبال تبیین اصول حاکم بر پرواز هواپیما ، موشک و موشک است. همچنین به طراحی خودروها ، قطارهای پر سرعت و کشتی ها و همچنین با ساخت سازه هایی همچون پل ها و ساختمان های بلند نگران است تا مقاومت آنها در برابر بادهای شدید را تعیین کند.

یکی از بارزترین تفاوت های مواد جامد ، مایعات و گازها تراکم آنها است: چه تعداد اتم “مواد” در یک فضای معین وجود دارد. جامدات و مایعات بسیار متراکم تر از گازها هستند – و می دانید که اگر تا به حال قدم زدن در یک استخر شنا را امتحان کرده باشید. در مقایسه با راه رفتن در هوا ، بیرون آوردن بدن از طریق آب کار سختی است. شما به معنای واقعی کلمه باید آبی را که در مقابل شما است از جاده خارج کنید. همانطور که شما به جلو حرکت می کنید ، آب اطراف شما به فضای فضایی که تازه پشت سر گذاشته اید ، می چرخد.

 

آیرودینامیک چیست
عکس: با اطمینان از اینکه بدن شما در کمترین زمان ممکن باعث اختلال در آب می شود ، می توانید شنا کنید. شما نمی توانید هوا را ببینید ، اما دقیقاً همان اصل اعمال می شود. توجه کنید که چگونه این شناگر “امواج تعظیم” ایجاد می کند از بدن خود به شکلی مشابه امواج شوک ایجاد شده توسط هواپیما در عکس بالا ، کشش خود را به عقب برگرداند. مانند همه امواج ، اینها انرژی را از هر چیزی که ایجاد می کند دور می کنند. برای شنا یا پرواز مؤثر ، باید هزینه ای برای ایجاد هرچه کوچکتر موج ایجاد کند. عکس جوزف م. کلارک از نیروی دریایی ایالات متحده .

حرکت از طریق هوا تقریباً یکسان است. مانند آب ، هوا یک سیال است (نامی که ما به مایعات و گازها می دهیم که به راحتی می توانند حرکت کنند ، یا جریان پیدا کنند) و به طور کلی ، اکثر مایعات به همین روش رفتار می کنند. اگر می خواهید به سرعت از طریق هوا سرعت بگیرید ، بهتر است

در یک وسیله نقلیه بلند و نازک – مانند هواپیما یا قطار – که ممکن است تا آنجا که ممکن است اختلال ایجاد کند ، وجود داشته باشد: هواپیماها و قطارها دقیقاً به همین دلایل شکل لوله ای دارند. که با بدن های بلند و نازک دراز می کشیم.

فکر کردن در مورد چگونگی حرکت سریع و مؤثر از طریق سیال ، واقعاً همان چیزی است که آیرودینامیک در آن وجود دارد. اگر می خواهیم تعریف رسمی تر و علمی تری داشته باشیم ، می توانیم بگوییم که آیرودینامیک علمی برای چگونگی حرکت اوضاع از طریق هوا (یا چگونگی حرکت هوا در اطراف چیزها) است .

علم آیرودینامیک

آیرودینامیک بخشی از شاخه های فیزیک به نام دینامیک سیال است ، که همه چیز در مورد مطالعه مایعات و گازهایی است که در حال حرکت هستند. اگرچه می تواند ریاضیات بسیار پیچیده ای را در بر بگیرد ، اما اصول اساسی درک آن بسیار آسان است. آنها شامل چگونگی جریان مایعات به روشهای مختلف ، چه عواملی باعث می شوند تا قدرت (مقاومت مایعات) به بیرون کشیده شود ، و اینکه مایعات چگونه حجم و انرژی خود را در جریان خود حفظ می کنند .

ایده مهم دیگر این است که وقتی یک جسم از طریق سیال ثابت حرکت می کند ، علم تقریباً به همان اندازه است که گویی مایع جابجا شده است و هنوز هم جسم موجود است. به همین دلیل می توان عملکرد آیرودینامیکی یک ماشین یا هواپیما را در یک تونل باد مطالعه کرد: انفجار هوای پرسرعت در اطراف مدل ثابت هواپیما یا اتومبیل همان پرواز یا رانندگی در هوا با همان سرعت است.

جریان چند لایه و آشفتگی

وقتی آب را از بطری پلاستیکی خالی می کنید ، حتماً متوجه شده اید که می توانید آن را به دو روش بسیار متفاوت انجام دهید. اگر بطری را با زاویه کم عمق نوک بزنید ، آب خیلی روان بیرون می آید. هوا از آن عبور می کند ، در جهت مخالف ، بطری را با “پوچی” پر می کند. اگر بیشتر بطری را ببندید ، یا آن را به صورت عمودی نگه دارید ، آب به طرز شگفت انگیزی و در لرزه ها بیرون می آید. دلیل این است که هوا و آب باید در گردن بطری بجنگند. گاهی اوقات آب برنده و عجله می کند ، گاهی اوقات هوا برنده می شود و به داخل می رود ، به طور خلاصه جریان آب را متوقف می کند. درگیری بین خروج آب و ورود هوا به هنگام ریختن ، صدای “glug-glug” را به شما می دهد.

آیرودینامیک چیست
عکس: آب را از یک بطری به آرامی بریزید و یکنواخت و یکنواخت شوید. بطری را بیشتر ببندید و جریان آشفته شود. همچنین ، می بینید که چگونه چشمه آب از این بطری پایین می رود به سمت پایین باریک تر می شود که آب سریعتر حرکت می کند (پس از شتاب گرفتن توسط نیروی جاذبه)؟ این نمونه ای از تداوم سیال است که در زیر توضیح داده شده است.

آنچه در اینجا می بینیم دو نوع شدید جریان سیال است. در حالت اول ، ما آب و هوای نرم را خیلی راحت در لایه ها می گذاریم ، که به آن جریان لایه ای گفته می شود (یا جریان جریان به دلیل جریان سیال در خطوط موازی به نام جریانهای جریان). در حالت دوم ، هوا و آب به شکلی نامرتب تر حرکت می کنند ، که ما آن را جریان آشفتگی می نامیم . اگر می خواهیم چیزی شبیه به یک اتومبیل اسپرت طراحی کنیم ، در حالت ایده آل می خواهیم بدن را شکل دهیم تا جریان هوا در اطراف آن تا حد ممکن صاف باشد – بنابراین این لایه ای است نه آشفتگی. هرچه تلاطم بیشتر باشد ، مقاومت هوا بیشتر خودرو را تجربه خواهد کرد ، انرژی بیشتری را نیز هدر می دهد و کندتر حرکت می کند.

لایه مرزی

سرعتی که یک سیال از یک شی عبور می کند بسته به فاصله شما از جسم شما متفاوت است. اگر شما در یک ماشین پارک شده نشسته اید و یک بادی از نیروگاههای سنگین در حال عبور از شما با سرعت ۲۰۰ کیلومتر در ساعت (۱۲۵ مایل در ساعت) است ، ممکن است فکر کنید تفاوت سرعت بین هوا و ماشین ۲۰۰ کیلومتر در ساعت — است و همینطور است! اما یک ناپیوستگی ناگهانی و ناگهانی بین ماشین ثابت و هوای پر سرعت وجود ندارد. درست در کنار ماشین ، سرعت هوا در حقیقت صفر است: هوا به اتومبیل می چسبد زیرا بین مولکول های نقاشی اتومبیل و مولکول های هوا که به آنها لمس می کند ، نیروهای جذاب وجود دارد. هرچه دورتر از اتومبیلی که می گیرید سرعت باد بیشتر می شود. در فاصله مشخصی از اتومبیل ، هوا با سرعت کامل ۲۰۰ کیلومتر در ساعت حرکت خواهد کرد. منطقه اطراف اتومبیل که در آن سرعت هوا از صفر به حداکثر خود افزایش می یابد معروف استلایه مرزی . هنگامی که مایع می تواند به طور موثر ، به آرامی و هموار با سرعت در لایه مرزی افزایش یابد ، جریان چند لایه ای ایجاد می کنیم. وقتی این اتفاق نیفتد دچار آشفتگی می شویم – وقتی مایعات به جای اینکه از گذشته خود را در لایه های صاف بکشند ، بهم ریخته و آشفته می شوند.

آیرودینامیک چیست
عکس: سرعت باد با فاصله از زمین افزایش می یابد. از نظر تئوری ، یک برج توربین بادی باید به اندازه کافی بالا باشد تا روتورها در خارج از لایه مرزی کار کنند. در عمل ، طراحان توربین مجبور به سازش هستند: توربین های بسیار زیاد ممکن است به دلایل مختلف زیست محیطی و ایمنی قابل قبول نباشند.

بکش

آیرودینامیک
عکس: هرچه سریعتر بروید ، باید در برابر هوا کار کنید. مقاومت در برابر هوا در هنگام پیاده روی اهمیتی ندارد زیرا به اندازه کافی سریع مسافرت نمی کنید. اما اگر چرخه خود را انجام دهید ، باید خیلی بیشتر به آیرودینامیک فکر کنید و یک حالت ساده را اتخاذ کنید که جریان هوا را تا حد ممکن مختل کند. مثل این سوار ، شاید بخواهید یک کلاه دوچرخه سواری به اشک بریزید و لباس های تنگ بپوشید؟

مقاومت هوا – همانطور که معمولاً شناخته می شود – از تمایز بین لایه ای و جریان آشفته پیروی می کند. هنگامی که یک اتومبیل اسپرت از طریق هوا سرعت می یابد ، جریان نسبتاً لایه ای باقی می ماند. هنگامی که یک کامیون از طریق آن شخم می زند ، تلاطم بسیار بیشتری وجود دارد.

کشیدن نیرویی است که وقتی جریان هوا در اطراف آن شروع به آشفتگی کند ، بدن متحرک احساس می کند. اگر دوچرخه سواری می کنید یا مسابقه اسپرتی را انجام داده اید ، برای شما کاملاً واضح خواهد بود که سرعت با سرعت زیاد می شود. اما نکته بسیار مهم این است که با افزایش سرعت شما بلکه مطابق با مربع ، خطی افزایش نمی یابداز سرعت شما به عبارت دیگر ، اگر سرعت خود را دو برابر کنید ، تقریباً حرف شما را با کشیدن چهار برابر می کنید.

وسایل نقلیه سریع حرکت بیشتر انرژی خود را برای غلبه بر کشیدن استفاده می کنند. با رسیدن به سرعت تقریبی ۳۰۰ کیلومتر در ساعت (۱۸۰ مایل در ساعت) ، تقریباً از تمام انرژی خود استفاده می کنید که سعی می کنید هوا را از مسیر خارج کنید. این امر فقط مربوط به اتومبیل های ضبط شده با سرعت زمین نیست بلکه برای رانندگان معمولی نیز کاربرد دارد: برای شروع رانندگی در شهر ، بیشتر انرژی خود را در ترمز تلف می کنید . وقتی در بزرگراه سرعت می یابید ، بیشتر انرژی شما با فشار کنار هوا از بین می رود.

کشیدگی اصطکاک: شکل آیرودینامیکی
عکس: بالا: کشیدگی اصطکاک: شکل آیرودینامیکی این خودرو اجازه می دهد تا جریان هوا در اطراف آن بصورت منطقی لامینار بماند. کشش وجود دارد ، اما عمدتا در اثر اصطکاک بین لایه های هوا در حال حرکت گذشته از یکدیگر با سرعت های مختلف ایجاد می شود. توجه داشته باشید که چگونه هوا در پشت ماشین آشفته تر می شود و گردبادها در اثر شروع رخ می دهند. پایین: کشیدن فرم: وسیله نقلیه به شکل جعبه (مانند یک کامیون بزرگ) هیچ تلاشی برای منحرف کردن هوا در اطراف خود نمی کند. به محض اینکه هوا درون آن فرو می رود ، تلاطم می شود. عکس توسط اریک جیمز از آزمایشگاه اماس ناسا امس .

چرا کشیدن اتفاق می افتد؟ دو نوع به نام کشیدن اصطکاک و کشیدن شکل وجود دارد و دلایل مختلفی دارند. تصور کنید که یک ماشین در حالی که باد از آن عبور می کند هنوز نشسته است. اگر ماشین کاملاً صاف باشد ، هوا در کنار رنگ آن به هیچ وجه حرکت نمی کند.

لایه ای فراتر از آن کمی حرکت می کند و لایه ای فراتر از آن کمی بیشتر حرکت می کند. تمام این لایه های هوا دقیقاً به همان شکلی که پای شما در کف زمین بگذرد می گذرند: آنها باید بر جذابیت متقابل بین مولکول های یکدیگر غلبه کنند و این باعث اصطکاک می شود. کشیدن اصطکاک اتفاق می افتد زیرا انرژی لازم برای ساختن لایه هایی از سرسره هوا از کنار یکدیگر است.

هرچه جسم سخت تر یا انسداد کننده تر باشد ، جریان هوا آشفته تر می شود ، اصطکاک بین لایه ها بیشتر می شود و کشش بیشتر می شود. در سرعت های کم ، جریان هوا هنگام ملاقات با یک جسم شکافته می شود و به شرط آنکه جسم از نظر معقول آیرودینامیکی باشد ، درست در اطراف آن جریان می یابد ، و از نزدیک به طرح کلی آن می پردازد. اما هرچه سرعت هوا بیشتر شود و آیرودینامیکی جسم کمتر شود ، جریان هوا از هم جدا می شود و آشفته می شود. منظور ما از کشیدن فرم است .

مافوق صوت

عکس: هواپیماهای مافوق صوت وقتی که موج های صوتی خود را می گیرند ، رونق صوتی ایجاد می کنند
عکس: هواپیماهای مافوق صوت وقتی که موج های صوتی خود را می گیرند ، رونق صوتی ایجاد می کنند

هرچه سریعتر بروید ، سریعتر از آن هم سریع تر می شوید – این علم پیچیده است که شکستن رکوردهای سرعت در اتومبیل ها ، قایق ها و هواپیماها را بسیار دشوار می کند. از نظر تئوری ، قوانین دینامیک سیال (که بخشی از آن آیرودینامیک است) به همان روش اعمال می شود ، خواه سرعت گرفتن از آپارتمان های نمکی را در یک اتومبیل پرتاب موشک ، از طریق امواج موجود در یک قایق هیدروفیلی ، بلغزانید یا فریاد بزنید. هوا در یک جت نظامی هواپیماها ، با این حال ، در دسته بندی متفاوتی با اتومبیل ها و قایق ها قرار دارند زیرا می توانند ۵-۱۰ برابر سریعتر حرکت کنند.

هنگامی که آنها با سرعت خاصی برخورد کردند ، سرعت صدا ، قوانین مختلف آیرودینامیک به اجرا در می آیند. هواپیمای جت خود را از طریق موانع صوتی فشار دهید و امواج شوک بزرگ و مخروطی شکل مخروطی در بینی و دم شکل بگیرد ، جایی که می تواند باعث افزایش چشمگیر کشیدن شود.

به همین دلیل مافوق صوت استهواپیماهای جت (سریعتر از صدا) بینی های تیز و بالهای تیز و تیز دارند. هنوز سریع تر پیش بروید و قوانین آیرودینامیکی بار دیگر تغییر می کند. در سرعت هایپرسونیک (تقریباً پنج برابر سریعتر از صدا) ، بالهای کوتاهتر به بهترین وجه کار می کنند و باید در قسمت عقب بینی از هواپیمای مافوق صوت قرار بگیرند.

استمرار

ممکن است واضح به نظر برسد ، اما اگر جریان سیال در اطراف یا اطراف یک جسم جریان داشته باشد ، مقدار مایعات موجود در انتها به همان مقدار است که در ابتدا دارید. این را به شکل ریاضی بنویسید و آنچه را که معادله استمرار نامیده می شود دریافت کنید. به طور رسمی تر ، می گوید حجم سیال در یک مکان جاری است همان مقدار مایعات که در یک مکان دیگر جریان می یابد. از این مسئله نتیجه می گیرد که ناحیه ای که جریان آن با سرعت سیال ضرب می شود یک ثابت است: اگر مایعی وارد فضای باریک تر شود باید سرعت بگیرد. اگر به فضای گسترده تری وارد شود ، باید کند شود. این کمک می کند تا توضیح دهید که چرا باد واقعاً کوچه های بین ساختمانها را سوت می زند و چرا ، اگر انتهای یک شپشک را خراب کنید ، آب سریعتر بیرون می ریزد. (همچنین دلیل این است که آب از یک بطری ریخته می شود ، یا از یک شیر آب / شیر آب می افتد ، از یک جریان گسترده در بالا به سمت یک جریان بسیار باریک تر می رود – زیرا این امر به دلیل جاذبه و آزاد شدن فشار سریع می شود. آن را به وضوح در عکس آب ریخته شده در بالا ببینید.

اصل برنولی

عکس: برنولی روی میز تخته خود: ورق کاغذ را به شکل تونل بچسبانید و از آن عبور کنید (در بالا) و کاغذ روغنی را به سمت پایین (پایین) مشاهده خواهید کرد. هوا در داخل تونل سرعت می یابد ، فشار پایین می آید ، و کاغذ به هم می خورد زیرا فشار اتمسفر از بالا به پایین فشار می یابد.
عکس: برنولی روی میز تخته خود: ورق کاغذ را به شکل تونل بچسبانید و از آن عبور کنید (در بالا) و کاغذ روغنی را به سمت پایین (پایین) مشاهده خواهید کرد. هوا در داخل تونل سرعت می یابد ، فشار پایین می آید ، و کاغذ به هم می خورد زیرا فشار اتمسفر از بالا به پایین فشار می یابد.

خود را یک کاغذ مستطیل شکل از کاغذ درست کنید ، آن را روی یک میز قرار دهید و از آن عبور دهید. وقتی این کار را کردید ، کاغذ از بین می رود ، و هنگامی که نفس می کشد ، دوباره بهار شوید. چه اتفاقی می افتد؟ هنگامی که یک مایع از یک مکان به مکان دیگر جریان می یابد ، باید انرژی خود را ذخیره کند . به عبارت دیگر ، در پایان باید به همان اندازه که در شروع کار بود ، انرژی زیادی داشته باشد. ما این را از قانون اساسی فیزیک به نام حفظ انرژی می دانیم، توضیح می دهد که شما نمی توانید انرژی ایجاد کنید یا از بین ببرید ، فقط آن را از یک شکل به شکل دیگر تغییر دهید. به هوای موجود در لوله خانگی خود بیاندیشید. هوا دقیقاً در خارج از لوله ، دقیقاً در همان جایی که می وزید ، سه نوع انرژی دارد: انرژی بالقوه ، انرژی جنبشی و انرژی به دلیل فشار آن. هوا در وسط لوله دارای سه نوع انرژی مشابه است. با این حال ، زیرا هوا سریعتر در آنجا حرکت می کند ، انرژی جنبشی آن باید بیشتر باشد. از آنجا که ما نمی توانیم انرژی را از هر چیزی ایجاد کنیم ، باید یکی از دو نوع انرژی دیگر کاهش یابد. شما مستقیماً در یک میز می وزید تا هوا بالا نیاید یا سقوط کند و انرژی بالقوه خود را تغییر نمی دهد. تنها مکانی که می توانیم انرژی جنبشی اضافی را جبران کنیم ، در فشار سیال است. با افزایش سرعت هوا ، فشار آن پایین می رود از آنجا که هوای داخل لوله فشار کمتری نسبت به هوای بالای آن دارد ، لوله از بین می رود تا زمانی که شما از دمیدن متوقف شوید. ساده بیان شد ،اصل برنولی (تلفظ بورو نو) به سادگی به ما یادآوری می کند که کل انرژی در یک سیال در حال حرکت ثابت است. اما به احتمال زیاد مشاهده می کنید که این روش متفاوتی را توصیف کرده است: اگر یک مایع سرعت یابد ، فشار آن پایین می رود (و بالعکس).

چگونه بالها واقعاً کار می کنند

بسیاری از کتب علمی به ما می گویند که اصل برنولی ، کلید فهم چگونگی تولید سوخت هوا است(بال های خمیده در هواپیماها ، که به عنوان هواسازها نیز شناخته می شوند) بالابر ایجاد می کنند. توضیحات استاندارد به این شرح است. هنگامی که هوا به یک فویل هوا می رود ، به دو جریان تقسیم می شود که یکی از آن ها مانند ساقه های دیگر در زیر بال شلیک می کند. مردم قبلاً تصور می کردند که یک تفاوت ساده در سرعت دو جریان هوا باعث بالابر روی بال می شود ، اما اکنون می دانیم که این اشتباه است. استدلال به این شرح بود: سطح بالایی یک ایرفویل یک خمیده است ، در حالی که سطح زیرین مستقیم است. ما از معادله پیوستگی می دانیم که هوای زیادی از پشت یک بال هوا به وجود می آید که در جلوی آن وارد آن می شود. بنابراین ، از نظر تئوریکی ، هوای بالاتر از جریان هوا می بایست سریعتر از هوای زیر آن حرکت کند ، زیرا باید فراتر رود. اصل برنولی به ما می گوید که هوای سریع حرکت می کند فشار کمتری نسبت به هوای کندتر دارد ،

متأسفانه ، این به نظر می رسد که نادرست باشد ، هم از نظر تجربی و هم به لحاظ تئوری. با آزمایش های ساده می توانیم نشان دهیم که اگر هواپیماهای هواپیما دارای پروفایل های فوقانی و فوقانی (اگر به صورت متقارن باشند) یک هواپیما می توانند پرواز کنند: یک هواپیمای کاغذی با بالهای مسطح کاملاً پرواز خواهد کرد. توضیح نظری نیز به راحتی قابل درک است: ما در مورد دو جریان مداوم هوا صحبت می کنیم ، یکی در بالا و دیگری در زیر سطح هوا ، و هیچ دلیلی وجود ندارد که دو مولکول هوا که در قسمت جلوی یک ایرفویل از هم جدا می شوند (یکی از قسمت بالایی را می گیرد) مسیر ، یکی از پایین) باید با پشت سر گذاشتن فاصله های مختلف در همان زمان ، مرتباً مرتباً ملاقات کند. یک مولکول به راحتی می تواند طولانی تر از دیگری طول بکشد و با یک ماده دیگر روبرو شودمولکول هوا در پشت. توضیح واقعی این که چرا ایرفویل ها باعث ایجاد آسانسور می شوند ، به ترکیبی از اختلاف فشارها و قانون سوم حرکت نیوتن است. بال هواپیما از بالابر تولید می کند زیرا هم خمیده است و هم به عقب کج می شود ، بنابراین هوای ورودی از سطح بالایی شتاب می یابد و سپس مجبور به سمت پایین می شود. این ناحیه ای از فشار کم را مستقیماً بالای بال ایجاد می کند که باعث ایجاد بالابر می شود. زاویه کج شده بال ، هوا را به سمت پایین می کشد ، و این نیز هواپیما را به سمت بالا سوق می دهد (قانون سوم نیوتن). در مقاله ما در مورد هواپیماها اطلاعات بیشتری کسب کنید .

اثر ونتوری

آیا تا به حال در حال بارگذاری کانال بوده اید زیرا از طریق آب آرام در کنار قایق مشابه دیگر قایقرانی می کند؟ به محض اینکه این دو قایق با هم تند می شوند ، به احتمال زیاد به هم می ریزند و به هم می ریزند. این نمونه ای از اثر ونتوری است که از معادله پیوستگی و اصل برنولی پیروی می کند. ایده اصلی این است که وقتی یک مایع به فضای باریکتری جریان می یابد ، سرعت می یابد و فشار افت می کند. بنابراین آب سریع بین دو قایق یک ناحیه کم فشار بین آنها ایجاد می کند که آنها را به هم سوق می دهد. این یکی از دلایلی است که بعضی اوقات مزارع بادی در دره های بین تپه ها یا کوه ها ساخته می شوند ، جایی که سرعت باد بیشتر است. شما همچنین می توانید اثر ونتوری (و سایر اصول آیرودینامیکی مانند برنولی) را در هنگام کار در فن چند ضلعی Dyson Air مشاهده کنید. (در اینجا یک فیلم شسته و رفته از آن آمده استYouTube .)

چرا آیرودینامیک اهمیت دارد

عکس: یک پارچه پلاستیکی ساده که در بالای کابین کامیون نصب شده است می تواند مقدار زیادی سوخت را ذخیره کند. این کار با منحرف کردن جریان هوا (فلش های زرد) راحت تر در بالا و اطراف آن طرف کانتینر بزرگ محموله جعبه ای در پشت کابین کار می کند.
عکس: یک پارچه پلاستیکی ساده که در بالای کابین کامیون نصب شده است می تواند مقدار زیادی سوخت را ذخیره کند. این کار با منحرف کردن جریان هوا (فلش های زرد) راحت تر در بالا و اطراف آن طرف کانتینر بزرگ محموله جعبه ای در پشت کابین کار می کند.

چرا باید مراقب آیرودینامیک باشیم؟ چرا مهم است؟ فرض کنید شما یک شرکت حمل و نقل را اداره می کنید و ۵۰۰ کامیون در حال حمل و نقل در سراسر کشور هستید که لوازم مورد نیاز خود را به سوپرمارکت ها ارائه می دهند. جدا از خود کامیون ها و دستمزد رانندگان ، بیشترین هزینه ای که تجارت شما با آن روبرو است ، سوخت است.

اگر یک جای مناسب نسبتاً ارزان قیمت (یک تکه پلاستیکی شیب دار) را در بالای کامیون های خود قرار دهید تا هوا به آرامی منحرف شود و در بالای ظرف باربری در پشت باشد ، مصرف سوخت را بین ۱۰ تا ۲۰ درصد کاهش می دهید و مقدار زیادی صرفه جویی می کنید. مقدار پول. با قرار دادن سپرهای جانبی به قسمت زیرین محموله (برای متوقف کردن جریان هوای آشفته در زیر آنها) موجب صرفه جویی بیشتر می شود.

در مورد اتومبیل هم همینطور است. رانندگی در اطراف با یک قفسه سقف در محل هنگامی که شما ‘ حمل مجدد هیچ چیزی در این مورد ، سوخت مورد استفاده شما (و مبلغی را که باید برای استفاده از بنزین / بنزین بپردازید) حدود پنج درصد افزایش می دهد. چرا؟ زیرا قفسه در هوا می چرخد ​​و شما را کند می کند.

 

برای هواپیماها و موشک های فضایی ، آیرودینامیک از اهمیت بیشتری برخوردار است. هنگام بازگشت فضاپیما به زمین ، آنها از خلاء مجازی فضا با سرعت زیاد به جو زمین منتقل می شوند ، که آنها را به طور خطرناکی گرم می کند. در فوریه سال ۲۰۰۳ ، شاتل فضایی کلمبیا به طرز غم انگیزی نابود شد و هر هفت فضانورد را که در هنگام گرم شدن بیش از اندازه در مجدداً گرم شدند ، کشته شدند. اگر بخواهیم در آینده از وقوع چنین اتفاقاتی جلوگیری کنیم ، درک بهتر نحوه حرکت هوا بر روی یک فضاپیما ضروری است.

 

آیرودینامیک برای بقیه ما نیز مهم است. اگر یک دوچرخه سوار مشتاق هستید و می خواهید در یک مسابقه پیروز شوید ، باید از انرژی خود در حد امکان استفاده کنید ، تا جایی که می توانید کمترین مقدار هوا را از دست بدهید. اگر راننده ای هستید که مسافت های معقولی را در این آزادراه (بزرگراه) طی می کنید ، به حداقل رساندن مقاومت هوا یکی از بهترین راه های شما برای صرفه جویی در مصرف سوخت ، پس انداز کردن پول و کمک به سیاره زمین است.

 

تاریخچه مختصری از آیرودینامیک

در اینجا یک تور سریع از برخی از لحظات مهم و چهره های کلیدی در تاریخ آیرودینامیک آورده شده است.

علم در حال حرکت

  • c250 قبل از میلاد: ارسطو چگونگی شناور و حرکت اجسام را در مایعات توصیف می کند.
  • ۱۴۹۰: لئوناردو داوینچی آیرودینامیک پرواز را در نظر می گیرد و آناتومی دقیق جناح پرنده را در نوت بوک های خود ترسیم می کند. وی اهمیت مقاومت هوا (کشیدن) را به عنوان نیرویی که اجسام در حال حرکت را کند می کند و با مشاهده جریان رودخانه ها معادله پایداری را مشخص می کند ، ذکر کرد.
  • ۱۶۰۰s: اسحاق نیوتن مقاومت در برابر هوا را مورد مطالعه قرار می دهد ، و خاطرنشان کرد که حرکت هوا در اطراف یک جسم یا یک جسم از طریق هوا حرکت می کند.
  • ۱۶۷۳: دانشمند فرانسوی Edme Mariotte نشان می دهد که با افزایش مربع سرعت ، کشش افزایش می یابد. کریستیان هویگنز و اسحاق نیوتن تقریباً در همان زمان به یک نتیجه می رسند.
  • ۱۷۳۸: دانشمند فرانسوی دانیل برنولی ارتباط بین سرعت یک سیال و فشار آن را مشخص می کند.

پیشگامان آیرودینامیک

  • دهه ۱۸۴۰: سر جورج کیلی ، انگلیسی ، مطالعات پیشگامانه آیرودینامیکی را با گلایدرهای مدل انجام می دهد و چهار نیروی پرواز (رانش ، کشیدن ، وزن و بالابر) را مشخص می کند.
  • ۱۸۵۲: هاینریش مگنوس ، فیزیکدان آلمانی ، اثر مگنوس را توضیح می دهد ، و توضیح می دهد که چرا چرخش توپ های فوتبال و تنیس در هوا منحرف می شود.
  • دهه ۱۸۸۰: آزبورن رینولدز تفاوت بین لمینار و جریان تلاطم را ذکر می کند. مفهومی به نام عدد رینولدز برای توصیف و توضیح انواع مختلف جریان سیال استفاده می شود.
  • دهه ۱۸۸۰: یک فیزیکدان و فیلسوف اتریشی به نام ارنست ماخ عکسهای پیشگام آیرودینامیکی را نشان می دهد که حرکات هوا را مختل می کند ، از جمله موج های شوک تولید شده هنگام حرکت اشیاء با سرعت زیاد در هوا.
  • دهه ۱۸۹۰: فردریک لنچستر شروع به مطالعه آیرودینامیک کرد و گردش هوا را در اطراف بالهای ایرفویل کشف کرد.

عصر آیرودینامیک

عکس: Streamliner! در دهه های اولیه قرن بیستم ، مهندسین اصول آیرودینامیک را اتخاذ کردند و لوکوموتیوهایی با شدت رادیکال تولید کردند. این یک کلاس A4 حفظ شده است ، همان طراحی مالارد ، لوکوموتیو که رکورد سرعت جهانی را برای لوکوموتیوهای بخار با سرعت 203 کیلومتر در ساعت (126 مایل در ساعت) در سال 1938 تعیین می کند. توجه داشته باشید که چگونه دیگ بخار معمولاً مانند لوله در پشت براق پنهان است ، پانل های آیرودینامیکی ، و قوس های چرخدار با طول طولانی ، جریان هوا را به راحتی از گذشته عبور می کنند.
عکس: Streamliner! در دهه های اولیه قرن بیستم ، مهندسین اصول آیرودینامیک را اتخاذ کردند و لوکوموتیوهایی با شدت رادیکال تولید کردند. این یک کلاس A4 حفظ شده است ، همان طراحی مالارد ، لوکوموتیو که رکورد سرعت جهانی را برای لوکوموتیوهای بخار با سرعت ۲۰۳ کیلومتر در ساعت (۱۲۶ مایل در ساعت) در سال ۱۹۳۸ تعیین می کند. توجه داشته باشید که چگونه دیگ بخار معمولاً مانند لوله در پشت براق پنهان است ، پانل های آیرودینامیکی ، و قوس های چرخدار با طول طولانی ، جریان هوا را به راحتی از گذشته عبور می کنند.

 

  • ۱۹۰۳: پس از انجام مطالعات علمی دقیق خود در مورد آیرودینامیک ، برادران Wright اولین پرواز را انجام می دهند.
  • ۱۹۰۰s: فیزیکدان آلمانی لودویگ پراندل معادلات ریاضی جریان هوا را استخراج می کند ، کشف می کند که چگونه در لایه مرزی رخ می دهد و به طور موثری علم جدید آیرودینامیک را اختراع می کند.
  • دهه ۱۹۳۰ – ۱۹۵۰: اصول جریان آیرودینامیکی به شدت بر طراحی لوکوموتیو ، اتومبیل و وسایل نقلیه دیگر تأثیر می گذارد.
  • دهه ۱۹۳۰ – ۱۹۶۰: تئودور فون کرمان مجارستانی مدل های پیچیده ریاضی جریان هوا را ایجاد می کند و کمک های پیشگویی در علم پرواز مافوق صوت و مافوق صوت ، از جمله توسعه بال های عقب است.
  • ۱۹۳۴: Henri Coandă آنچه را به عنوان اثر Coandă معروف می کند ، کشف می کند – این سیالات در حال حرکت به سمت سطوح اطراف خم می شوند.
  • ۱۹۴۷: چاک یگر اولین پرواز مافوق صوت را انجام می دهد.
  • ۱۹۶۷: هواپیمای آزمایشی و هیپرسونیک X-15 ناسا و USAF سرعت رکورد جهانی ۷۲۷۴ کیلومتر در ساعت (۴۵۲۰ مایل در ساعت) را تعیین می کند

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

منبع: explainthatstuff