aerodynamika
Aerodynamika (od starożytnej greki ἀήρ aer , powietrze i δύναμις dynamis , siła ) jest częścią dynamiki płynów (dynamika płynów) i opisuje zachowanie ciał w powietrzu lub gazach ściśliwych ; ta ostatnia jest również określana jako dynamika gazów . Drugi podobszar dynamiki płynów, hydrodynamika , z kolei zajmuje się cieczami .
Aerodynamika opisuje siły, takie jak dynamiczny windy , które pozwalają samolotów , na przykład , aby latać lub żaglowców do żagla w wodzie z pomocą wiatru . Wiele innych dziedzin techniki, takich jak inżynieria lądowa czy budowa pojazdów , ma do czynienia z aerodynamiką.
Specjalności
Aerodynamika jest poddziedziną mechaniki płynów (w tym dynamiki płynów) i zawiera kilka specjalnych obszarów zainteresowań, które specjalizują się w różnych obszarach:
- Teoria skrzydeł: ruchy skrzydła w gęstym gazie
- Aerodynamika kosmiczna: Ten obszar dotyczy aerodynamiki podczas lotu i ponownego wejścia statku kosmicznego
- Aerodynamika naddźwiękowa: pociski poruszające się szybciej niż dźwięk (Mach 1 do Mach 3)
- Aerodynamika hipersoniczna: pociski poruszające się z bardzo dużą prędkością w gęstych gazach (Mach 3+)
- Teoria warstwy granicznej : Rozważana jest ściśle przylegająca warstwa w obszarze zbliżenia wokół ciała
- Aerodynamika turbin i turbin wiatrowych
- Fizyka żeglowania : Projektując żaglowiec, należy wziąć pod uwagę warunki przepływu wokół żagla oraz hydrodynamikę kadłuba.
Modele teoretyczne
Najbardziej wszechstronnym modelem są równania Naviera-Stokesa . Jest to układ nieliniowych równań różniczkowych cząstkowych drugiego rzędu, które całkowicie opisują płyn newtonowski . W szczególności uwzględnione są również turbulencje i hydrodynamiczna warstwa przyścienna .
Prostszym modelem są równania Eulera , które nie odwzorowują warstwy przyściennej ze względu na zaniedbane tarcie, a także nie zawierają żadnych turbulencji, co oznacza, że np. przeciągnięcie nie może być symulowane za pomocą tego modelu. Do tego nadają się znacznie grubsze siatki, aby rozwiązywać równania w sensowny sposób. W przeciwieństwie do tego równania Eulera są bardzo odpowiednie dla tych części przepływu, w których warstwa graniczna nie odgrywa zasadniczej roli.
Wreszcie, równania potencjału są szczególnie przydatne, gdy mają być dokonywane przybliżone prognozy. W ich przypadku zakłada się , że entropia jest stała, co oznacza, że nie mogą wystąpić silne fale uderzeniowe, ponieważ entropia jest na nich nawet nieciągła.
posługiwać się
Obecnie projektowanie aerodynamiczne samolotów i pojazdów odbywa się głównie na komputerze. Duże znaczenie ma numeryczna symulacja przepływu (CFD), w której dobre przybliżenia dla rzeczywistych procesów przepływu można uzyskać za pomocą procesów wspomaganych komputerowo z odpowiednim wysiłkiem obliczeniowym. W wielu zastosowaniach, ze względu na złożoność zachodzących zjawisk, niezbędne są pomiary w tunelach aerodynamicznych w celu weryfikacji projektu.
literatura
- Cameron Tropea: Aerodynamika I i II, Raporty z badań Mechanika płynów i aerodynamika , Shaker, Aachen 2004, ISBN 3-8322-3255-9
- Reinhard Kutter: Aerodynamika samolotu - rozwiązania techniczne i konstrukcja. Motorbuch, Stuttgart 1990, ISBN 3-87943-956-7
- Czesław A. Marchaj: Aerodynamika i hydrodynamika żeglarstwa. Delius Klasing , Bielefeld 1991, ISBN 3-7688-0729-0
- Theodore von Kármán : Aerodynamika - wybrane zagadnienia w świetle rozwoju historycznego. Interavia, Genewa 1956
- Ludwig Prandtl : Cztery traktaty o hydrodynamice i aerodynamice. Publikacja własna przez Instytut Badań Aerodynamicznych, Getynga 1944.
- John D. Anderson: Historia aerodynamiki – i jej wpływ na maszyny latające. Cambridge University Press, Cambridge 2000, ISBN 0-521-45435-2
- Rose McCallen: Aerodynamika ciężkich pojazdów – ciężarówek, autobusów i pociągów. Springer, Berlin 2004, ISBN 978-3-540-22088-6
- J. Gordon Leishman: Zasady aerodynamiki śmigłowca. Cambridge University Press , Cambridge 2000, ISBN 0-521-66060-2
- John D. Anderson: Podstawy aerodynamiki. McGraw-Hill, Boston 2007, ISBN 978-0-07-125408-3
- John J. Bertin, Russell M. Cummings: Aerodynamika dla inżynierów. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 2009, ISBN 978-0-13-235521-6
- Alois P. Schaffarczyk: Wstęp do aerodynamiki turbin wiatrowych. Springer, Berlin, 2014, ISBN 978-3-642-36408-2