Mikä On Aerodynaaminen?

{h1}

Aerodynamiikka tutkii kaasujen vuorovaikutusta liikkuvien kappaleiden, erityisesti ilma-alusten ja autojen kanssa.

Aerodynamiikka tutkii kaasujen vuorovaikutusta liikkuvien kappaleiden kanssa. Koska kaasua, johon kohtaamme eniten, on ilmaa, aerodynamiikka koskee ensisijaisesti vetovoiman ja noston voimia, jotka johtuvat ilmasta, joka kulkee kiinteiden kappaleiden läpi ja ympärillä. Insinöörit soveltavat aerodynamiikan periaatteita moniin erilaisiin asioihin, kuten rakennuksiin, siltoja ja jopa jalkapalloja; kuitenkin ensiarvoisen tärkeä on lentokoneiden ja autojen aerodynamiikka.

Aerodynamiikka tulee ilmi lentokoneen tutkimuksesta ja lentokoneen rakentamisesta ja käytöstä, jota kutsutaan ilmailuksi. Ilmailulaitokset käyttävät aerodynamiikan perustekijöitä suunnitellakseen ilma-aluksia, jotka lentävät maapallon ilmakehässä.

Aerodynaaminen vetovoima

Merkittävin aerodynaaminen voima, joka koskee lähes kaikkea, joka liikkuu ilman läpi, on vetää. Vedä on voiman, joka vastustaa ilma-aluksen liikettä ilmassa, NASAn mukaan. Vedä syntyy sen suuntaan, kun ilma kohtaa kiinteän kohteen. Useimmissa tapauksissa, esimerkiksi autoissa ja ilma-aluksissa, vedä ei ole toivottavaa, koska se vie valtaa sen voittamiseksi. On kuitenkin joitain tapauksia, joissa vetäminen on hyödyllistä, esimerkiksi laskuvarjoilla.

Jotta kuvaisi kohteen vedon määrän, käytämme arvoa, jota kutsutaan vetokertoimeksi (sd). Tämä luku ei riipu pelkästään kohteen muodosta vaan myös muista tekijöistä, kuten sen nopeudesta ja pinnan karheudesta, ilman tiheydestä ja siitä, onko virtaus laminaarinen (sileä) vai turbulentti. Vastukseen vaikuttavat voimat sisältävät ilmanpaineen kohteen kasvot, kitkan pitkin kohteen sivua ja suhteellisen alhaisen paineen tai imun kohteen takana. Esimerkiksi, cd kun litteä levy liikkuu suoraan ilmalla, on noin 1,3, kasvot kuutio on noin 1, pallo on noin 0,5 ja kyynärpään muoto on noin 0,05. Nykyaikaisten autojen vetokerroin on 0,25-0,35 ja lentokoneiden osalta 0,01-0,03. Laskeminen cd voi olla monimutkaista. Tästä syystä se määritetään yleensä tietokoneen simulaatioilla tai tuulitunnelikokeilla.

Ilma-alusten aerodynamiikka

Voimavarojen voittamiseksi ilma-aluksen on tuotettava työntövoimaa. Tämä tehdään moottorikäyttöisellä potkurilla tai suihkumoottorilla. Kun lentokone on tasaisella lennolla vakionopeudella, työntövoima on riittävän voimakas aerodynaamisen vetovoiman torjumiseksi.

Liikkuva ilma voi myös tuottaa voimia eri suuntaan virtauksesta. Voimaa, joka pitää lentokoneen putoamasta, kutsutaan hissiksi. Nosta syntyy lentokoneen siiven avulla. Polun yli siiven kaareva pää on pidempi kuin polku pitkin tasainen pohja siiven. Tämä saa ilmaa liikkumaan nopeammin yläpuolella kuin pohjalla. Kaikkien muiden tekijöiden ollessa yhtä suuret, nopeammin liikkuva ilma on pienempi paine kuin hitaammin liikkuvasta ilmasta Bernoullin periaatteen mukaan, jonka Daniel Bernoulli, yksi tärkeimmistä fluididynamiikan pioneereista totesi. Tämä ero mahdollistaa sen, että hitaampi liikkuva ilma työntyy siiven alaosaan suuremmalla voimalla kuin nopeampi liikkuva ilma työntyy alas siiven yläosaa vasten. Tason lennolla tämä nouseva voima riittää vain vastaamaan painovoiman aiheuttamaa alaspäin suuntautuvaa voimaa.

Aerodynaamisia voimia käytetään myös ilma-aluksen ohjaamiseen lennossa. Kun Wright veljet tekivät ensimmäisen lennon vuonna 1903, he tarvitsivat keinon hallita ilma-aluksiaan kiivetä, laskeutua, pankkia ja kääntyä. He kehittivät kolmea akselista ohjausta, joka tunnetaan piki-, rulla- ja kallistukselle. Pitch (nos ylös tai alas) ohjaa hissillä ("läpät") vaakasuoran stabilointiaineen takaosassa tai takareunassa häntäosassa. Roll (kallistus vasemmalle tai oikealle) ohjataan siivekkeiden (myös läpät) kohdalla siipien takareunoihin kärkien lähellä. Yaw (vasen tai oikea nenä) ohjaa peräsimen pystysuoran stabilisaattorin takareunassa häntäosassa. Nämä säätimet käyttävät Newtonin kolmannen liikkeen lain, koska ne synnyttävät voimaa kääntämällä ilmavirta halutun liikkeen vastakkaiseen suuntaan. Tämä voima on myös se, minkä ansiosta aerobatut lentokoneet voivat lentää ylösalaisin.

Ohjaaja voi myös käyttää siipien takareunan sisäosassa olevia läppäjä lentoonlähdön ja laskeutumisen aikana. Kun alaspäin asettuvat, läppä kasvattaa sekä noston että vetäen, jotta kone lentää hitaammin pysähtymättä. Jotkut suuremmat ilma-alukset voivat myös laajentaa siipien etureunoja tai niiden etureunoja, jotta ne nostaisivat hitaasti pienillä nopeuksilla.

Kun tasainen ilmavirta koneen siiven yli on häiriintynyt ja tämä vähentää nostimen määrää, voi esiintyä pilttuu. Federal Aviation Administrationin Airplane Flying Handbookin mukaan "tämä johtuu siitä, että siipi ylittää sen kriittisen hyökkäyskulman, mikä voi tapahtua missä tahansa ilmatilassa, missä tahansa asenteessa, missä tahansa tehoasetelmassa." Tyypillisesti useimmat pysähdykset tapahtuvat, kun ilma liikkuu liian hitaasti nenän ollessa liian korkealla nousevalla kulmalla. Ilma ei enää virtaa yläpintaan, vaan se hajoaa ja muodostaa pyörteitä pyörteitä siiven päälle. Tällöin kone menettää hissin ja alkaa laskea, joskus melko äkillisesti.

Toinen asia, joka voi tapahtua lentokoneessa, on spin.Lentokoneen lentävä käsikirja määrittelee spin "aggressiivisena pilttuna, joka johtaa siihen, mitä kutsutaan" autorotationiksi ", jossa lentokone seuraa alaspäin korkkiruuviradan." Tämä tapahtuu yleensä hitaasti, kun hitaampi sisäpuolinen siipi pysähtyy, ja ulkopuolinen siipi tuottaa yhä hissin. "Erityisesti alhaisella korkeudella menestyvä spin-talteenotto voi olla vaikeaa, ellei mahdotonta monissa ilma-aluksissa", Illinoisin yliopiston Urbana-Champaignissa sijaitsevan Aerospace Engineeringin tohtorikoulutuksen Scot Campbellin ja avustavan lennonjohtajan Donald Talleurin mukaan Illinois Institute of Aviation -yliopistossa, kirjoittaessaan "Aerodynamiikan spin", Kanadan omistajille ja ohjaajille. Yksi syy tähän on vaara mennä tasainen spin, jossa molemmat siivet ja kaikki ohjauspinnat pysähtynyt, ja lentokone putoaa kuin vaahterapuun siemeniä.

Kun nestettä liikkuu nopeammin, sen paine on alhaisempi. Tämä periaate selittää lentokoneen siiven luoma hissin.

Kun nestettä liikkuu nopeammin, sen paine on alhaisempi. Tämä periaate selittää lentokoneen siiven luoma hissin.

Luottamus: NASA Quest.

Autojen aerodynamiikka

Autot alkoivat käyttää aerodynaamisia kehon muotoja aikaisemmassa osassa heidän historiansa. Kun moottorit tehostuivat ja autoja nopeutui, autoinsinöörit havaitsivat, että tuulen voimakkuus heikensi huomattavasti niiden nopeutta. Ensimmäiset autot, joilla oli parempi aerodynamiikka tai virtaviivaistaminen, olivat kilpa-autot ja ne, jotka yrittivät rikkoa nopeusaluetta.

"Dreamers, insinöörit, kilpailijat ja yrittäjät houkuttelivat mahdollisuuksista tarjota syvällisiä hyötyjä aerodynamiikalle", kirjoitti Paul Niedermeyer, kirjailija "Automotive History: Kuvitettu historia autojen aerodynamiikasta" Curbside Classic-sivustolla. "Pyrkimykset tehdä niin tuottivat joitakin merkittävimpiä autoja koskaan tehneet, vaikka he kyseenalaistivat heidän aikansa esteettiset oletukset."

Kilpa-auton aerodynamiikan osalta Dr. Joe David, mekaanisen ja ilmailutekniikan professori, joka tunnetaan nimellä "Mr. Stock Car" North Carolina State Universityissa, sanoi, että "suurin osa hevosvoimasta, jota racing-moottori tuottaa, syö korkean paineilman avulla, joka työntää auton etuosaa ja matalapaineilmaa - osittaista tyhjiötä - vetää autoa takaa. "

Vedä ei kuitenkaan voi olla ainoa huomio. Vaikka hissi on toivottava lentokoneelle, se voi olla vaarallista autoa varten. Ohjauksen ja jarrutuksen paremman hallinnan säilyttämiseksi autot on suunniteltu siten, että tuuli vaikuttaa alaspäin, kun nopeus kasvaa. Kuitenkin tämän alaspäin lisäävän voiman lisääminen lisää vetovoimaa, mikä puolestaan ​​lisää polttoaineen kulutusta ja rajoittaa nopeutta, joten nämä kaksi voimia on tasapainotettava.

Monien kilpa-autojen luokat käyttävät liikkuvia siipi-kaltaisia ​​lentopohjia säätääkseen lentokoneen alaspäin suuntautuvaa voimaa. Kilpa-autoa asennettaessa on myös otettava huomioon muiden autojen aiheuttama turbulenssi radalla. Tämä edellyttää, että lentopallot asetetaan autoon tuottamaan suurempaa alaspäin suuntautuvaa voimaa kisan aikana kuin on tarpeen, kun auto on radalla itsessään. Siksi kierrosaikat pätevyyden aikana ovat yleensä paljon nopeampia kuin kilpailun aikana.

Monet samassa aerodynamiikassa käytetyissä kilpailuissa koskevat myös säännöllisiä autoja ja kuorma-autoja. Autotekniikan insinöörit käyttävät tietokoneiden simulaatioita ja tuulitunnelikokeita pienoismalleilla ja todellisilla ajoneuvoilla autojen aerodynamiikan hienosäätöä varten siten, että ne tuottavat optimaalisen alaspäin suuntautuvan voiman etu- ja takapyörille mahdollisimman vähäisellä vedolla.

Lisäresurssit

  • Katso gallerian eräistä todella viileistä virtaviivainen autoista Curbside Classicin kuvitetussa autoteollisuuden aerodynamiikan historiassa.
  • Smithsonian National Air and Space -museon verkkosivustolla on toimintaa ja multimediahankkeita "Miten asiat lentävät".
  • Mittaa auton vetokerroin Instructables-verkkosivustossa.


Video Täydentää: Maantiepyörän ajoasennon säätö.




FI.WordsSideKick.com
Kaikki Oikeudet Pidätetään!
Jäljentämistä Materiaalien Sallittu Vain Prostanovkoy Aktiivinen Linkki Sivustoon FI.WordsSideKick.com

© 2005–2019 FI.WordsSideKick.com