Aerodinamica

Aerodinamica este ramura dinamicii fluidelor care studiază dinamica gazelor , în special a aerului , și interacțiunea acestora cu corpurile solide. Rezolvarea unei probleme aerodinamice implică în general rezolvarea ecuațiilor pentru calcularea diferitelor proprietăți ale aerului, cum ar fi viteza , presiunea , densitatea și temperatura , în funcție de spațiu și timp .

Clasificare și domenii de aplicare

În general, problemele aerodinamice sunt clasificate în funcție de mediul în care este definit fluxul.

Studiile aerodinamice externe curg în jurul corpurilor solide. Domeniile tipice de aplicare includ, de exemplu, determinarea ridicării și a tracțiunii unui profil aerian în domeniul aeronautic și în mod similar în cel auto.

Alte domenii de aplicare pot fi găsite mai general în proiectarea oricărui tip de vehicul , precum și în aplicațiile navale . Ingineria civilă se ocupă și de aerodinamică și, în special, de aeroelasticitate pentru determinarea sarcinilor eoliene pe poduri sau structuri mari.

Aerodinamica internă, pe de altă parte, studiază fluxurile în corpurile solide, cum ar fi, de exemplu, fluxurile într-un motor sau în canalele de condiționare.

Alte clasificări

Flux laminar

Curgere turbulentă

Problemele aerodinamice sunt clasificate pe baza acelorași caracteristici care pot fi văzute mai general în dinamica fluidelor și la care se face trimitere pentru o discuție detaliată

Clasificarea pe baza vitezelor de curgere este foarte importantă pentru aplicații aerodinamice tipice. În special, se spune o problemă aerodinamică:

subsonic dacă toate vitezele din câmpul de mișcare sunt mai mici decât viteza sunetului ;
transonic dacă există viteze atât mai mici, cât și mai mari decât viteza sunetului (în general, când viteza asimptotică este ușor mai mică decât această valoare);
supersonic dacă viteza asimptotică este mai mare decât viteza sunetului;
hipersonic atunci când viteza de curgere este mult mai mare decât viteza sunetului (în general se alege o valoare convențională de 5 ori mai mare decât această viteză).

Forțe aerodinamice

Forțe care acționează asupra unui avion

Una dintre cele mai importante realizări ale aerodinamicii este determinarea forțelor aerodinamice care acționează asupra unui corp. Calculul lor precis este de o importanță fundamentală în proiectarea unei aeronave , a unui velier sau a unei mașini de curse ( Formula 1 , de exemplu).

În special, trei forțe acționează asupra unei aeronave în condiții de zbor orizontal drept și uniform:

greutatea aeronavei „W” (din engleză Weight), datorită forței de greutate;
forța motoarelor „T” (de la engleza Thrust);
forța aerodinamică rezultată „R”.

Prin convenție, pentru a simplifica calculele, forța aerodinamică rezultată este descompusă într-o componentă perpendiculară pe viteza aeronavei ( viteza asimptotică ) și într-o componentă paralelă cu viteza aeronavei; respectiv:

ridicați „L” (din engleză Lift)
rezistența „D” (din engleza Drag).

(Notă: notația în limba engleză este utilizată în aeronautică)

Pentru a avea un zbor drept și uniform aceste forțe trebuie să fie în echilibru, adică trebuie să existe:

L = W
D = T

Lift

Forțe care acționează asupra unui profil aerian

Ridicarea este definită ca forța aerodinamică care acționează într-o direcție perpendiculară pe direcția vântului care lovește profilul și permite decolarea aeronavei. Este pozitiv dacă este orientat în sus.

Ridicarea este generată de diferența de presiune dintre partea de jos și partea de sus a unei aeronave. Întregul avion poate contribui la dezvoltarea liftului, dar contribuția principală se datorează aripii. ^[1] Forma deosebită a profilului aerian permite o diferență a vitezei fluidului între extrados sau spate (partea superioară a aripii) și intrados sau burta (partea inferioară a aripii). Cunoscând coeficientul de ridicare al unui profil (sau al unui corp), este posibil să se urmărească ridicarea:

L={\frac {1}{2}}\rho V^{2}S\cdot C_{L}

{\ displaystyle L = {\ frac {1} {2}} \ rho V ^ {2} S \ cdot C_ {L}}

L = {\ frac {1} {2}} \ rho V ^ {2} S \ cdot C_ {L}

unde ρ indică densitatea aerului, cu V viteza de zbor; S suprafața de referință (în cazul avioanelor aceasta este suprafața aripii ). $C_{L}$ ${\ displaystyle C_ {L}}$ $C_ {L}$ este un coeficient adimensional numit coeficient de ridicare . Acesta variază în funcție de forma geometrică a aripii, unghiul de atac, numărul Reynolds și numărul Mach . În special, pentru unghiurile de atac mai mici decât unghiul de blocare, este posibil să se exprime coeficientul de ridicare ca:

C_{L}=C_{L_{\alpha }}\alpha

{\ displaystyle C_ {L} = C_ {L _ {\ alpha}} \ alpha}

C_ {L} = C _ {{L _ {\ alpha}}} \ alpha

unde α indică incidența profilului (unghiul format de coarda profilului cu direcția vântului netulburat care îl lovește). Dincolo de unghiul de blocare, această relație liniară nu mai este valabilă și se observă o scădere bruscă a coeficientului de ridicare.

Rezistență

Tendința tipică a coeficienților C _L și C _D ai unei aripi finite

Tragerea este definită ca forța aerodinamică care acționează într-o direcție paralelă (și cu direcție opusă) față de direcția de mișcare. Practic, este format din patru termeni:

rezistență la frecare
formează rezistență
rezistență indusă (sau rezistență la vortex)
rezistența la undă

Rezistența la frecare se datorează vâscozității fluidului (vezi intrarea stratului limită ). Într-un avion reprezintă aproximativ 60% din rezistența totală

Rezistența formei se datorează formei particulare a corpului și se datorează detașării stratului limită. Corpurile sunt împărțite în aerodinamice, unde detașarea are loc cel mult în zone limitate și trezirea este minimă, și corpuri ghemuit, unde stratul limită nu rămâne atașat de corp și trezirea este foarte mare. În consecință, rezistența este mai mare și în corpurile ghemuit.

Tragerea indusă se datorează prezenței ridicării . Pe suprafața superioară a foliei aeriene presiunea este mai mică decât pe suprafața inferioară. Ecuațiile Navier-Stokes stabilesc că în astfel de condiții fluxul de aer va tinde să treacă de la intrados la extrados acolo unde acest lucru este posibil. Într-o aripă cu lungime finită, aceasta apare la vârfurile aripilor.

Rezistența la undă este prezentă numai atunci când zboară la viteze apropiate sau mai mari decât cele ale sunetului. În aceste condiții, se generează unde de șoc care cresc rezistența. Efectul acestei rezistențe începe să se manifeste și pentru Ma > 0,85, adică atunci când zboară la viteze subsonice și fluxul se accelerează local la viteze supersonice, revenind apoi subsonic printr-o undă de șoc. ^[2]

Cunoscând coeficientul de rezistență, rezistența poate fi obținută ca:

D={\frac {1}{2}}\,\rho {V^{2}}SC_{D}

{\ displaystyle D = {\ frac {1} {2}} \, \ rho {V ^ {2}} SC_ {D}}

D = {\ frac {1} {2}} \, \ rho {V ^ {2}} SC_ {D}

unde ρ este densitatea aerului, V este viteza de zbor, S este suprafața de referință (în cazul avioanelor este o suprafață aripă , în cazul mașinilor se folosește suprafața frontală a vehiculului).

C _D (denumit și C _X în domeniul auto) este un coeficient adimensional numit coeficient de tracțiune . Acesta variază în funcție de forma geometrică a aripii, unghiul de atac, numărul Reynolds și numărul Mach . ^[3]

Progresele realizate în dinamica calculului fluidelor , împreună cu performanțele din ce în ce mai ridicate ale computerelor electronice , ne permit astăzi să facem o estimare foarte precisă a diferiților coeficienți aerodinamici ( $C_{L}$ ${\ displaystyle C_ {L}}$ $C_ {L}$ , $C_{D}$ ${\ displaystyle C_ {D}}$ $CD}$ si altii). Cu toate acestea, având în vedere costul de calcul considerabil ( teoria complexității de calcul) a acestui tip de simulări, complexitatea matematică a problemelor aerodinamice și cunoașterea incompletă a fenomenelor fizice care le guvernează, acești coeficienți sunt încă adesea determinați empiric, prin măsurare (în tunelul vântului) sau prin teste de zbor) forțele care acționează pe avioane sau pe modele la scară mică sau naturală.

Notă

^ "Aerodinamică, aeronautică și mecanică de zbor" de Barnes W. McCormick, Ed. John Wiley și fiii, inc., 1995.
^ Carlo Casarola, Mecanici de zbor . Ed. Plus, 2004.
^ John D. Anderson, Fundamentals of Aerodynamics, ediția a V-a , McGraw-Hill Education, 2011

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikționarul conține dicționarul lemă « aerodinamică »
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre aerodinamică

linkuri externe

Aerodinamica , pe Treccani.it - Enciclopedii on-line , Institutul Enciclopediei Italiene .
( EN , FR ) Aerodinamică , pe Enciclopedia canadiană .
( EN ) Thermopedia, „Aerodinamică” , pe thermopedia.com .
Aerodinamica , în Treccani.it - Enciclopedii on-line , Institutul Enciclopediei Italiene.

Controlul autorității	Thesaurus BNCF 19849 · LCCN (EN) sh85001295 · GND (DE) 4000589-6 · BNF (FR) cb11930830m (data) · NDL (EN, JA) 00.566.027

Portalul de astronautică	Portalul aviației
Portalul de fizică	Portal de inginerie

[1] "Aerodinamică, aeronautică și mecanică de zbor" de Barnes W. McCormick, Ed. John Wiley și fiii, inc., 1995.

[2] Carlo Casarola, Mecanici de zbor . Ed. Plus, 2004.

[3] John D. Anderson, Fundamentals of Aerodynamics, ediția a V-a , McGraw-Hill Education, 2011

[1]

[2]

[3]