Nguvu hii ya kukokota hutokea katika ndege kutokana na mbawa au sehemu ya kuinua inayoelekeza hewa upya kusababisha lifti, na katika magari yenye mbawa za hewa ambayo huelekeza hewa upya ili kusababisha kupungua kwa nguvu. Samuel Langley aligundua kuwa sahani gorofa, za uwiano wa hali ya juu zilikuwa na kuinua juu na kuvuta chini na zilianzishwa mnamo 1902. Bila uvumbuzi wa ubora wa aerodynamic wa ndege, uundaji wa ndege za kisasa haungewezekana.
Kuinua na kusonga
Jumla ya nguvu ya aerodynamic inayofanya kazi kwenye mwili kwa kawaida huzingatiwa kuwa inajumuisha vipengele viwili: kunyanyua na kuhamisha. Kwa ufafanuzi, kijenzi cha nguvu kinacholingana na mtiririko wa kihesabio huitwa uhamishaji, ilhali kipengee kinachoelekea kwenye mtiririko wa kihesabu kinaitwa lifti.
Misingi hii ya aerodynamics ni ya umuhimu mkubwa kwa uchanganuzi wa ubora wa aerodynamic wa bawa. Kuinua hutolewa kwa kubadilisha mwelekeo wa mtiririko karibu na mrengo. Badilikamwelekeo husababisha mabadiliko ya kasi (hata ikiwa hakuna mabadiliko ya kasi, kama inavyoonekana katika mwendo wa mzunguko wa sare), ambayo ni kuongeza kasi. Kwa hiyo, ili kubadilisha mwelekeo wa mtiririko, nguvu inahitajika kutumika kwa maji. Hili linaonekana kwa uwazi kwenye ndege yoyote, angalia tu uwakilishi wa mpangilio wa ubora wa aerodynamic wa An-2.
Lakini si kila kitu ni rahisi sana. Kuendelea mada ya ubora wa aerodynamic wa mrengo, ni muhimu kuzingatia kwamba kuundwa kwa kuinua hewa chini yake ni kwa shinikizo la juu kuliko shinikizo la hewa juu yake. Kwenye bawa lenye kipenyo kidogo, tofauti hii ya shinikizo husababisha hewa kutiririka kutoka kwenye mzizi wa bawa la chini hadi chini ya uso wake wa juu. Mtiririko huu wa hewa unaoruka huchanganyikana na hewa inayotiririka ili kusababisha mabadiliko ya kasi na mwelekeo unaopotosha mtiririko wa hewa na kuunda vimbunga kwenye ukingo wa nyuma wa bawa. Vipuli vilivyoundwa haviko imara, vinachanganya haraka ili kuunda vortices ya mrengo. Vipuli vinavyotokana hubadilisha kasi na mwelekeo wa mtiririko wa hewa nyuma ya ukingo unaofuata, na kuugeuza kuelekea chini na hivyo kusababisha mlio nyuma ya bawa. Kwa mtazamo huu, kwa mfano, ndege ya MS-21 ina kiwango cha juu cha uwiano wa kuinua-kuburuta.
Kidhibiti cha mtiririko wa hewa
Mishipa kwa zamu hubadilisha mtiririko wa hewa kuzunguka bawa, na hivyo kupunguza uwezo wa bawa kutoa mwinuko, kwa hivyo inahitaji angle ya juu ya kushambulia kwa lifti ile ile, ambayo huinamisha jumla ya nguvu ya aerodynamic kuelekea nyuma na kuongeza sehemu ya kukokota ya. nguvu hiyo. Mkengeuko wa angular haukubalikihuathiri kuinua. Hata hivyo, kuna ongezeko la buruta sawa na bidhaa ya kuinua na angle kutokana na ambayo inapotoka. Kwa kuwa mchepuko wenyewe ndio utendakazi wa lifti, uburutaji wa ziada unalingana na pembe ya kupanda, ambayo inaweza kuonekana wazi katika hali ya anga ya A320.
Mifano ya kihistoria
Bawa la sayari ya mstatili huunda mitetemo mingi zaidi ya kiwimbi kuliko bawa lenye umbo la mviringo au duara, ndiyo maana mabawa mengi ya kisasa yamepunguzwa ili kuboresha uwiano wa kuinua-kwa-buruta. Hata hivyo, fremu ya hewa duara ni bora zaidi kwani kiogeo kilichoshawishiwa (na hivyo basi pembe faafu ya mashambulizi) ni thabiti katika kipindi kizima cha mbawa. Kwa sababu ya shida za utengenezaji, ndege chache zina mpangilio huu, mifano maarufu zaidi ni Vita vya Kidunia vya pili vya Spitfire na Thunderbolt. Mabawa yaliyofungwa na kingo zilizonyooka na zinazofuata nyuma zinaweza kukaribia usambazaji wa kiinua cha duara. Kama kanuni ya jumla, mbawa zilizonyooka, ambazo hazijapeperushwa hutoa 5% na mbawa zilizopunguka hutokeza mvuto wa 1-2% zaidi kuliko bawa ya duaradufu. Kwa hivyo, zina ubora bora wa aerodynamic.
Uwiano
Mrengo wa uwiano wa juu utatoa mvutano mdogo kuliko mrengo wa uwiano wa chini kwa sababu kuna usumbufu mdogo wa hewa kwenye ncha ya bawa refu na jembamba. Kwa hiyo, iliyosababishwaupinzani unaweza kuwa sawia na uwiano, bila kujali jinsi inaweza kuonekana kuwa ya kitendawili. Usambazaji wa kuinua pia unaweza kubadilishwa kwa kuosha nje, kupotosha bawa kuzunguka ili kupunguza kushuka kuelekea mbawa, na kwa kubadilisha karatasi ya hewa karibu na mbawa. Hii hukuruhusu kuinua zaidi karibu na mzizi wa mrengo na kidogo kwa bawa, ambayo husababisha kupungua kwa nguvu ya mizunguko ya bawa na, ipasavyo, kuboresha ubora wa aerodynamic wa ndege.
Katika historia ya muundo wa ndege
Kwenye ndege fulani mapezi yaliwekwa kwenye ncha za mikia. Ndege za baadaye huwa na umbo tofauti wa bawa ili kupunguza ukubwa wa mawimbi na kufikia uwiano wa juu zaidi wa kuinua hadi kuvuta.
Matangi ya mafuta ya paa yanaweza pia kutoa manufaa fulani kwa kuzuia mtiririko wa hewa mchafuko kuzunguka bawa. Sasa zinatumika katika ndege nyingi. Ubora wa aerodynamic wa DC-10 ulistahiki kuchukuliwa kama mapinduzi katika suala hili. Hata hivyo, soko la kisasa la usafiri wa anga kwa muda mrefu limejazwa tena na miundo ya hali ya juu zaidi.
Mfumo wa Buruta-kuburuta: imefafanuliwa kwa maneno rahisi
Ili kuhesabu upinzani wa jumla ni muhimu kuzingatia kile kinachoitwa upinzani wa vimelea. Kwa kuwa uburuta unaosababishwa unawiana kinyume na mraba wa kasi ya anga (kwa mwinuko fulani), wakati uburutaji wa vimelea unalingana nayo moja kwa moja, mkunjo wa jumla wa buruta unaonyesha kasi ya chini zaidi. Ndege,kuruka kwa kasi kama hiyo, hufanya kazi na sifa bora za aerodynamic. Kwa mujibu wa equations hapo juu, kasi ya upinzani mdogo hutokea kwa kasi ambayo upinzani unaosababishwa ni sawa na upinzani wa vimelea. Hii ndio kasi ambayo pembe bora ya kuteleza inafikiwa kwa ndege zisizo na kazi. Ili kutokuwa na msingi, fikiria fomula kwenye mfano wa ndege:
Kuendelea kwa fomula pia ni jambo la kustaajabisha sana (pichani hapa chini). Kuruka juu zaidi, ambapo hewa ni nyembamba, kutaongeza kasi ya kuvuta kiasi kidogo zaidi, na hivyo kuruhusu usafiri wa haraka kwa kiwango sawa cha mafuta.
Ndege ikiruka kwa kasi yake ya juu inayokubalika, basi urefu ambao msongamano wa hewa utaipatia ubora bora wa aerodynamic. Mwinuko unaofaa kwa kasi ya juu zaidi na kasi bora katika mwinuko wa juu zaidi unaweza kubadilika wakati wa kukimbia.
Stamina
Kasi ili kustahimili kiwango cha juu zaidi (yaani muda angani) ni kasi ya matumizi ya chini ya mafuta na kasi ndogo kwa masafa ya juu zaidi. Matumizi ya mafuta huhesabiwa kama bidhaa ya nishati inayohitajika na matumizi maalum ya mafuta kwa kila injini (matumizi ya mafuta kwa kila kitengo cha nishati). Nguvu inayohitajika ni sawa na muda wa kukokota.
Historia
Uendelezaji wa aerodynamics ya kisasa ilianza tu katika XVIIkarne nyingi, lakini nguvu za aerodynamic zimetumiwa na wanadamu kwa maelfu ya miaka katika mashua na vinu vya upepo, na picha na hadithi za kukimbia zinaonekana katika hati zote za kihistoria na kazi za sanaa, kama vile hadithi ya kale ya Kigiriki ya Icarus na Daedalus. Dhana za kimsingi za mwendelezo, upinzani na viwango vya shinikizo huonekana katika kazi ya Aristotle na Archimedes.
Mnamo 1726, Sir Isaac Newton alikua mtu wa kwanza kukuza nadharia ya ukinzani wa hewa, na kuifanya kuwa moja ya hoja za kwanza kuhusu sifa za aerodynamic. Mtaalamu wa hesabu wa Uholanzi na Uswisi Daniel Bernoulli aliandika risala mwaka wa 1738 iitwayo Hydrodynamica ambamo alielezea uhusiano wa kimsingi kati ya shinikizo, msongamano na kasi ya mtiririko kwa mtiririko usioshikizwa, unaojulikana leo kama kanuni ya Bernoulli, ambayo hutoa njia moja ya kuhesabu kiinua cha aerodynamic. Mnamo 1757, Leonhard Euler alichapisha milinganyo ya jumla zaidi ya Euler, ambayo inaweza kutumika kwa mitiririko inayoweza kubana na isiyoweza kubana. Milinganyo ya Euler ilipanuliwa ili kujumuisha athari za mnato katika nusu ya kwanza ya miaka ya 1800, na kusababisha milinganyo ya Navier-Stokes. Utendaji wa aerodynamic/ubora wa aerodynamic wa polar uligunduliwa wakati huo huo.
Kulingana na matukio haya, na vilevile utafiti uliofanywa katika kichuguu chao cha upepo, akina Wright walirusha ndege ya kwanza mnamo Desemba 17, 1903.
Aina za aerodynamics
Matatizo ya angani huainishwa kulingana na hali ya mtiririko au sifa za mtiririko, ikiwa ni pamoja na sifa kama vile kasi, kubana na mnato. Mara nyingi hugawanywa katika aina mbili:
- Aerodynamics ya nje ni utafiti wa mtiririko kuzunguka vitu viimara vya maumbo mbalimbali. Mifano ya aerodynamics ya nje ni tathmini ya kuinua na kukokota kwenye ndege, au mawimbi ya mshtuko yanayotokea mbele ya pua ya kombora.
- Aerodynamics ya ndani ni uchunguzi wa mtiririko kupitia vifungu katika vitu ngumu. Kwa mfano, aerodynamics ya ndani hushughulikia uchunguzi wa mtiririko wa hewa kupitia injini ya ndege au kupitia bomba la kiyoyozi.
Matatizo ya angani pia yanaweza kuainishwa kulingana na kasi ya mtiririko chini au karibu na kasi ya sauti.
Tatizo linaitwa:
- subsonic, ikiwa kasi zote kwenye tatizo ni chini ya kasi ya sauti;
- transonic ikiwa kuna kasi chini na juu ya kasi ya sauti (kawaida wakati kasi ya sifa ni takriban sawa na kasi ya sauti);
- ya juu sana, wakati sifa ya kasi ya mtiririko ni kubwa kuliko kasi ya sauti;
- hypersonic, wakati kasi ya mtiririko ni kubwa zaidi kuliko kasi ya sauti.
Wataalamu wa angani hawakubaliani juu ya ufafanuzi kamili wa mtiririko wa hypersonic.
Athari ya mnato kwenye mtiririko huamuru uainishaji wa tatu. Matatizo mengine yanaweza kuwa na athari ndogo sana za mnato, katika hali ambayo mnato unaweza kuzingatiwa kuwa haufai. Ukadiriaji wa shida hizi huitwa inviscidmikondo. Mitiririko ambayo mnato hauwezi kupuuzwa huitwa mitiririko ya mnato.
Mfinyazo
Mtiririko usioshinikizwa ni mtiririko ambao msongamano haubadilika katika wakati na nafasi. Ingawa vimiminika vyote halisi vinaweza kubana, mtiririko wake mara nyingi hukadiriwa kuwa hauwezi kubana ikiwa athari ya mabadiliko ya msongamano husababisha mabadiliko madogo tu katika matokeo yaliyokokotolewa. Hii inawezekana zaidi wakati kasi ya mtiririko iko chini ya kasi ya sauti. Madhara ya kubana ni muhimu zaidi kwa kasi inayokaribia au ya juu kuliko kasi ya sauti. Nambari ya Mach inatumika kutathmini uwezekano wa kutokumbana, vinginevyo athari za kubana lazima zijumuishwe.
Kulingana na nadharia ya aerodynamics, mtiririko huo unachukuliwa kuwa wa kubana ikiwa msongamano utabadilika kando ya mkondo. Hii ina maana kwamba, tofauti na mtiririko usio na shinikizo, mabadiliko katika wiani yanazingatiwa. Kwa ujumla, hii ndio kesi wakati idadi ya Mach ya sehemu au mtiririko wote unazidi 0.3. Thamani ya Mach ya 0.3 ni badala ya kiholela, lakini hutumiwa kwa sababu mtiririko wa gesi chini ya thamani hii unaonyesha mabadiliko ya chini ya 5%. Pia, mabadiliko ya juu ya msongamano wa 5% hutokea kwenye hatua ya vilio (hatua kwenye kitu ambapo kasi ya mtiririko ni sifuri), wakati msongamano karibu na kitu kingine utakuwa chini sana. Mitiririko ya transonic, supersonic na hypersonic yote yanaweza kubanwa.
Hitimisho
Aerodynamics ni mojawapo ya sayansi muhimu zaidi duniani leo. Yeye hutupatiakujenga ndege za ubora, meli, magari na visa vya katuni. Inachukua jukumu kubwa katika maendeleo ya aina za kisasa za silaha - makombora ya ballistic, nyongeza, torpedoes na drones. Haya yote yasingewezekana kama si dhana za kisasa za ubora wa aerodynamic.
Kwa hivyo, mawazo kuhusu mada ya makala yalibadilika kutoka ndoto nzuri, lakini za kipuuzi kuhusu Icarus, hadi ndege zinazofanya kazi na zinazofanya kazi kwelikweli ambazo zilitokea mwanzoni mwa karne iliyopita. Leo hatuwezi kufikiria maisha yetu bila magari, meli na ndege, na magari haya yanaendelea kuboreshwa kwa mafanikio mapya katika aerodynamics.
Sifa za aerodynamic za vitelezi vilikuwa mafanikio ya kweli katika wakati wao. Mara ya kwanza, uvumbuzi wote katika eneo hili ulifanywa kwa njia ya abstract, wakati mwingine talaka kutoka kwa ukweli, mahesabu ya kinadharia, ambayo yalifanywa na wanahisabati wa Kifaransa na Ujerumani katika maabara zao. Baadaye, fomula zao zote zilitumiwa kwa madhumuni mengine, ya ajabu zaidi (kwa viwango vya karne ya 18), kama vile kuhesabu sura bora na kasi ya ndege ya baadaye. Katika karne ya 19, vifaa hivi vilianza kujengwa kwa kiasi kikubwa, kuanzia na gliders na airships, Wazungu hatua kwa hatua kubadili ujenzi wa ndege. Hizi za mwisho zilitumiwa kwanza kwa madhumuni ya kijeshi pekee. Aces ya Vita vya Kwanza vya Kidunia ilionyesha jinsi suala la kutawala angani ni muhimu kwa nchi yoyote, na wahandisi wa kipindi cha vita waligundua kuwa ndege kama hizo hazifai tu kwa jeshi, bali pia kwa raia.malengo. Baada ya muda, usafiri wa anga umeingia katika maisha yetu, na leo hakuna jimbo moja linaloweza kufanya bila hiyo.
