Aerodynamika

Z Wikipédie

Aerodynamika je veda zaoberajúca sa správaním prúdenia plynov a ich interakciami s pevnými telesami.

[úprava] Aplikácia

Aerodynamika sa snaží vypočítať tieto hodnoty:

• čelný odpor
• vztlak
• dopredný ťah

Najčastejšie aplikácie sú pri lietadlách, automobiloch, ale aj v stavebnom inžinierstve, napr. aerodynamika sa musí uvažovať napr. pri dlhých mostoch nad morskými úžinami^[1] alebo pri mrakodrapoch.

[úprava] Výpočtové metódy

[úprava] Úvod

Problémy pri výpočtoch aerodynamiky sú tie, že prúdenie kvapaliny závisí nielen od makroskopického tvaru ale aj od mikroskopickej kvality povrchu telesa (lietadla), preto potrebuje aerodynamika podporu od iných vedných odborov (napr. chémia pre špeciálne povrchové nátery).

Existujú dosť presné vzorce pre výpočet týchto hodnôt, ale pre úplnú presnosť treba ešte doskúšať v aerodynamickom tunely. Preto je aerodynamika zčasti experimentálna veda, čiže niektoré výsledky sa nedajú vypočítať, dajú sa len uložiť alebo použiť ako firemné tajomstvo (expertné systémy). Kvalita počítačových simulácií sa ale neustále zväčšuje. Ale zatiaľ sa ešte stále nájdu aerodynamickí experti, ktorí dokážu odhadnúť optimálny tvar od oka.

Tiež sa vlastnosti sústavy plyn/teleso menia podľa rýchlosti, podľa toho či podzvuková, nadzvuková alebo hypersonická. Pre každú z táchto oblastí sa používajú iné aproximačné vzorce.

Najlepšie vzorce sa ale dajú odvodiť pomocou boltzmanovej štatistiky, pretože tie dokážu výborne popísať aj vznik turbulencií aj vzťah ku kvalite povrchu pevného telesa. Dajú sa ale použiť len pre počítačové simulácie

Príklad výpočtovej mriežky pre aerodynamický profil, všimnite si že hustota bola zvolená nižšia ďalej od profilu. Výpočtové body sú tam, kde sa pretínajú oné zhruba kolmé čiary (nakreslené nie sú všetky). Pre názornosť bola hustota zvolená nižšia, v počítačoch býva mriežka oveľa hustejšia.

Pri počítačoch sa okolie telesa rozdelí na sieť bodov, kde každý bod je pri 3-rozmernom modele matematicky prepojený na 6 susedných^[2]. Táto sieť môže byť teoreticky štvorcová, ale prakticky kopíruje zhruba radiálne povrch telesa. Hustota siete môže byť rovnomerná, ale tam, kde sa očakávajú hustejšie prúdnice alebo komplikovanejšie priebehy prúdenia sa robí hustejšia.

[úprava] Podzvuková aerodynamika

Podzvuková aerodynamika (subsonická) je oblasť aerodynamiky ktorá sa zaoberá prúdením plynou do rýchlosti 0 - 0,7 M - Machovo číslo. V rozsahu týchto rýchlostí sa výrazne neprejavuje stlačiteľnosť plynou a preto je možné pri meraní, výpočtoch a experimentovaní považovať plynné médium za ideálny plyn.

Pre podzvukové rýchlosti a pre laminárne prúdenie sa pre výpočet vztlaku dá v jednoduchých prípadoch použíť napr. bernoulliho rovnica:

ρ je hustota plynu v .

Možnosť vzniku turbulencií sa určuje podľa reynoldsovho čísla.

Najaerodynamickejší tvar pre podzvukové rýchlosti je kvapka, kvapkovitý profil sa na lietadlách vyskytuje na cca. 90% prierezov.

Táto oblasť aerodynamiky je najlepšie preskúmaná a presnosť simulácií je v súčasnosti vyše 99%, ale môže sa pri zlom návrhu modelu aj výrazne znížiť^[3].

[úprava] Supersonická aerodynamika

Zaoberá sa skúmaním prúdenia plynu pri nadzvukovźch rýchlostiach v rozsahu (1 mach až 4 machov).

nadzvukové telesá sa dajú spoznať podľa zašpicateného predku profilu.

[úprava] Hypersonická aerodynamika

Pre extrémne vysoké rýchlosti (4 mach a viac), kde sa už plyn jonizuje alebo dokonca môže zmeniť na plazmu. Pre vysoké teploty sa uvažuje aj termodynamika a je dôležitá spolupráca s materiálovou vedou. Bežné materiály ako dural sa totiž pri takýchto rýchlostiach roztavia. Najznámejším príkladom hypersonickej rýchlosti sú raketoplány pri vlete do atmosféry.

[úprava] Referencie

1. ↑ v minulosti sa stalo, že mosty pre pôsobenie vetra chytili vlastnú frekvenciu a sa zrútili
2. ↑ pri dvojrozmernom len na 4 susedné
3. ↑ Blog o aerodynamike

Tento článok súvisiaci s technikou je príliš krátky (tzv. "výhonok"). Môžeš pomôcť Wikipédii rozšíriť ho tak, že hore klikneš na záložku "úprava" (alebo alternatívne sem) a dopíšeš alebo zmeníš text.