aerodynamika
Aerodynamika (ze starověké řecké ἀήρ aer , air a δύναµις dynamis , síla ) je součástí dynamiky tekutin (dynamika tekutin) a popisuje chování těles ve vzduchu nebo stlačitelných plynech ; ten se také označuje jako dynamika plynu . Druhá podoblast dynamiky tekutin, hydrodynamika , se naopak zabývá kapalinami .
Aerodynamika popisuje síly, jako je dynamické výtahu , které umožňují letadla , například , aby létat nebo plachetnic na plachtě přes vodu pomocí větru . S aerodynamikou se musí vypořádat mnoho dalších technologických oblastí, například stavebnictví nebo konstrukce vozidel .
Speciality
Aerodynamika je dílčím polem mechaniky tekutin (včetně Fluid Dynamics) a obsahuje několik oblastí zvláštního zájmu, které se specializují na různé oblasti:
- Teorie křídla: pohyby křídla v hustém plynu
- Vesmírná aerodynamika: Tato oblast se zabývá aerodynamikou během letu a opětovného vstupu kosmických lodí
- Nadzvuková aerodynamika: rakety, které se pohybují rychleji než zvuk (Mach 1 až Mach 3)
- Hypersonická aerodynamika: rakety, které se pohybují velmi vysokou rychlostí v hustých plynech (Mach 3+)
- Teorie hraniční vrstvy : Uvažuje se těsně přiléhající vrstva v blízké oblasti kolem těla
- Aerodynamika turbín a větrných turbín
- Fyzika plavby : Při konstrukci plachetnice je třeba vzít v úvahu podmínky proudění kolem plachty a hydrodynamiku trupu.
Teoretické modely
Nejkomplexnějším modelem jsou Navier-Stokesovy rovnice . Jedná se o systém nelineárních parciálních diferenciálních rovnic 2. řádu, které zcela popisují newtonovskou tekutinu . Zahrnuty jsou zejména také turbulence a hydrodynamická mezní vrstva .
Jednodušším modelem jsou Eulerovy rovnice , které nemapují mezní vrstvu z důvodu zanedbaného tření a také neobsahují žádnou turbulenci, což znamená, že například pomocí tohoto modelu nelze simulovat stání . K tomu jsou vhodné mnohem hrubší mřížky, aby se rovnice smysluplně vyřešily. Naproti tomu Eulerovy rovnice jsou velmi vhodné pro ty části toku, ve kterých hraniční vrstva nehraje zásadní roli.
A konečně, potenciální rovnice jsou zvláště užitečné, když mají být provedeny hrubé předpovědi. U nich je entropie považována za konstantní, což znamená, že nemohou nastat žádné silné rázové vlny, protože entropie je na nich dokonce nespojitá.
použití
V dnešní době probíhá aerodynamický design letadel a vozidel převážně na počítači. Velký význam má numerická simulace toku (CFD), ve které lze pomocí počítačem podporovaných procesů s odpovídajícím výpočetním úsilím dosáhnout dobrých aproximací reálných tokových procesů. Pro mnoho aplikací je kvůli složitosti jevů, které se vyskytují, nezbytná měření ve větrných tunelech, aby se ověřil návrh.
literatura
- Cameron Tropea: Aerodynamics I & II, Research Reports Fluid Mechanics and Aerodynamics , Shaker, Aachen 2004, ISBN 3-8322-3255-9
- Reinhard Kutter: Aerodynamika letadla - technická řešení a konstrukční řešení. Motorbuch, Stuttgart 1990, ISBN 3-87943-956-7
- Czesław A. Marchaj: Aerodynamika a hydrodynamika plavby. Delius Klasing , Bielefeld 1991, ISBN 3-7688-0729-0
- Theodore von Kármán : Aerodynamika - vybraná témata ve světle historického vývoje. Interavia, Ženeva 1956
- Ludwig Prandtl : Čtyři pojednání o hydrodynamice a aerodynamice. Vydal sám Aerodynamic Research Institute, Göttingen 1944.
- John D. Anderson: Historie aerodynamiky - a její dopad na létající stroje. Cambridge University Press, Cambridge 2000, ISBN 0-521-45435-2
- Rose McCallen: Aerodynamika těžkých vozidel - nákladních vozidel, autobusů a vlaků. Springer, Berlín 2004, ISBN 978-3-540-22088-6
- J. Gordon Leishman: Zásady aerodynamiky vrtulníků. Cambridge University Press , Cambridge 2000, ISBN 0-521-66060-2
- John D. Anderson: Základy aerodynamiky. McGraw-Hill, Boston 2007, ISBN 978-0-07-125408-3
- John J. Bertin, Russell M. Cummings: Aerodynamika pro inženýry. Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ 2009, ISBN 978-0-13-235521-6
- Alois P. Schaffarczyk: Úvod do aerodynamiky větrných turbín. Springer, Berlín, 2014, ISBN 978-3-642-36408-2
