ኤሮዳይናሚክስ የአየር ፍሰት እንቅስቃሴን እና በጠንካራ አካላት ላይ ያላቸውን ተፅእኖ የሚያጠና የእውቀት ዘርፍ ነው። የሃይድሮ እና ጋዝ ተለዋዋጭነት ንዑስ ክፍል ነው። በዚህ አካባቢ የተደረገው ጥናት ከጥንት ጀምሮ የተከናወነው ቀስቶች በተፈጠሩበት ጊዜ እና ጦርን በማቀድ ጊዜ ነው, ይህም ዒላማው ላይ የበለጠ እና የበለጠ በትክክል ለመላክ አስችሎታል. ይሁን እንጂ የአየር መንገዱ አቅም ሙሉ በሙሉ የተገለጠው ከአየር በላይ ክብደት ያላቸው ተሽከርካሪዎች በከፍተኛ ርቀት ላይ ለመብረር ወይም ለመብረር የሚችሉ ተሽከርካሪዎችን በመፈልሰፍ ነው።
ከጥንት ጀምሮ
የኤሮዳይናሚክስ ህጎች በ20ኛው ክፍለ ዘመን መገኘት በብዙ የሳይንስ እና ቴክኖሎጂ ዘርፎች በተለይም በትራንስፖርት ዘርፍ አስደናቂ እድገት አስገኝቷል። ባገኘው ውጤት መሰረት ዘመናዊ አውሮፕላኖች ተፈጥረዋል፣ይህም የትኛውንም የፕላኔት ምድር ጥግ ለህዝብ ተደራሽ ለማድረግ አስችሏል።
ሰማይን ለማሸነፍ የተደረገ ሙከራ ለመጀመሪያ ጊዜ የተጠቀሰው በግሪኩ ኢካሩስ እና ዳዳሉስ አፈ ታሪክ ውስጥ ነው። አባትና ልጅ ወፍ የሚመስሉ ክንፎችን ሠሩ። ይህ የሚያመለክተው ከሺህ አመታት በፊት ሰዎች ከመሬት የመውረድ እድል እንዳሰቡ ነው።
ሌላ ጭማሪበህዳሴው ዘመን የአውሮፕላን ግንባታ ፍላጎት ተነሳ። የፍላጎት ተመራማሪ ሊዮናርዶ ዳ ቪንቺ ለዚህ ችግር ብዙ ጊዜ አሳልፈዋል። የእሱ ማስታወሻዎች በጣም ቀላል የሆነውን ሄሊኮፕተር የአሠራር መርሆችን የሚያብራሩ ይታወቃሉ።
አዲስ ዘመን
የሳይንስ አለም አቀፋዊ እመርታ (በተለይም በኤሮኖቲክስ) የተሰራው አይዛክ ኒውተን ነው። ደግሞም ፣ የኤሮዳይናሚክስ መሠረት አጠቃላይ የሜካኒክስ ሳይንስ ነው ፣ የእሱ መስራች የእንግሊዛዊ ሳይንቲስት ነበር። ኒውተን የአየር መንገዱን ወደ መሰናክል እየሮጡ ወደ እሱ የሚጣበቁ ወይም በመለጠጥ የሚንፀባረቁ እንደ ቅንጣቢ ስብስብ አድርጎ የመረመረ የመጀመሪያው ነው። በ 1726 የአየር መቋቋም ጽንሰ-ሀሳብን ለህዝብ አቀረበ።
በመቀጠልም አከባቢው በጣም ትንሹን ቅንጣቶችን - ሞለኪውሎችን እንደያዘ ታወቀ። የአየርን አንጸባራቂነት በትክክል እንዴት ማስላት እንደሚችሉ ተምረዋል፣ እና "መጣበቅ" ውጤቱ ሊቀጥል የማይችል ግምት ተደርጎ ይወሰድ ነበር።
የሚገርመው ይህ ቲዎሪ ከብዙ መቶ ዓመታት በኋላ ተግባራዊ ተግባራዊ ሆኖ ተገኝቷል። በ 60 ዎቹ ውስጥ ፣ በቦታ ዕድሜ መባቻ ላይ ፣ የሶቪዬት ዲዛይነሮች በማረፍ ላይ የሃይፐርሶኒክ ፍጥነቶችን የሚያዳብሩ ፣ “የደነዘዘ” ክብ ቅርጽ ያላቸውን የቁልቁለት ተሽከርካሪዎችን ኤሮዳይናሚክ መጎተት የማስላት ችግር ገጥሟቸዋል። በኃይለኛ ኮምፒውተሮች እጦት ምክንያት, ይህንን አመላካች ለማስላት ችግር ነበር. ባልተጠበቀ ሁኔታ ቅንጣቶችን "መጣበቅ" በሚበር ነገር ላይ የሚያስከትለውን ውጤት በተመለከተ የኒውተን ቀላል ፎርሙላ በመጠቀም የፊት ክፍል ላይ ያለውን የመጎተት ዋጋ እና የግፊት ስርጭትን እንኳን በትክክል ማስላት ተቻለ።
የኤሮዳይናሚክስ ልማት
መስራችየሀይድሮዳይናሚክስ ሊቅ ዳንኤል በርኑሊ በ1738 ግፊት፣ ጥግግት እና ፍጥነት የማይጨበጥ ፍሰት መካከል ያለውን መሠረታዊ ግንኙነት ዛሬ የቤርኑሊ መርህ በመባል የሚታወቀውን፣ በአየር ላይ ለሚነሱ ስሌቶችም ተግባራዊ ይሆናል። በ1799 ሰር ጆርጅ ካይሊ አራቱን የበረራ ሀይሎች (ክብደት፣ ማንሳት፣ መጎተት እና መግፋት) እና በመካከላቸው ያለውን ግንኙነት የመረመረ የመጀመሪያው ሰው ሆነ።
በ1871 ፍራንሲስ ኸርበርት ዌንሃም የኤሮዳይናሚክስ ሃይሎችን በትክክል ለመለካት የመጀመሪያውን የንፋስ ዋሻ ፈጠረ። በጄን ለ ሮንድ ዲ አልምበርት ፣ ጉስታቭ ኪርቾፍ ፣ ሎርድ ሬይሊ የተሰሩ በዋጋ ሊተመን የማይችል ሳይንሳዊ ፅንሰ-ሀሳቦች። እ.ኤ.አ. በ1889 ቻርለስ ሬናርድ ፣ ፈረንሳዊው የአየር መንገድ መሐንዲስ ፣ ለቀጣይ በረራ የሚያስፈልገውን ሃይል በሳይንሳዊ መንገድ ያሰሉት የመጀመሪያው ሰው ሆነዋል።
ከንድፈ ሀሳብ ወደ ልምምድ
በ19ኛው ክፍለ ዘመን ፈጣሪዎች ክንፉን በሳይንሳዊ እይታ ይመለከቱ ነበር። እና የአእዋፍ በረራ ዘዴን በማጥናት ምስጋና ይግባውና ኤሮዳይናሚክስ በድርጊት ላይ ጥናት ተካሂዶ ነበር, ይህም በኋላ በሰው ሰራሽ አውሮፕላኖች ላይ ተተግብሯል.
ኦቶ ሊሊየንታል በተለይ በክንፍ መካኒኮች ምርምሮች የላቀ ውጤት አስመዝግቧል። የጀርመን አውሮፕላን ዲዛይነር ባለ ሁለት አውሮፕላንን ጨምሮ 11 ዓይነት ተንሸራታቾችን ፈጠረ እና ሞከረ። የመጀመሪያውን በረራም ከአየር የበለጠ ክብደት ባለው መሳሪያ ላይ አድርጓል። በአንፃራዊነት ለአጭር ጊዜ ህይወት (46 ዓመታት) ወደ 2000 የሚጠጉ በረራዎችን አድርጓል፣ ዲዛይኑን በየጊዜው እያሻሻለ፣ ከአውሮፕላን የበለጠ እንደ ሃንግ ተንሸራታች ነበር። ነሐሴ 10, 1896 በሚቀጥለው በረራ ላይ አቅኚ ሆነኤሮኖቲክስ፣ እና የአውሮፕላን አደጋ የመጀመሪያ ተጠቂ። በነገራችን ላይ ጀርመናዊው ፈጣሪ በአውሮፕላኖች ኤሮዳይናሚክስ ጥናት ፈር ቀዳጅ ለሆነው ኒኮላይ ይጎሮቪች ዙኮቭስኪ በግላቸው አንዱን ተንሸራታች አስረከበ።
Zhukovsky በአውሮፕላን ዲዛይን ብቻ አልሞከረም። በጊዜው ከነበሩት ብዙ አድናቂዎች በተለየ የአየር ሞገዶችን ባህሪ ከሳይንሳዊ እይታ አንጻር ይመለከታል። እ.ኤ.አ. በ 1904 በሞስኮ አቅራቢያ በሚገኘው ካቺኖ ውስጥ በዓለም የመጀመሪያ የሆነውን የኤሮዳይናሚክስ ተቋም አቋቋመ ። ከ1918 ዓ.ም ጀምሮ TsAGI (ማዕከላዊ ኤሮሃይድሮዳይናሚክ ኢንስቲትዩትን) መርቷል።
የመጀመሪያዎቹ አውሮፕላኖች
ኤሮዳይናሚክስ የሰው ልጅ ሰማይን እንዲቆጣጠር የፈቀደ ሳይንስ ነው። ሳያጠኑ በአየር ሞገድ ውስጥ በተረጋጋ ሁኔታ የሚንቀሳቀሱ አውሮፕላኖችን መሥራት አይቻልም። እንደተለመደው የመጀመሪያው አውሮፕላን ታኅሣሥ 7, 1903 በራይት ወንድሞች ተሠርቶ ወደ አየር ተወሰደ። ነገር ግን, ይህ ክስተት በጥንቃቄ የንድፈ ሃሳባዊ ስራ ቀደም ብሎ ነበር. አሜሪካኖች የአየር መንገዱን ዲዛይን በራሳቸው ዲዛይን በንፋስ ዋሻ ውስጥ ለማረም ብዙ ጊዜ ወስደዋል።
በመጀመሪያዎቹ በረራዎች ፍሬድሪክ ደብሊው ላንቸስተር፣ ማርቲን ዊልሄልም ኩታ እና ኒኮላይ ዙኮቭስኪ ሊፍት የሚፈጥሩ የአየር ሞገዶችን ስርጭት የሚያብራሩ ንድፈ ሐሳቦችን አቅርበዋል። ኩታ እና ዙኮቭስኪ የክንፉ ባለ ሁለት አቅጣጫዊ ንድፈ ሃሳብ ማዳበር ቀጠሉ። ሉድቪግ ፕራንድትል የስውር የአየር ዳይናሚክ እና የማንሳት ሃይሎችን የሂሳብ ንድፈ ሃሳብ በማዳበር እንዲሁም ከድንበር ንጣፎች ጋር በመስራት ይመሰክራል።
ችግሮች እና መፍትሄዎች
የአውሮፕላኖች ኤሮዳይናሚክስ ፍጥነታቸው እየጨመረ በመምጣቱ አስፈላጊነት ጨምሯል።ዲዛይነሮች በድምፅ ፍጥነት ወይም በድምፅ ፍጥነት አየርን በመጭመቅ ችግሮች ያጋጥሟቸው ጀመር። በነዚህ ሁኔታዎች ውስጥ ያለው የፍሰት ልዩነት የአውሮፕላኖችን አያያዝ ችግር፣በድንጋጤ ማዕበል ምክንያት የሚጎተተው መጎተት እና በኤሮኤላስቲክ ፍንዳታ ምክንያት የመዋቅር ውድቀት ስጋትን አስከትሏል። የፍሰት ፍጥነት ከድምፅ ፍጥነት ጋር ያለው ሬሾ የሱፐርሶኒክ ፍሰት ባህሪያትን ከመረመሩት ከኤርነስት ማች ቀጥሎ የማች ቁጥር ተብሎ ይጠራ ነበር።
ዊሊያም ጆን ማክኮርን ራንኪን እና ፒየር ሄንሪ ጎጎኒዮት ከድንጋጤ ማዕበል በፊት እና በኋላ የአየር ፍሰት ባህሪያትን ፅንሰ-ሀሳብ ፈጠሩ፣ ያዕቆብ አከረት ደግሞ የሱፐርሶኒክ አየር ፎይልን ማንሳት እና መጎተት በማስላት ላይ የመጀመሪያውን ስራ ሰርቷል። ቴዎዶር ቮን ካርማን እና ሂዩ ላቲሜር ድራይደን በ Mach 1 ድንበር (965-1236 ኪ.ሜ. በሰአት) ፍጥነትን ለመግለጽ "ትራንስኦኒክ" የሚለውን ቃል ፈጠሩ። የመጀመሪያው የድምፅ መከላከያ በ1947 በቤል X-1 አውሮፕላን ተሰብሯል።
ቁልፍ ባህሪያት
በኤሮዳይናሚክስ ህግ መሰረት በማንኛውም መሳሪያ የምድር ከባቢ አየር ውስጥ በረራን ለማረጋገጥ የሚከተሉትን ማወቅ ጠቃሚ ነው፡
- ኤሮዳይናሚክ ድራግ (X-axis) በአየር ሞገድ በአንድ ነገር ላይ የሚፈጠር። በዚህ ግቤት ላይ በመመስረት የኃይል ማመንጫው ኃይል ተመርጧል።
- Lift Force (Y-axis)፣ ይህም መወጣጫ የሚሰጥ እና መሳሪያው በአግድም ወደ ምድር ገጽ እንዲበር ያስችለዋል።
- በበረራ ነገር ላይ የሚሰሩ በሶስት አስተባባሪ ዘንጎች ያሉት የኤሮዳይናሚክስ ሀይሎች አፍታዎች። በጣም አስፈላጊበአውሮፕላኑ ላይ (በሁኔታዊ ሁኔታ በክንፉ መስመር) የሚመራው በዜድ ዘንግ (Mz) በኩል ያለው የጎን ኃይል ቅጽበት ነው። የርዝመታዊ መረጋጋት ደረጃን (መሣሪያው በሚበርበት ጊዜ "ይጠልቅ" ወይም አፍንጫውን ወደ ላይ ያነሳ እንደሆነ) ይወስናል።
መመደብ
የኤሮዳይናሚክ አፈጻጸም በአየር ፍሰት ሁኔታዎች እና በንብረቶቹ ይከፋፈላል፣ ፍጥነትን፣ መጭመቂያ እና viscosityን ጨምሮ። ውጫዊ ኤሮዳይናሚክስ የተለያየ ቅርጽ ባላቸው ጠንካራ ነገሮች ዙሪያ ያለውን ፍሰት ማጥናት ነው። ምሳሌዎች የአንድን አውሮፕላን ማንሳት እና ንዝረት እንዲሁም ከሚሳኤል አፍንጫ ፊት ለፊት የሚፈጠሩትን የድንጋጤ ሞገዶች መገምገም ናቸው።
የውስጥ ኤሮዳይናሚክስ በጠንካራ ነገሮች ውስጥ ባሉ ክፍት ቦታዎች (መተላለፎች) ውስጥ የሚንቀሳቀስ የአየር ፍሰት ጥናት ነው። ለምሳሌ፣ በጄት ሞተር ውስጥ የሚደረጉ ፍሰቶችን ጥናት ይሸፍናል።
የኤሮዳይናሚክስ አፈጻጸም እንዲሁ እንደ ፍሰት ፍጥነት ሊመደብ ይችላል፡
- Subsonic ከድምጽ ፍጥነት ያነሰ ፍጥነት ይባላል።
- Transonic (transonic) - ሁለቱም ከድምፅ ፍጥነት በታች እና በላይ ፍጥነቶች ካሉ።
- Susonic - የፍሰት ፍጥነቱ ከድምጽ ፍጥነት ሲበልጥ።
- Hypersonic - የፍሰት ፍጥነቱ ከድምጽ ፍጥነት በጣም ይበልጣል። ብዙውን ጊዜ ይህ ትርጉም ማለት ከ5 በላይ የሆኑ የማች ቁጥሮች ፍጥነቶች ማለት ነው።
ሄሊኮፕተር ኤሮዳይናሚክስ
የአውሮፕላን በረራ መርህ በክንፉ ላይ በሚደረገው የትርጉም እንቅስቃሴ ወቅት በማንሳት ሃይል ላይ የተመሰረተ ከሆነ፣ ሄሊኮፕተሩ ልክ እንደዚያው ፣ በአክሲያል የንፋስ ሁኔታ ውስጥ ባሉ ቢላዋዎች መሽከርከር ምክንያት በራሱ መነሳትን ይፈጥራል (ያለ የትርጉም ፍጥነት) ማለት ነው። ይመስገንበዚህ ባህሪ፣ ሄሊኮፕተሩ በአየር ላይ ማንዣበብ እና በዘንጉ ዙሪያ ሀይለኛ እንቅስቃሴዎችን ማድረግ ይችላል።
ሌሎች መተግበሪያዎች
በተፈጥሮ ኤሮዳይናሚክስ ለአውሮፕላን ብቻ አይደለም የሚሰራው። የአየር መቋቋም በጋዝ እና በፈሳሽ መካከለኛ ውስጥ በጠፈር ውስጥ በሚንቀሳቀሱ ሁሉም ነገሮች ይለማመዳል. የውሃ ውስጥ ነዋሪዎች - አሳ እና አጥቢ እንስሳት - የተሳለፉ ቅርጾች እንዳላቸው ይታወቃል. በእነርሱ ምሳሌ ላይ, በድርጊት ውስጥ ያለውን ኤሮዳይናሚክስ መከታተል ይችላሉ. ሰዎች በእንስሳት ዓለም ላይ በማተኮር የውሃ ማጓጓዣን የጠቆመ ወይም የእንባ ቅርጽ ይሠራሉ። ይህ መርከቦችን፣ ጀልባዎችን፣ ሰርጓጅ መርከቦችን ይመለከታል።
ተሽከርካሪዎች ከፍተኛ የአየር መከላከያ ያጋጥማቸዋል፡ ፍጥነት ሲጨምር ይጨምራል። የተሻለ ኤሮዳይናሚክስ ለማግኘት መኪኖች የተስተካከለ ቅርጽ ይሰጣቸዋል። ይህ በተለይ ለስፖርት መኪናዎች እውነት ነው።
