Wat Is Aerodynamica?

{h1}

Aerodynamica is de studie van hoe gassen omgaan met bewegende lichamen, vooral vliegtuigen en auto's.

Aerodynamica is de studie van hoe gassen omgaan met bewegende lichamen. Omdat het gas dat we het meest tegenkomen lucht is, heeft aerodynamica voornamelijk te maken met de krachten van weerstand en lift, die worden veroorzaakt door lucht die over en rond vaste lichamen passeert. Ingenieurs passen de principes van aerodynamica toe op de ontwerpen van veel verschillende dingen, waaronder gebouwen, bruggen en zelfs voetballen; echter, van primair belang is de aerodynamica van vliegtuigen en auto's.

Aerodynamica speelt een rol bij de studie van de vlucht en de wetenschap van het bouwen en besturen van een vliegtuig, dat luchtvaarttechnologie wordt genoemd. Luchtvaart ingenieurs gebruiken de grondbeginselen van aerodynamica om vliegtuigen te ontwerpen die door de atmosfeer van de aarde vliegen.

Aerodynamische weerstand

De meest significante aerodynamische kracht die van toepassing is op bijna alles dat door de lucht beweegt, is slepen. Drag is de kracht die zich verzet tegen de beweging van een vliegtuig door de lucht, volgens NASA. Slepen wordt gegenereerd in de richting waarin de lucht beweegt wanneer deze een vast voorwerp tegenkomt. In de meeste gevallen, zoals in auto's en vliegtuigen, is slepen ongewenst omdat het de macht nodig heeft om het te overwinnen. Er zijn echter enkele gevallen waarin slepen gunstig is, bijvoorbeeld met parachutes.

Om de mate van verslepen van een object te beschrijven, gebruiken we een waarde die de luchtweerstandscoëfficiënt (cd). Dit aantal is niet alleen afhankelijk van de vorm van het object, maar ook van andere factoren, zoals de snelheid en oppervlakteruwheid, de dichtheid van de lucht en of de stroming laminair (zacht) of turbulent is. Krachten die de weerstand beïnvloeden omvatten de luchtdruk tegen het oppervlak van het object, de wrijving langs de zijkanten van het object en de relatief negatieve druk of zuiging aan de achterkant van het object. Bijvoorbeeld cd voor een vlakke plaat beweegt de face-on door de lucht ongeveer 1,3, een face-on cube is ongeveer 1, een bol is ongeveer 0,5 en een traanvorm is ongeveer 0,05. De luchtweerstandscoëfficiënt voor moderne auto's is 0,25 tot 0,35 en voor vliegtuigen 0,01 tot 0,03. Berekening cd kan ingewikkeld zijn. Om deze reden wordt het meestal bepaald door computersimulaties of windtunnelexperimenten.

Aerodynamica van vliegtuigen

Om de sleepkrachten te overwinnen, moet een vliegtuig stuwkracht genereren. Dit wordt bereikt met een motoraangedreven schroef of een straalmotor. Wanneer het vliegtuig met een constante snelheid op gelijke hoogte vliegt, is de kracht van de stuwkracht net voldoende om de aerodynamische weerstand te neutraliseren.

Bewegende lucht kan ook krachten genereren in een andere richting dan de stroom. De kracht die voorkomt dat een vliegtuig valt, wordt lift genoemd. Lift wordt gegenereerd door een vliegtuigvleugel. Het pad over de gebogen bovenkant van een vleugel is langer dan het pad langs de vlakke onderkant van de vleugel. Hierdoor beweegt de lucht sneller over de bovenkant dan langs de onderkant. Met alle andere factoren gelijk, heeft snellere bewegende lucht lagere druk dan langzamere bewegende lucht, volgens het principe van Bernoulli, verklaard door Daniel Bernoulli, een van de belangrijkste pioniers op het gebied van vloeistofdynamica. Door dit verschil kan de tragere bewegende lucht met meer kracht tegen de onderkant van de vleugel aanduwen dan de sneller bewegende lucht tegen de bovenkant van de vleugel drukt. In vlakke vlucht is deze opwaartse kracht net genoeg om de neerwaartse kracht ten gevolge van de zwaartekracht tegen te gaan.

Aerodynamische krachten worden ook gebruikt om een ​​vliegtuig tijdens de vlucht te besturen. Toen de gebroeders Wright hun eerste vlucht maakten in 1903, hadden ze een manier nodig om hun vliegtuig te besturen om te klimmen, dalen, bankieren en draaien. Ze ontwikkelden wat bekend staat als drie-assige besturing voor pitch, roll en yaw. De toonhoogte (naar boven of naar beneden wijzende neus) wordt geregeld door een lift (de "flappen") aan de achterkant of achterrand van de horizontale stabilisator in het staartgedeelte. De rol (naar links of naar rechts kantelen) wordt bestuurd door rolroeren (ook kleppen) aan de achterkant van de vleugels bij de uiteinden. Gier (neus naar links of rechts) wordt bestuurd door het roer op de achterrand van de verticale stabilisator in het staartgedeelte. Deze besturingselementen maken gebruik van Newton's Derde Wet van Beweging omdat ze kracht genereren door de luchtstroom in de tegenovergestelde richting van de gewenste beweging af te buigen. Deze kracht zorgt er ook voor dat kunstvliegtuigen ondersteboven kunnen vliegen.

Een piloot mag ook flappen gebruiken aan de binnenzijde van de achterrand van de vleugel tijdens het opstijgen en landen. In de neerwaartse positie vergroten flappen zowel de lift als de weerstand om het vliegtuig langzamer te laten vliegen zonder te haperen. Sommige grotere vliegtuigen kunnen ook latten aan de voorkant of aan de voorkant van de vleugels uitstrekken om de lift bij lage snelheden te vergroten.

Wanneer de soepele luchtstroom over de vleugel van een vliegtuig wordt verstoord en dit vermindert de hoeveelheid lift, kan een blokkering optreden. Volgens het Airplane Flying Handbook van de Federal Aviation Administration: "Dit wordt veroorzaakt wanneer de vleugel de kritische aanvalshoek overschrijdt, dit kan zich voordoen bij elke vliegsnelheid, in elke houding, bij elke krachtinstelling." Meestal treden de meeste stallingen op wanneer een vliegtuig te langzaam beweegt met de neus in een te hoge opwaartse hoek. De lucht stroomt niet langer langs het bovenoppervlak, maar breekt in plaats daarvan af en vormt turbulente wervelingen boven op de vleugel. Hierdoor verliest het vliegtuig de lift en begint het te vallen, soms nogal abrupt.

Een ander ding dat in een vliegtuig kan gebeuren, is een draai.Het Airplane Flying Handbook definieert een spin als "een verergerde blokkering die resulteert in wat wordt aangeduid als" autorotatie "waarbij het vliegtuig een neerwaartse kurketrekkerbaan volgt." Dit gebeurt meestal in een langzame bocht wanneer de langzamere binnenvleugel afslaat en de buitenvleugel nog steeds een lift genereert. "Vooral op lage hoogte kan succesvol spinterugwinning in veel vliegtuigen moeilijk of zelfs onmogelijk zijn", aldus Scot Campbell, een promovendus bij Aerospace Engineering aan de universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, en Donald Talleur, assistent-hoofdvlieginstructeur aan de University of Illinois Institute of Aviation, schrijven in "The Aerodynamics of a Spin," voor de Canadian Owners and Pilots Association. Een reden hiervoor is het gevaar van een vlakke spin waarbij beide vleugels en alle bedieningsoppervlakken vastlopen en het vliegtuig valt als een esdoornzaad.

Wanneer een vloeistof sneller beweegt, heeft deze een lagere druk. Dit principe verklaart de lift gecreëerd door de vleugel van een vliegtuig.

Wanneer een vloeistof sneller beweegt, heeft deze een lagere druk. Dit principe verklaart de lift gecreëerd door de vleugel van een vliegtuig.

Krediet: NASA Quest.

Aerodynamica van auto's

Automobielen begonnen aerodynamische lichaamsvormen te gebruiken in het begin van hun geschiedenis. Naarmate motoren krachtiger werden en auto's sneller werden, realiseerden automobielingenieurs dat de windweerstand hun snelheid aanzienlijk belette. De eerste auto's die een verbeterde aërodynamica of stroomlijning toepasten, waren racewagens en auto's die probeerden het record van de landsnelheid te breken.

"Dromers, ingenieurs, racers en ondernemers werden aangetrokken door het potentieel voor de enorme voordelen aerodynamica aangeboden", schreef Paul Niedermeyer, auteur van "Automotive History: An Illustrated History of Automotive Aerodynamics," op de website Curbside Classic. "De inspanningen om dit te doen leverde een aantal van de meer opmerkelijke auto's ooit gemaakt, zelfs als ze de esthetische veronderstellingen van hun tijd uitdaagden."

Wat de aerodynamica van een raceauto betreft, zei dr. Joe David, professor in de lucht- en ruimtevaarttechniek, en bekend als "Mr. Stock Car" aan de North Carolina State University: "Het grootste deel van het vermogen dat door een racemotor wordt gegenereerd, wordt opgegeten door de hogedruklucht die de voorkant van de auto duwt en de lagedruklucht - een gedeeltelijk vacuüm - van achteren naar de auto sleept. "

Slepen kan echter niet de enige overweging zijn. Hoewel lift wenselijk is voor een vliegtuig, kan het gevaarlijk zijn voor een auto. Om een ​​betere controle over sturen en remmen te behouden, zijn auto's zo ontworpen dat de wind een neerwaartse kracht uitoefent naarmate hun snelheid toeneemt. Het vergroten van deze neerwaartse kracht verhoogt echter de weerstand, wat op zijn beurt het brandstofverbruik verhoogt en de snelheid beperkt, dus deze twee krachten moeten zorgvuldig worden uitgebalanceerd.

Veel klassen racewagens maken gebruik van beweegbare vleugelvormige schoepen om de neerwaartse kracht van de lucht op de auto aan te passen. Bij het opzetten van een raceauto moet ook rekening worden gehouden met turbulentie veroorzaakt door andere auto's op de baan. Dit vereist dat de schoepen van de auto worden ingesteld om tijdens de race een grotere neerwaartse kracht te produceren dan nodig is om in aanmerking te komen wanneer de auto alleen op de baan is. Dit is de reden waarom rondetijden tijdens de kwalificatie meestal veel sneller zijn dan tijdens de race.

Veel van dezelfde aerodynamische principes die in racen worden gebruikt, zijn ook van toepassing op reguliere auto's en vrachtwagens. Automonteurs gebruiken computersimulaties en windtunnelexperimenten met schaalmodellen en actuele voertuigen om de aerodynamica van auto's te verfijnen, zodat ze de optimale hoeveelheid neerwaartse kracht genereren voor de voor- en achterwielen met zo weinig mogelijk weerstand.

Extra middelen

  • Bekijk een galerij van een aantal echt coole gestroomlijnde auto's bij Curbside Classic's Illustrated History of Automotive Aerodynamics.
  • De website van het Smithsonian National Air and Space Museum heeft activiteiten en multimediaprojecten over "How Things Fly."
  • Meet de luchtweerstandscoëfficiënt van uw auto in een experiment op de Instructables-website.


Video Supplement: Aerodynamica najagen.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com