Αεροδυναμική

Η Αεροδυναμική είναι ιδιαίτερος κλάδος της Μηχανικής των ρευστών, και ειδικότερα της Δυναμικής.

Ο επιστημονικός κλάδος αυτός έχει ως αντικείμενο έρευνας και μελέτης τους νόμους που διέπουν τη ροή του αέρα ή άλλων αερίων γύρω από διάφορα σώματα που έχουν ειδική μορφή με περιορισμένη τη μία από τις τρεις διαστάσεις τους κατά κατεύθυνση κίνησης, καθώς και τη κίνηση αυτών μέσα στον αέρα. Σκοπός αυτής της μελέτης είναι ή έρευνα των δυνάμεων που ασκούνται έτσι ώστε να είναι αφενός προβλέψιμη η κίνησή τους αφετέρου η καλύτερη σχεδίαση και βελτιστοποίηση των μεγεθών τους προς τον επιδιωκόμενο σκοπό. Η δε βελτιστοποίηση αυτή μπορεί να σχετίζεται είτε με την επίτευξη μείωσης της αντίστασης στη κίνηση του σώματος, είτε με την επίτευξη μέγιστης άντωσης με ελάχιστη οπισθέλκουσα δύναμη.

Η Αεροδυναμική μέχρι πριν δύο δεκαετίες ήταν πειραματική επιστήμη και βασιζόταν ιδιαίτερα στις αεροδυναμικές σήραγγες. Μετά όμως την ανάπτυξη των ηλεκτρονικών υπολογιστών αναπτύχθηκε έντονα και η υπολογιστική αεροδυναμική με συνέπεια πείραμα και θεωρία να συμβάλουν πλέον στη πλήρη μελέτη της, έτσι ώστε η "υπολογιστική" να συμπληρώνει με αποτελεσματικότητα την "πειραματική αεροδυναμική".

Ιστορικά στοιχεία

Οι πρώτες καταγραφές των θεμελιωδών αρχών της αεροδυναμικής χρονολογούνται στα έργα του Αριστοτέλη και του Αρχιμήδη τον 2ο και τον 3ο αιώνα π.Χ., αλλά οι προσπάθειες για την ανάπτυξη μιας ποσοτικής θεωρίας σχετικά με την ροή του αέρα δεν πραγματοποιήθηκαν πριν από τον 18ο αιώνα. Το 1726, ο Ισαάκ Νεύτων έγινε ένας από τους πρώτους αεροδυναμιστές των σύγχρονων χρόνων όταν ανέπτυξε την θεωρία της αντίστασης του αέρα, η οποία στη συνέχεια επαληθεύθηκε για χαμηλές ταχύτητες ροής. Πειράματα σχετικά με την αντίσταση του αέρα έγιναν από ερευνητές κατά τον 18ο και 19ο αιώνα, με την βοήθεια της πρώτης αεροδυναμικής σήραγγας το 1871. Ο Ντάνιελ Μπερνούλι, στην επιστημονική του δημοσίευση Hydrodynamica το 1738, περιέγραψε την θεμελιώδη σχεση μεταξύ πίεσης, ταχύτητας, και πυκνότητας, που πλέον ορίζεται ως Νόμος του Μπερνούλι, ο οποίος αποτελεί μια μέθοδο υπολογισμού της άνωσης.

Η πρόοδος στην αεροδυναμική κατά τον 19ο αιώνα οδήγησε στην επίτευξη της βαρύτερης από τον αέρα πτήσης. Ο Τζορτζ Κέιλι ανέπτυξε την θεωρία του σύγχρονου αεροσκάφους σταθερών πτερύγων το 1799, προσδιορίζοντας τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της πτήσης - άνωση, ώθηση, αντίσταση και βαρύτητα. Η ανάπτυξη των ευλόγων προβλέψεων της ώθησης που χρειαζόταν για την τροφοδότηση της πτήσης σε συνδυασμό με την εξέλιξη των αεροτομών υψηλής άνωσης και χαμηλής αντίστασης έθεσαν τις βάσεις για την πρώτη μηχανοκίνητη πτήση. Στις 17 Δεκεμβρίου 1903 οι Ουίλμπουρ και Όρβιλ Ράιτ πραγματοποίησαν την πρώτη επιτυχημένη μηχανοκίνητη πτήση. Η πτήση αυτή, και η δημοσιότητα που έλαβε, οδήγησαν στην οργανωμένη συνεργασία μεταξύ των αεροπόρων και των αεροδυναμιστών, δείχνοντας τον δρόμο προς την σύγχρονη αεροδυναμική.

Οι θεωρητικές εξελίξεις στην αεροδυναμική συμβαδίζαν με τις πρακτικές. Η σχέση που περιγράφεται από τον Μπερνούλι είχε ισχύ μόνο για ασυμπίεστα, μη συνεκτικά ρευστά. Το 1757, ο Λέοναρντ Όιλερ δημοσίευσε τις εξισώσεις του Όιλερ, επεκτείνοντας την αρχή του Μπερνούλι σε καθεστώς πιεσμένων ρευστών. Στις αρχές του 19ου αιώνα, η ανάπτυξη των εξισώσεων Ναβιέρ-Στόουκς επέκτειναν τη ισχύ των εξισώσεων του Όιλερ σε ιξώδη κατάσταση. Την περίοδο των πρώτων δοκιμών πτήσης, πολλοί ερευνητές ανέπτυξαν ανεξάρτητες θεωρίες σχετικά με την κυκλοφορία της ροής του αέρα κατά την άνωση. Ο Λούντβιχ Πραντλ έγινε ένας από τους πρώτος που εξερεύνησαν τις οριακές στρώσεις αυτή τη περίοδο.

Διακρίσεις

A. Κατ΄ αντικείμενο έρευνας και μελέτης η Αεροδυναμική διακρίνεται σε δύο μεγάλους κλάδους

1. την πειραματική αεροδυναμική και
2. την υπολογιστική αεροδυναμική.

Β. Κατ΄ αντικείμενο επί των ταχυτήτων που εξετάζει η Αεροδυναμική διακρίνεται σε τρεις επιμέρους κλάδους:

1. την υπηχητική αεροδυναμική,
2. την διηχητική αεροδυναμική και
3. την υπερηχητική αεροδυναμική.

Γ. Κατ΄ αντικείμενο δραστηριοτήτων και εφαρμογών η Αεροδυναμική διακρίνεται στους επιμέρους επιστημονικούς κλάδους (αλφαβητικά):

1. Αεροναυτική αεροδυναμική (αντικείμενο: αεροπλάνα, διαστημόπλοια, κατευθυνόμενα βλήματα κ.λπ)
2. Βιομηχανική αεροδυναμική, (αντικείμενο: ρύπανση ατμόσφαιρας, επίδραση ανέμου στις κατασκευές)
3. Εσωτερική αεροδυναμική (αντικείμενο: αεριοστρόβιλοι, πυραυλοκινητήρες κ.λπ)
4. Μαγνητοϋδροδυναμική, που πρόκειται για μικτό τομέα έρευνας, π.χ. ηλιακός άνεμος, μαγνητόσφαιρα, παραγωγή ρεύματος κ.λπ.
5. Μηχανολογική αεροδυναμική (αντικείμενο: οχήματα, πλοία και διάφορες μηχανές) και
6. Φυσική αεροδυναμική (αντικείμενο: μετεωρολογικά, γεωλογικά, αλλά και βιολογικά φαινόμενα ροής).

Δείτε επίσης

• Αεροδυναμικά φαινόμενα