ترومودینامیک

فقط در حد اشنایی با ایرودینامیک گفته ولی در کل مطلب خوبیه...

ایرودینامیک خودرو

معنی ایرودینامیک در اصل، چیزی به جز مطالعه رفتار هوای متحرک نیست. اگر بخواهیم از رفتار هوا به نفع خود استفاده کنیم، باید ببینیم که هوا به هنگام حرکت چگونه عمل می کند. از آزمایشات با دوچرخه یا اتومبیل بدون سقف و همچنین از تجربیات خود در مورد تأثیر هوای توفانی. می دانیم که یک تندباد دارای چه نیروی عظیمی است؛ کار یک متخصص ایرودینامیک این است که از این نیروی عظیم برای بالا نگهداشتن هواپیما استفاده کند؛ برای مثال، اگر یک هواپیما 75 تن وزن داشته باشد، بالهای آن باید طوری طراحی شوند که جریان هوا بتواند در آنها فشاری معادل 75 تن ایجاد کند.

هدف طراح بال اینست که باد نسبی فقط مقدار نیرویی را تولید کند که آن نیرو هواپیما را به سمت بالا سوق دهد. وی دیگرمایل نیست که باد نسبی نیرویی هم برای پس زدن و عقب بردن هواپیما ایجاد کند. اما طراح متأسفانه قادر نیست به آنچه می خواهد دست یابد، زیرا جریان هوا در اطراف هواپیما مقداری هم نیروی رو به عقب تولید می کند که این نیرو حرکت رو به جلوی هواپیما را محدود می سازد.

نیروی رو به عقب در بین مهندسان هوانوردی به نیروی پسار یا رانش معکوس یعنی نیرویی که هواپیما را به عقب می کشد، معروف است. شما هم اگر رو به باد رکاب بزنید یا بدوید، احساس خواهید کرد که نیرویی شما را از عقب می کشد و از پیشرویتان جلوگیری می کند. نیرویی که رو به بالا عمل کرده، وزن هواپیما را تحمل می کند نیروی برآر (بردارنده یا بالا برنده) نام دارد. پس معلوم می شود که این مهندسان عمر خود را صرف تلاش برای طراحی بال و بدنه می کنند تا بتوانند به بیشترین نیروی برآر با کمترین نیروی پسار دست یابند. یعنی به چیزی برسند که در اصطلاح فنی بهترین نسبت برآر به پسار نامیده می شود.

حال می توان مشکل آنان را به دوقسمت تقسیم کرد؛ نخست باید کاری کنند که پسار پیکر اصلی هواپیما (پسار بدنه) تا حد امکان ضعیف و اندک باشد. برای اینکار باید از ایجاد هرگونه پستی و بلندی و استفاده از سطوح زبر و ناصاف جلوگیری کنند و شکل مناسبی برای دم و دماغه هواپیما انتخاب کنند.

شکل خوب و مناسب برای پسار کمتر در هوا، کم و بیش باید نظیر شکل بدن ماهی باشد که در آب پسار چندانی تولید نمیکند. به عبارت دیگر، دماغه هواپیما باید کاملاً گرد باشد و دم آن مخروطی و کشیده. البته ممکن است فکر کنید این نوک دماغه است که باید مخروطی و تیز باشد، لیکن باید دانست که این نوع شکل بدنه برای هواپیماهایی که کندتر از سرعت صوت پرواز می کنند مناسب نیست.

از سوی دیگر، اگر مسایل را تا اینجا به دقت دنبال کرده باشید ممکن است سوال کنید که چرا باید هوای آشفته در پشت سر هواپیما از پیشروی آن جلوگیری کند. در واقع نیز هوا نمی تواند چیزی را به عقب بکشد، چون هوا مثل آب است نه مثل طناب. حتی اگر تکه ای از هوا را به جسمی گره بزنیم نمی توانیم آن جسم را بکشیم، زیرا ذرات هوا از هم باز می شود و گره نیز از بین می رود.

به احتمال قوی انتظار دارید بگوییم نیروی پساری که هوا در هواپیما یا اشیا تولید می کند از طریق فشار دادن است نه کشیدن، یعنی باید هوای جلوی هواپیما باشد که پسار به وجود می آورد نه هوای عقب آن. این نظریه درست است و ایرادی بر آن وارد نیست، ولی کل قضیه برخلاف سادگی ظاهری، از مفهوم عمیق تری برخوردار است. به عنوان مثال بد نیست کمی در مورد همین اتوبوسی که ایستاده است (شکل1) بیندیشیم:

فشار هوا در همه اطراف آن برابر و مقدارش نیز به همان اندازه فشار جوی متعارفی است که همواره ما را احاطه کرده است.

اما به محض اینکه اتوبوس راه می افتد (شکل2)، فشار هوا در جلو آن اندکی از فشار متعارف بیشتر می شود. اکنون دیگر تعادل بین فشار هوای جلو و فشار هوای پشت اتوبوس از بین رفته و فشاری اضافی در جلو اتوبوس پیدا شده که اتوبوس را به سمت عقب پس می زند و باعث ایجاد پسار می شود.

حال لازم است که فشار هوای عقب را تا جایی که مقدور است بالا نگه داریم تا تعادل از دست رفته را دوباره بدست آوریم. برای این منظور، چاره ای نیست جز اینکه عقب ماشین را مخروطی درست کنیم تا جریانات تقسیم شده هوا به نرمی به هم ملحق شوند و زیاد دچار آشفتگی نگردند.

این روش در ساختن اتومبیلهای سواری تندرو (شکل 3) و هواپیماهای سریع السیر و همچنین در طراحی بدنه کشتیها و قایق ها نیز به کار می رود. به هر حال، اینکه مقاومت هوا (نیروی پسار) در اطراف هواپیما چگونه به حداقل رسانده شود تنها یکی از مشکلات مهندسان ایرودینامیک است. مشکل دیگرشان منحصراً به بال و اندامهایی نظیر آن مربوط است و لذا کشتی و اتوبوس را در بر نمی گیرد. 

مطلب فوق برگرفته از وبلاگ هوانوردی می باشد.