آیرودینامیک یعنی چه؟

آیرودینامیک یعنی چه؟

متن در ادامه مطلب

آیرودینامیک یعنی چه؟

: از کوشش‌های اولیه روی پرواز در زمان‌های قدیم که بیشتر بر باورهای افسانه‌ای پا گرفته‌اند تا دانش هر چند نااستوار آیرودینامیک بدون توقف می‌گذریم.  در واقع اولین تعریف‌های مفید برای آگاهی از قوانین حاکم بر حرکت جسم در شاره در سده شانزدهم به هنگام پایه‌گذاری مکانیک بیان شد.  گالیله اولین کسی است که در جریان مطالعه حرکت آونگ به مقاومت هوا پی برد. او متوجه شد که حرکت آونگ به تدریج کند می‌شود و کوشید رابطه بین سرعت و مقاومت هوا را تعین کند. آزمایش گالیله عبارت بود از دو آونگ همانند که از دو کره با وزن یکسان آویزان از نخ‌های با طول برابر تشکیل می‌شدند. یکی را به اندازه 10 درجه و دیگری را به اندازه 160 درجه از وضع قائم منحرف و سپس رها کرد. بعد از مدت معینی تعداد نوسان‌هایی که آونگ‌ها انجام داده بودند با هم برابر بود. گالیله با توجه به نسبت سرعت‌ها یک و 16 فکر کرد مقاومت هوا با سرعت متناسب است.

اما تنها نیوتن بود که قانون تناسب مقاومت هوا با مجذور سرعت مجذور ابعاد خطی جسم و چگالی هوا را بیان کرد. به علاوه این دانشمند انگلیسی اساس کار اتاق دمش را ریخت که سه قرن بعد تحقق یافت.  بعدها برای سرعت‌های بالاتر نادرستی متناسب‌بودن مقاومت هوا با مجذور سرعت به اثبات رسید. در واقع آزمایش‌های حرکت‌های پرتابی نشان داد که مقاومت هوا در مقابل پیشروی پرتابه‌ها خیلی بیش از مجذور سرعت افزایش می‌یابد.  از همان هنگام کوشش‌های مربوط به پیشبرد هیدرودینامیک و مکانیک نظری سیالات در جریان نیمه دوم قرن هجدهم و تمام قرن نوزدهم به پیشرفت‌های بزرگی نایل آمد.  نتایج کارهای دانشمندان نامور زمان عبارت بودند از:  برنولی که قضیه مهمی را بیان داشت که بر جریان شاره‌های غیرقابل تراکم حاکم است و بعداً به قضیه برنولی معروف شد.  اویلر که به مطالعه هیدرودینامیک علاقه‌مند شد و بدین طریق توانست چندین قانون بنیادی مکانیک سیالات را اثبات کند و همچنین اوست که نظریه مقاومت سیال را روی جسم در حال حرکت بر اساس فشار بیان داشت.  لاپلاس فرمول درست سرعت انتشار صوت در هوا را پیدا و ثابت کرد که سرعت صوت در هوا با جذر دمای مطلق هوا متناسب است.  در جریان قرن نوزدهم برای اولین بار «پرتابه ها» وارد توپخانه‌ها شدند و بدین سان مطالعه روی پدیده‌های فراصوتی آغاز شد. آزمون‌های تیراندازی به ویژه در فرانسه تا سرعت‌های حدود 1500 متر بر ثانیه انجام می‌گرفت. در جریان همین آزمایش‌ها بود که ماخ- فیزیکدان اتریشی- در جسمی که با سرعت فرا صوت حرکت می‌کرد موج‌های شوک را کشف کرد. روش استریوسکوپی مشاهده جریان‌های فراصوتی که ماخ آن را ابداع کرد هنوز هم مورد استفاده است.  حدود قرن اخیر اندیشه ساخت هواپیماهای دقیق‌تر مطرح شد و ماکت‌های اولیه هواپیما بیشتر مدیون مطالعه روی پرواز پرندگان است.  جورج کیلی پروفیلی طراحی کرد که شاید اولین پروفیل بال از روی آن ساخته شده باشد و شکل آن بر اساس برش عرضی ماهی قزل‌آلا طراحی شده بود. به موازات این کوشش‌های نظری نخستین دستگاه‌های آزمایش‌های آیرودینامیکی ساخته و به کار گرفته شد. در سال 1871 ونهام و‌ در سال 1891 فیلیپ در انگلیس اتاق‌های دمش را ساختند. بعداً ژوکوفسکی در روسیه و راتو و ایفل در فرانسه به همین کار پرداختند. ایفل به حق یکی از پیشگامان این راه شد. او روش‌های فنی آزمایشی را بنا نهاده است که امروزه نیز از آنها استفاده می‌شود. ایفل برای اندازه‌گیری مقاومت هوا روی صفحات تخت در سال 1910 برج معروف ایفل را ساخت.  از این زمان است که بسط نظری آیرودینامیک با ساخت هواپیما دوش‌به‌دوش هم پیش می‌رود. پیشرفت در اولی موجب تکمیل و تصحیح در دومی می‌شود. در سال 1920 پرانتل آلمانی نظریه پورتانس را بیان کرد و به شرح رفتار جریان هوا پرداخت.  در طول جنگ 1939- 1940 نشانه‌های اولیه ورود به ناحیه سرعت‌های دور و با سرعت صوت با هواپیماهای ملخی خیلی سریع مانند اسپیت فایر(سیخ آتش) در جریان خیزهای قائم به ظهور پیوست. ظهور هواپیماهای مجهز به موتورهای واکنشی (جت) این پدیده را خیلی روشن‌تر کردند و از سال 1945 برنامه‌های وسیع پژوهشی روی جریان‌های سریع نزدیک به سرعت صوت در اتاق‌های دمش ریخته شد. نتایج به دست آمده اجازه دادند که شکل و رفتار آیرودینامیکی هواپیماها را در اطراف سرعت صوت تکمیل و تصحیح کنند و به سرعت‌های فرا صوتی بزرگ دست یابند.  در طرح‌های نظامی سرعت عادی هواپیماها به 3 ماخ می‌رسد و مطالعه آیرودینامیکی هواپیماهای حمل‌ونقل بازرگانی با همین کیفیت در جریان تکامل است.  تکامل موتورهای ویژه‌ای که سرعت برخی از آنها به چند هزار کیلومتر در ساعت می‌رسد به مطالعات پیشرفته‌تری نیازمند است به همین مناسبت مسایل جدیدی را مطرح ساخته‌اند که وجود اتاق‌های دمش با تجهیزات کامل‌تر و شرایط جدید پرواز را ضروری‌تر می‌سازند.