آیرو دینامیک چیست ؟

آیرودینامیک یا هواپویش، شاخه‌ای از دینامیک گازها و در حالت کلی‌تر دینامیک سیّالات است که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک می‌پردازد. منظور از حل یک مسألهٔ آیرودینامیکی، محاسبهٔ میدان سرعت، فشار، و دمای هوا در اطراف یک جسم است. برای این منظور باید معادله‌های حاکم بر جریان سیّال را حل کرد. سپس به کمک حل به دست آمده می‌توان نیروها و گشتاورهای وارد بر جسم را حساب کرد.

حلقهٔ باد ایجاد شده از گذر بال هواپیما، که با دود رنگی نشان داده شده‌است

  

مسأله‌های آیرودینامیکی را می‌توان از جنبه‌های مختلف طبقه‌بندی کرد. یک طبقه‌بندی معمول بر اساس الگوی جریان هواست. اگر مسألهٔ آیرودینامیکی مربوط به جریان هوا در اطراف یک جسم باشد به آن آیرودینامیک بیرونی و اگر مربوط به جریان هوا داخل یک محیط بسته باشد به آن آیرودینامیک درونی گفته می‌شود. مثال آیرودینامیک بیرونی، جریان هوا در اطراف یک هواپیما و مثال آیرودینامیک درونی، جریان هوا داخل یک موتور جت یا تونل باد است.

روش دوم طبقه‌بندی بر اساس چگالی هواست. اگر چگالی جریان هوا در همهٔ نقاط میدان سیّال ثابت باشد و با زمان تغییر نکند، جریان تراکم‌ناپذیر و در غیر این صورت تراکم‌پذیر است.

روش سوم طبقه‌بندی مسأله‌های آیرودینامیکی بر اساس عدد ماخ جریان هوا است. اگر عدد ماخ کوچک‌تر از یک باشد جریان فروصوتی، اگر نزدیک یک باشد جریان هَماصوتی، اگر بزرگ‌تر از یک و کوچک‌تر از پنج باشد جریان زبرصوتی، و اگر بزرگ‌تر از پنج باشد جریان فوق‌صوتی خوانده می‌شود.

روش چهارم طبقه‌بندی بر اساس گرانروی هواست. اگر ضریب گرانروی ناچیز فرض شود جریان غیرلزج و در غیر این صورت لزج خوانده می‌شود.

کاربردهای آیرودینامیک

مهم‌ترین کاربرد آیرودینامیک در مهندسی هوافضا است. البته آیرودینامیک کاربردهای زیاد دیگری هم دارد. در مهندسی خودرو، از آیرودینامیک برای طراحی بدنهٔ خودرو استفاده می‌شود تا نیروی پسای خودرو کم شود. مهندسان سازه از آیرودینامیک برای تحلیل اثر هواکشسانی جریان باد بر سازه‌هایی مثل آسمان‌خراش‌ها یا پل‌هایابرج‌ها استفاده می‌کنند. طراحی پره های توربین های گازی و بادی از دیگر کاربردهای مهم آیرودینامیک در صنعت محسوب می شود. در ادامه برخی از این شاخه ها و کاربردها توضیح داده شده است

آیرودینامیک لایه مرزی

هنگامی که جسم در معرض جریان قرار می گیرد، لایه ای نازک در جریان (و چسبیده به جسم) ایجاد می شود که خصوصیاتش با نواحی دیگر جریان سیال فرق می کند. این لایه در اثر خاصیت چسبندگی سیال (لزجت - viscosity) به وجود می آید. در این ناحیه سرعت سیال از صفر تا 99 درصد سرعت جریان آزاد، تغییر می کند. لایه مرزی خودش به دو بخش ناحیه آرام (laminar) و مغشوش یا آشفته (turbulent) تقسیم میشود که هر کدام دامنه گسترده ای از تحقیقات و مطالب علمی دارند.

آیرودینامیک پره های توربین و کمپرسور (turbin blade aerodynamic)

در این شاخه از آیرودینامیک، روی جریان عبوری از پره های توربین گازی و کمپرسور تمرکز میشود و یکی از اهداف مهم تحقیقات، جلوگیری از پدیده surge و stall در پره هاست. البته فن ها هم در این دسته جا دارند... این شاخه جزو دسته آیرودینامیک داخلی محسوب میشود و نه تنها در موتور های جت، بلکه در توربین های گازی صنعتی نیز جای کار و خواهان بسیار دارد

فرض پیوستگی

هوا مانند هر مادهٔ دیگری از مولکول‌های کوچک تشکیل شده است که در حال حرکت و برخورد با هم هستند. ولی چون فاصلهٔ این مولکول‌ها در عمل خیلی کوچک است، در آیرودینامیک می‌توان هوا را یک محیط پیوسته فرض کرد. با رقیق شدن هوا و افزایش فاصلهٔ بین مولکول‌ها، دقت فرض پیوستگی کم می‌شود