“ΜΑΘΗΜΑ” ΑΕΡΟΤΟΜΗΣ

 Το παρών άρθρο αναφέρεται στις αεροτομές. Βασικές γνώσεις που χρειάστηκα στο διαγαλαξιακό ταξίδι μου από το Stewjen στο πλανήτη σας. Η ανάλυση μου έχει εφαρμογή κυρίως σε ηλιακά συστήματα με αντίστοιχη δομή, χρονική μεταβολή και σχετική κίνηση με το πλανήτη Γη!

Η αεροτομή ή πτερύγιο είναι ένα εξάρτημα μεταβαλλόμενης διατομής που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία κάποιων δυνάμεων που θα δούμε παρακάτω.  Η ανάλυση, ο σχεδιασμός και η περιγραφή των αεροτομών βασίζεται στην επιστήμη της Αεροδυναμικής, ένας κλάδος της Μηχανικής των Ρευστών. Οι αεροτομές χαρακτηρίζονται από τη ροή κάποιου αερίου γύρω από αυτή και από τις δυνάμεις που δρουν στην επιφάνεια της αεροτομής. Οι ιδιότητες της ροής του αερίου προκύπτουν από την επίλυση των διαφορικών εξισώσεων με τις κατάλληλες οριακές συνθήκες ενώ oι δυνάμεις προσδιορίζονται από τη στατική ανάλυση της αεροτομής μας.

Διάφορες αεροτομές

  • Στατική ανάλυση πτερυγίου

Η ολική δύναμη F που δέχεται το πτερύγιο  αναλύεται στη δυναμική άνωση L (Lift) και στην αντίσταση D (Drag). Η δυναμική άνωση είναι κάθετη στην επιφάνεια του πτερυγίου ενώ η αντίσταση D είναι παράλληλη στην επιφάνεια. Επομένως το L και το D είναι κάθετα μεταξύ τους.

Οι δυνάμεις δυναμικής άνωσης(L)  και αντίστασης(D)

Οι δυνάμεις αυτές προκύπτουν από τις μεταβολές στην επιφάνεια του πτερυγίου κατά τη κίνηση της ροής του αερίου. Η διαφορά πίεσης στην πάνω και στην κάτω πλευρά του πτερυγίου προκαλεί τη δυναμική άνωση. Ακόμη οι δυνάμεις τριβής, στη ρευστομηχανική, αναφέρονται ως δυνάμεις του ιξώδες και προκαλούν τη δύναμη αντίστασης. Το L χαρακτηρίζεται από το συντελεστή τριβής της άνωσης (cl), ο οποίος εξαρτάται από την κίνηση του αερίου ως προς το πτερύγιο μας. Αντίστοιχα το D εξαρτάται από το συντελεστή τριβής της αντίστασης (cd). Οι δύο συντελεστές cd  και cl επηρεάζουν σε μεγάλο βαθμό τις δυνάμεις αυτές. Η απότομη αυξομείωση των συντελεστών έχει σημαντικές συνέπειες στη στατική ανάλυση.

Ας μελετήσουμε την κίνηση ενός αεροπλάνου:

Όταν πετάει το αεροπλάνο βασικός στόχος είναι η κίνηση του  μέσα στην ατμόσφαιρα, αλλιώς θα έχουμε δραματικές συνέπειες. Όμως το αεροπλάνο είναι μια βαριά κατασκευή, άρα  η δύναμη της βαρύτητας Β  είναι αρκετά μεγάλη και  έχει φορά προς τα κάτω. Για να επιτευχθεί η κίνηση μας πρέπει να ασκείται μεγαλύτερη δύναμη από τη δύναμη του βάρους στο αεροπλάνο, με φορά αντίθετη από τη φορά της δύναμης του βάρους. Αυτή η δύναμη είναι το L, που δημιουργείται από τα πτερύγια του αεροπλάνου. Δηλαδή το αεροπλάνο παραμένει στον αέρα επειδή τα πτερύγια δημιουργούν δυνάμεις μεγαλύτερες της βαρύτητας.

Η τιμή των δυνάμεων άνωσης και αντίστασης εξαρτάται από τα cl και cd όπως είπαμε και παραπάνω. Οι δυο συντελεστές εξαρτώνται από τη γωνία προσβολής (α). Η γωνία προσβολής είναι η γωνία που σχηματίζεται από την ακμή φυγής και το κάθετο επίπεδο. Η ακμή φυγής είναι το πίσω μέρος του πτερυγίου ενώ η ακμή προσβολής το μπροστά μέρος του πτερυγίου, όπως φαίνεται και στο σχήμα. Η γωνία α λαμβάνει μικρές τιμές.

Η αυξομείωση της α γίνεται κατά την απογείωση και την προσγείωση του αεροπλάνου, όπου εκεί θέλω μεγαλύτερη δύναμη άνωσης όταν σηκώνεται το αεροπλάνο ενώ στην προσγείωση θέλω μικρότερη δύναμη άνωσης.

Συμπερασματικά, η αεροτομή ένα συμμετρικό τεμάχιο σχετικά μικρού μεγέθους, είναι ένα από τα βασικά συστατικά του ταξιδιού του ανθρώπου στον αέρα ή σε οποιοδήποτε άλλο αβαρή αέριο.

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s