यह ड्रैग फोर्स हवाई जहाजों में पंखों या लिफ्ट बॉडी को लिफ्ट करने के लिए हवा को पुनर्निर्देशित करने के कारण होता है, और एयरफोइल पंखों वाली कारों में जो हवा को डाउनफोर्स का कारण बनता है। सैमुअल लैंगली ने देखा कि चापलूसी, उच्च पहलू अनुपात प्लेटों में उच्च लिफ्ट और निचला ड्रैग था और इसे 1902 में पेश किया गया था। विमान की वायुगतिकीय गुणवत्ता के आविष्कार के बिना, आधुनिक विमान डिजाइन असंभव होगा।
उठाना और हिलना
पिंड पर अभिनय करने वाले कुल वायुगतिकीय बल को आमतौर पर दो घटकों से मिलकर माना जाता है: लिफ्ट और विस्थापन। परिभाषा के अनुसार, काउंटर प्रवाह के समानांतर बल घटक को विस्थापन कहा जाता है, जबकि काउंटर प्रवाह के लंबवत घटक को लिफ्ट कहा जाता है।
पंख की वायुगतिकीय गुणवत्ता के विश्लेषण के लिए वायुगतिकी की ये मूल बातें बहुत महत्वपूर्ण हैं। विंग के चारों ओर प्रवाह की दिशा बदलकर लिफ्ट का उत्पादन किया जाता है। बदलनादिशा के परिणामस्वरूप गति में परिवर्तन होता है (भले ही गति में कोई परिवर्तन न हो, जैसा कि एकसमान वृत्तीय गति में देखा जाता है), जो कि त्वरण है। इसलिए, प्रवाह की दिशा बदलने के लिए, द्रव पर एक बल लगाने की आवश्यकता होती है। यह किसी भी विमान पर स्पष्ट रूप से दिखाई देता है, बस An-2 की वायुगतिकीय गुणवत्ता के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व को देखें।
लेकिन सब कुछ इतना आसान नहीं होता। एक पंख की वायुगतिकीय गुणवत्ता के विषय को जारी रखते हुए, यह ध्यान देने योग्य है कि इसके नीचे वायु लिफ्ट का निर्माण इसके ऊपर वायु दाब की तुलना में अधिक दबाव पर होता है। एक परिमित स्पैन विंग पर, यह दबाव अंतर हवा को निचली सतह के पंख की जड़ से इसकी ऊपरी सतह के आधार तक प्रवाहित करता है। यह उड़ने वाली हवा का प्रवाह बहने वाली हवा के साथ मिलकर गति और दिशा में बदलाव का कारण बनता है जो वायु प्रवाह को मोड़ देता है और पंख के अनुगामी किनारे के साथ भंवर बनाता है। बनाए गए भंवर अस्थिर हैं, वे जल्दी से विंग भंवर बनाने के लिए गठबंधन करते हैं। परिणामी भंवर अनुगामी किनारे के पीछे वायु प्रवाह की गति और दिशा को बदलते हैं, इसे नीचे की ओर झुकाते हैं और इस तरह पंख के पीछे एक प्रालंब पैदा करते हैं। इस दृष्टिकोण से, उदाहरण के लिए, MS-21 विमान में उच्च स्तर का लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात है।
वायु प्रवाह नियंत्रण
भंवर बदले में विंग के चारों ओर वायु प्रवाह को बदलते हैं, जिससे विंग की लिफ्ट उत्पन्न करने की क्षमता कम हो जाती है, इसलिए इसे उसी लिफ्ट के लिए हमले के उच्च कोण की आवश्यकता होती है, जो कुल वायुगतिकीय बल को पीछे की ओर झुकाता है और ड्रैग घटक को बढ़ाता है वह बल। कोणीय विचलन नगण्य हैलिफ्ट को प्रभावित करता है। हालांकि, लिफ्ट के गुणनफल और उस कोण के बराबर ड्रैग में वृद्धि होती है जिसके कारण वह विचलित होता है। चूंकि विक्षेपण स्वयं लिफ्ट का एक कार्य है, अतिरिक्त ड्रैग चढ़ाई के कोण के समानुपाती होता है, जिसे A320 के वायुगतिकी में स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है।
ऐतिहासिक उदाहरण
एक आयताकार ग्रहीय पंख शंक्वाकार या अण्डाकार पंख की तुलना में अधिक भंवर कंपन पैदा करता है, यही कारण है कि लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात में सुधार के लिए कई आधुनिक पंखों को पतला किया जाता है। हालांकि, अण्डाकार एयरफ्रेम अधिक कुशल है क्योंकि प्रेरित वॉश (और इसलिए हमले का प्रभावी कोण) पंखों की पूरी अवधि में स्थिर रहता है। विनिर्माण जटिलताओं के कारण, कुछ विमानों में यह योजना है, द्वितीय विश्व युद्ध के स्पिटफायर और थंडरबोल्ट के सबसे प्रसिद्ध उदाहरण हैं। सीधे अग्रणी और अनुगामी किनारों के साथ पतला पंख एक अण्डाकार लिफ्ट वितरण तक पहुंच सकते हैं। एक सामान्य नियम के रूप में, सीधे, बिना टेप वाले पंख 5% उत्पन्न करते हैं और पतला पंख अंडाकार पंख की तुलना में 1-2% अधिक प्रेरित ड्रैग उत्पन्न करते हैं। इसलिए, उनके पास बेहतर वायुगतिकीय गुणवत्ता है।
आनुपातिकता
एक उच्च पक्षानुपात विंग निम्न पक्षानुपात विंग की तुलना में कम प्रेरित ड्रैग उत्पन्न करेगा क्योंकि लंबे, पतले विंग की नोक पर कम वायु अशांति होती है। इसलिए, प्रेरितप्रतिरोध आनुपातिकता के व्युत्क्रमानुपाती हो सकता है, चाहे वह कितना भी विरोधाभासी क्यों न लगे। लिफ्ट वितरण को धोकर, पंखों की ओर गिरने को कम करने के लिए पंख को घुमाकर, और पंखों के पास एयरफ़ॉइल को बदलकर भी बदला जा सकता है। यह आपको विंग रूट के करीब और विंग के लिए कम लिफ्ट प्राप्त करने की अनुमति देता है, जिससे विंग वोर्टिस की ताकत में कमी आती है और तदनुसार, विमान की वायुगतिकीय गुणवत्ता में सुधार होता है।
विमान डिजाइन के इतिहास में
कुछ शुरुआती विमानों में पूंछ की नोक पर पंख लगे होते थे। बाद में वायुयानों के पंखों का आकार भिन्न होता है, जो भंवरों की तीव्रता को कम करता है और अधिकतम लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात प्राप्त करता है।
रूफटॉप इंपेलर ईंधन टैंक भी विंग के चारों ओर अराजक वायु प्रवाह को रोककर कुछ लाभ प्रदान कर सकते हैं। अब इनका उपयोग कई विमानों में किया जाता है। इस संबंध में DC-10 की वायुगतिकीय गुणवत्ता को क्रांतिकारी रूप से योग्य माना गया। हालांकि, आधुनिक विमानन बाजार लंबे समय से अधिक उन्नत मॉडलों के साथ भर गया है।
ड्रैग-टू-ड्रैग फॉर्मूला: सरल शब्दों में समझाया गया
कुल प्रतिरोध की गणना करने के लिए तथाकथित परजीवी प्रतिरोध को ध्यान में रखना आवश्यक है। चूंकि प्रेरित ड्रैग एयरस्पीड के वर्ग (किसी दिए गए लिफ्ट पर) के व्युत्क्रमानुपाती होता है, जबकि परजीवी ड्रैग इसके सीधे आनुपातिक होता है, समग्र ड्रैग कर्व न्यूनतम गति दिखाता है। विमान,इतनी गति से उड़ना, इष्टतम वायुगतिकीय गुणों के साथ संचालित होता है। उपरोक्त समीकरणों के अनुसार, न्यूनतम प्रतिरोध की गति उस गति से होती है जिस पर प्रेरित प्रतिरोध परजीवी प्रतिरोध के बराबर होता है। यह वह गति है जिस पर निष्क्रिय वायुयान के लिए इष्टतम स्लिप एंगल प्राप्त किया जाता है। निराधार न होने के लिए, विमान के उदाहरण पर सूत्र पर विचार करें:
सूत्र की निरंतरता भी काफी उत्सुक है (नीचे चित्रित)। उच्च उड़ान, जहां हवा पतली है, उस गति को बढ़ाएगी जिस पर न्यूनतम ड्रैग होता है, और इस प्रकार यह समान मात्रा में तेज यात्रा की अनुमति देता है ईंधन।
यदि कोई विमान अपनी अधिकतम अनुमेय गति से उड़ान भरता है, तो जिस ऊंचाई पर वायु घनत्व उसे सर्वोत्तम वायुगतिकीय गुणवत्ता प्रदान करेगा। अधिकतम गति पर इष्टतम ऊंचाई और अधिकतम ऊंचाई पर इष्टतम गति उड़ान के दौरान बदल सकती है।
सहनशक्ति
अधिकतम सहनशक्ति के लिए गति (अर्थात हवा में समय) न्यूनतम ईंधन खपत की गति और अधिकतम सीमा के लिए कम गति है। ईंधन की खपत की गणना आवश्यक शक्ति और प्रति इंजन विशिष्ट ईंधन खपत (बिजली की प्रति यूनिट ईंधन की खपत) के उत्पाद के रूप में की जाती है। आवश्यक शक्ति ड्रैग टाइम के बराबर है।
इतिहास
आधुनिक वायुगतिकी का विकास XVII में ही शुरू हुआ थासदियों से, लेकिन वायुगतिकीय बलों का उपयोग मनुष्यों द्वारा हजारों वर्षों से सेलबोट्स और पवन चक्कियों में किया जाता रहा है, और उड़ान की छवियां और कहानियां सभी ऐतिहासिक दस्तावेजों और कला के कार्यों में दिखाई देती हैं, जैसे कि इकारस और डेडलस की प्राचीन यूनानी कथा। सातत्य, प्रतिरोध और दबाव प्रवणता की मूलभूत अवधारणाएँ अरस्तू और आर्किमिडीज़ के कार्यों में दिखाई देती हैं।
1726 में, सर आइजैक न्यूटन वायु प्रतिरोध के सिद्धांत को विकसित करने वाले पहले व्यक्ति बने, जिससे यह वायुगतिकीय गुणों के बारे में पहले तर्कों में से एक बन गया। डच-स्विस गणितज्ञ डैनियल बर्नौली ने 1738 में हाइड्रोडायनामिका नामक एक ग्रंथ लिखा जिसमें उन्होंने दबाव, घनत्व और असंपीड़ित प्रवाह के लिए प्रवाह वेग के बीच मूलभूत संबंध का वर्णन किया, जिसे आज बर्नौली के सिद्धांत के रूप में जाना जाता है, जो वायुगतिकीय लिफ्ट की गणना के लिए एक विधि प्रदान करता है। 1757 में, लियोनहार्ड यूलर ने अधिक सामान्य यूलर समीकरण प्रकाशित किए, जिसे संपीड़ित और असंपीड़ित दोनों प्रवाहों पर लागू किया जा सकता है। 1800 के दशक के पूर्वार्द्ध में चिपचिपाहट के प्रभावों को शामिल करने के लिए यूलर समीकरणों का विस्तार किया गया, जिससे नेवियर-स्टोक्स समीकरणों को जन्म दिया गया। ध्रुवीय के वायुगतिकीय प्रदर्शन/वायुगतिकीय गुणवत्ता की खोज लगभग उसी समय की गई थी।
इन घटनाओं के आधार पर, साथ ही साथ अपनी स्वयं की पवन सुरंग में किए गए शोध के आधार पर, राइट बंधुओं ने 17 दिसंबर, 1903 को पहला विमान उड़ाया।
वायुगतिकी के प्रकार
वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह की स्थिति या प्रवाह गुणों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें वेग, संपीड़ितता और चिपचिपाहट जैसी विशेषताएं शामिल हैं। वे अक्सर दो प्रकारों में विभाजित होते हैं:
- बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों की ठोस वस्तुओं के चारों ओर प्रवाह का अध्ययन है। बाहरी वायुगतिकी के उदाहरण एक विमान पर लिफ्ट और ड्रैग का आकलन, या मिसाइल की नाक के सामने बनने वाली शॉक वेव्स हैं।
- आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं में प्रवाह के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है। उदाहरण के लिए, आंतरिक वायुगतिकी में जेट इंजन या एयर कंडीशनिंग चिमनी के माध्यम से वायु प्रवाह का अध्ययन शामिल है।
वायुगतिकीय समस्याओं को ध्वनि की गति से नीचे या निकट प्रवाह गति के अनुसार भी वर्गीकृत किया जा सकता है।
समस्या कहलाती है:
- सबसोनिक, यदि समस्या में सभी वेग ध्वनि की गति से कम हैं;
- ट्रांसोनिक यदि ध्वनि की गति के नीचे और ऊपर दोनों गति हैं (आमतौर पर जब विशेषता गति ध्वनि की गति के लगभग बराबर होती है);
- सुपरसोनिक, जब विशेषता प्रवाह वेग ध्वनि की गति से अधिक हो;
- हाइपरसोनिक, जब प्रवाह वेग ध्वनि की गति से बहुत अधिक होता है।
एयरोडायनामिक्स हाइपरसोनिक फ्लो की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं।
प्रवाह पर चिपचिपाहट का प्रभाव तीसरे वर्गीकरण को निर्धारित करता है। कुछ समस्याओं में केवल बहुत ही कम चिपचिपा प्रभाव हो सकता है, इस मामले में चिपचिपापन नगण्य माना जा सकता है। इन समस्याओं के सन्निकटन को कहा जाता है inviscidधाराएं। वे प्रवाह जिनके लिए श्यानता की उपेक्षा नहीं की जा सकती श्यानता प्रवाह कहलाते हैं।
संपीड़न
असंपीड़ित प्रवाह वह प्रवाह है जिसमें समय और स्थान दोनों में घनत्व स्थिर रहता है। हालांकि सभी वास्तविक तरल पदार्थ संपीड़ित होते हैं, प्रवाह को अक्सर असंपीड्य के रूप में अनुमानित किया जाता है यदि घनत्व में परिवर्तन के प्रभाव परिकलित परिणामों में केवल छोटे परिवर्तन होते हैं। इसकी अधिक संभावना तब होती है जब प्रवाह दर ध्वनि की गति से काफी कम हो। संपीड्यता का प्रभाव ध्वनि की गति के करीब या उससे अधिक गति पर अधिक महत्वपूर्ण होता है। मच संख्या का उपयोग असंपीड़नीयता की संभावना का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है, अन्यथा संपीड्यता प्रभावों को शामिल किया जाना चाहिए।
वायुगतिकी के सिद्धांत के अनुसार, धारा के साथ घनत्व में परिवर्तन होने पर प्रवाह को संकुचित माना जाता है। इसका मतलब यह है कि, एक असंपीड्य प्रवाह के विपरीत, घनत्व में परिवर्तन को ध्यान में रखा जाता है। सामान्य तौर पर, यह तब होता है जब मच संख्या के भाग या सभी प्रवाह 0.3 से अधिक हो जाते हैं। 0.3 का मच मान मनमाना है, लेकिन इसका उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि इस मान से नीचे का गैस प्रवाह 5% से कम घनत्व परिवर्तन प्रदर्शित करता है। साथ ही, 5% का अधिकतम घनत्व परिवर्तन ठहराव बिंदु (वस्तु पर वह बिंदु जहां प्रवाह वेग शून्य है) पर होता है, जबकि शेष वस्तु के चारों ओर घनत्व बहुत कम होगा। ट्रांसोनिक, सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक प्रवाह सभी संकुचित होते हैं।
निष्कर्ष
वायुगतिकी आज दुनिया के सबसे महत्वपूर्ण विज्ञानों में से एक है। वह हमें प्रदान करती हैगुणवत्ता वाले विमानों, जहाजों, कारों और कॉमिक शटल का निर्माण। यह आधुनिक प्रकार के हथियारों - बैलिस्टिक मिसाइल, बूस्टर, टॉरपीडो और ड्रोन के विकास में बहुत बड़ी भूमिका निभाता है। यह सब असंभव होता यदि यह वायुगतिकीय गुणवत्ता की आधुनिक उन्नत अवधारणाओं के लिए नहीं होता।
इस प्रकार, लेख के विषय के बारे में विचार इकारस के बारे में सुंदर, लेकिन भोली कल्पनाओं से बदलकर कार्यात्मक और वास्तव में काम करने वाले विमान में बदल गए जो पिछली शताब्दी की शुरुआत में उत्पन्न हुए थे। आज हम कारों, जहाजों और विमानों के बिना अपने जीवन की कल्पना नहीं कर सकते हैं, और ये वाहन वायुगतिकी में नई सफलताओं के साथ बेहतर होते जा रहे हैं।
ग्लाइडर के वायुगतिकीय गुण अपने समय में एक वास्तविक सफलता थी। सबसे पहले, इस क्षेत्र में सभी खोजों को अमूर्त के माध्यम से बनाया गया था, कभी-कभी वास्तविकता से तलाकशुदा, सैद्धांतिक गणना, जो फ्रांसीसी और जर्मन गणितज्ञों द्वारा अपनी प्रयोगशालाओं में की जाती थीं। बाद में, उनके सभी फ़ार्मुलों का उपयोग अन्य, अधिक शानदार (18 वीं शताब्दी के मानकों के अनुसार) उद्देश्यों के लिए किया गया था, जैसे कि भविष्य के विमानों के आदर्श आकार और गति की गणना करना। 19 वीं शताब्दी में, इन उपकरणों का निर्माण बड़ी मात्रा में किया जाने लगा, ग्लाइडर और हवाई जहाजों से शुरू होकर, यूरोपीय धीरे-धीरे विमान के निर्माण में बदल गए। उत्तरार्द्ध का उपयोग पहले विशेष रूप से सैन्य उद्देश्यों के लिए किया गया था। प्रथम विश्व युद्ध के इक्के ने दिखाया कि किसी भी देश के लिए हवा में प्रभुत्व का मुद्दा कितना महत्वपूर्ण है, और इंटरवार काल के इंजीनियरों ने पाया कि ऐसे विमान न केवल सेना के लिए, बल्कि नागरिकों के लिए भी प्रभावी हैं।लक्ष्य। समय के साथ, नागरिक उड्डयन ने हमारे जीवन में मजबूती से प्रवेश किया है, और आज एक भी राज्य इसके बिना नहीं रह सकता।
