एरोडायनामिक्स ज्ञान का एक क्षेत्र है जो वायु प्रवाह की गति और ठोस पिंडों पर उनके प्रभाव का अध्ययन करता है। यह हाइड्रो- और गैस गतिकी का एक उपखंड है। इस क्षेत्र में अनुसंधान प्राचीन काल से, तीरों और योजना भाले के आविष्कार के समय से है, जिसने एक लक्ष्य पर एक प्रक्षेप्य को आगे और अधिक सटीक रूप से भेजना संभव बना दिया। हालाँकि, वायुगतिकी की क्षमता पूरी तरह से हवा से भारी वाहनों के आविष्कार के साथ प्रकट हुई थी जो काफी दूरी पर उड़ने या ग्लाइडिंग करने में सक्षम थे।
प्राचीन काल से
20वीं शताब्दी में वायुगतिकी के नियमों की खोज ने विज्ञान और प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में, विशेष रूप से परिवहन क्षेत्र में एक शानदार छलांग लगाने में योगदान दिया। इसकी उपलब्धियों के आधार पर, आधुनिक विमान बनाए गए हैं, जिससे पृथ्वी के लगभग किसी भी कोने को जनता के लिए सुलभ बनाना संभव हो गया है।
आकाश को जीतने के प्रयास का पहला उल्लेख ग्रीक मिथक इकारस और डेडलस में मिलता है। पिता और पुत्र ने पक्षी जैसे पंख बनाए। यह इंगित करता है कि हजारों साल पहले लोगों ने जमीन से उतरने की संभावना के बारे में सोचा था।
एक और उछालपुनर्जागरण के दौरान विमान के निर्माण में रुचि पैदा हुई। भावुक शोधकर्ता लियोनार्डो दा विंची ने इस समस्या के लिए बहुत समय दिया। उनके नोट्स ज्ञात हैं, जो सबसे सरल हेलीकॉप्टर के संचालन के सिद्धांतों की व्याख्या करते हैं।
नया युग
विज्ञान में वैश्विक सफलता (और विशेष रूप से वैमानिकी) आइजैक न्यूटन द्वारा बनाई गई थी। आखिरकार, वायुगतिकी का आधार यांत्रिकी का एक व्यापक विज्ञान है, जिसके संस्थापक एक अंग्रेजी वैज्ञानिक थे। न्यूटन ने सबसे पहले वायु माध्यम को कणों के समूह के रूप में माना था, जो एक बाधा में भागते हुए या तो उससे चिपके रहते हैं या लोचदार रूप से परावर्तित होते हैं। 1726 में, उन्होंने जनता के सामने वायु प्रतिरोध का सिद्धांत प्रस्तुत किया।
बाद में, यह पता चला कि पर्यावरण में वास्तव में सबसे छोटे कण - अणु होते हैं। उन्होंने सीखा कि कैसे हवा की परावर्तनशीलता की गणना काफी सटीक रूप से की जाती है, और "चिपके" प्रभाव को एक अस्थिर धारणा माना जाता था।
आश्चर्यजनक रूप से, इस सिद्धांत को सदियों बाद व्यावहारिक अनुप्रयोग मिला। 60 के दशक में, अंतरिक्ष युग की शुरुआत में, सोवियत डिजाइनरों को "कुंद" गोलाकार आकार के वंश वाहनों के वायुगतिकीय ड्रैग की गणना करने की समस्या का सामना करना पड़ा, जो लैंडिंग पर हाइपरसोनिक गति विकसित करते हैं। शक्तिशाली कंप्यूटरों की कमी के कारण, इस सूचक की गणना करना मुश्किल था। अप्रत्याशित रूप से, यह पता चला कि उड़ने वाली वस्तु पर कणों के "चिपकने" के प्रभाव के संबंध में न्यूटन के सरल सूत्र का उपयोग करके ड्रैग वैल्यू और यहां तक कि ललाट भाग पर दबाव वितरण की सटीक गणना करना संभव है।
वायुगतिकी का विकास
संस्थापकहाइड्रोडायनामिकिस्ट डैनियल बर्नौली ने 1738 में असंपीड़ित प्रवाह के लिए दबाव, घनत्व और 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 भी लागू होता है। 1799 में सर जॉर्ज केली उड़ान के चार वायुगतिकीय बलों (वजन, लिफ्ट, ड्रैग और थ्रस्ट) और उनके बीच संबंधों की पहचान करने वाले पहले व्यक्ति बने।
1871 में, फ्रांसिस हर्बर्ट वेन्हम ने वायुगतिकीय बलों को सटीक रूप से मापने के लिए पहली पवन सुरंग बनाई। जीन ले रोंड डी'अलेम्बर्ट, गुस्ताव किरचॉफ, लॉर्ड रेले द्वारा विकसित अमूल्य वैज्ञानिक सिद्धांत। 1889 में, एक फ्रांसीसी वैमानिकी इंजीनियर, चार्ल्स रेनार्ड, निरंतर उड़ान के लिए आवश्यक शक्ति की वैज्ञानिक गणना करने वाले पहले व्यक्ति बने।
सिद्धांत से अभ्यास तक
19वीं शताब्दी में आविष्कारकों ने विंग को वैज्ञानिक दृष्टिकोण से देखा। और पक्षी उड़ान के तंत्र के अध्ययन के लिए धन्यवाद, क्रिया में वायुगतिकी का अध्ययन किया गया, जिसे बाद में कृत्रिम विमानों पर लागू किया गया।
ओटो लिलिएनथल ने विशेष रूप से विंग यांत्रिकी के अनुसंधान में उत्कृष्ट प्रदर्शन किया। जर्मन विमान डिजाइनर ने 11 प्रकार के ग्लाइडर बनाए और उनका परीक्षण किया, जिसमें एक बाइप्लेन भी शामिल है। उन्होंने हवा से भारी उपकरण पर पहली उड़ान भी बनाई। अपेक्षाकृत कम जीवन (46 वर्ष) के लिए, उन्होंने लगभग 2000 उड़ानें भरीं, लगातार डिजाइन में सुधार किया, जो एक हवाई जहाज की तुलना में हैंग ग्लाइडर की तरह अधिक था। 10 अगस्त 1896 को अगली उड़ान के दौरान उनकी मृत्यु हो गई, वे एक पायनियर बन गएवैमानिकी, और विमान दुर्घटना का पहला शिकार। वैसे, जर्मन आविष्कारक ने व्यक्तिगत रूप से विमान के वायुगतिकी के अध्ययन में अग्रणी निकोलाई येगोरोविच ज़ुकोवस्की को एक ग्लाइडर सौंप दिया।
ज़ुकोवस्की ने केवल विमान के डिजाइन के साथ प्रयोग नहीं किया। उस समय के कई उत्साही लोगों के विपरीत, उन्होंने मुख्य रूप से वैज्ञानिक दृष्टिकोण से वायु धाराओं के व्यवहार पर विचार किया। 1904 में उन्होंने मॉस्को के पास काचिनो में दुनिया के पहले वायुगतिकीय संस्थान की स्थापना की। 1918 से, उन्होंने TsAGI (सेंट्रल एरोहाइड्रोडायनामिक इंस्टीट्यूट) का नेतृत्व किया।
पहले विमान
वायुगतिकी वह विज्ञान है जिसने मनुष्य को आकाश पर विजय प्राप्त करने की अनुमति दी। इसका अध्ययन किए बिना, वायु धाराओं में स्थिर गति से चलने वाले विमान का निर्माण करना असंभव होगा। हमारे सामान्य अर्थों में पहला विमान 7 दिसंबर, 1903 को राइट बंधुओं द्वारा बनाया और उठाया गया था। हालाँकि, इस घटना से पहले सावधानीपूर्वक सैद्धांतिक कार्य किया गया था। अमेरिकियों ने अपने स्वयं के डिजाइन की एक पवन सुरंग में एयरफ्रेम के डिजाइन को डिबग करने के लिए बहुत समय समर्पित किया।
पहली उड़ानों के दौरान, फ्रेडरिक डब्ल्यू। लैंचेस्टर, मार्टिन विल्हेम कुट्टा और निकोलाई ज़ुकोवस्की ने उन सिद्धांतों को सामने रखा जो हवा की धाराओं के संचलन की व्याख्या करते हैं जो लिफ्ट बनाते हैं। कुट्टा और ज़ुकोवस्की ने विंग के द्वि-आयामी सिद्धांत को विकसित करना जारी रखा। लुडविग प्रांड्ल को सूक्ष्म वायुगतिकीय और लिफ्ट बलों के गणितीय सिद्धांत को विकसित करने के साथ-साथ सीमा परतों के साथ काम करने का श्रेय दिया जाता है।
समस्याएं और समाधान
विमान वायुगतिकी का महत्व उनकी गति बढ़ने के साथ बढ़ता गया।डिजाइनरों को ध्वनि की गति पर या उसके पास हवा को संपीड़ित करने में समस्या होने लगी। इन परिस्थितियों में प्रवाह में अंतर के कारण विमान को संभालने में समस्या हुई है, शॉक वेव्स के कारण ड्रैग में वृद्धि हुई है, और एरोएलास्टिक स्पंदन के कारण संरचनात्मक विफलता का खतरा है। ध्वनि की गति के लिए प्रवाह वेग के अनुपात को अर्न्स्ट मच के बाद मच संख्या कहा जाता था, जो सुपरसोनिक प्रवाह के गुणों की जांच करने वाले पहले लोगों में से एक थे।
विलियम जॉन मैकक्वॉर्न रैंकिन और पियरे हेनरी गौगोनियोट ने स्वतंत्र रूप से शॉक वेव से पहले और बाद में वायु प्रवाह गुणों के सिद्धांत को विकसित किया, जबकि जैकब एकरेट ने सुपरसोनिक एयरफोइल्स के लिफ्ट और ड्रैग की गणना पर प्रारंभिक कार्य किया। थियोडोर वॉन कर्मन और ह्यूग लैटिमर ड्राइडन ने मैक 1 सीमा (965-1236 किमी / घंटा) पर गति का वर्णन करने के लिए "ट्रांसोनिक" शब्द गढ़ा, जब प्रतिरोध तेजी से बढ़ रहा था। पहला साउंड बैरियर 1947 में बेल एक्स-1 विमान में तोड़ा गया था।
मुख्य विशेषताएं
वायुगतिकी के नियमों के अनुसार, किसी भी उपकरण की पृथ्वी के वायुमंडल में उड़ान सुनिश्चित करने के लिए यह जानना जरूरी है:
- एरोडायनामिक ड्रैग (X-अक्ष) किसी वस्तु पर वायु धाराओं द्वारा लगाया जाता है। इस पैरामीटर के आधार पर पावर प्लांट की शक्ति का चयन किया जाता है।
- लिफ्ट बल (Y-अक्ष), जो चढ़ाई प्रदान करता है और डिवाइस को पृथ्वी की सतह पर क्षैतिज रूप से उड़ने की अनुमति देता है।
- एक उड़ती वस्तु पर अभिनय करने वाले तीन समन्वय अक्षों के साथ वायुगतिकीय बलों के क्षण। सबसे महत्वपूर्णविमान में निर्देशित जेड-अक्ष (एमजेड) के साथ पार्श्व बल का क्षण है (सशर्त रूप से विंग लाइन के साथ)। यह अनुदैर्ध्य स्थिरता की डिग्री निर्धारित करता है (क्या उपकरण "गोता" लगाएगा या उड़ते समय अपनी नाक ऊपर उठाएगा)।
वर्गीकरण
वायुगतिकीय प्रदर्शन को गति, संपीड़ितता और चिपचिपाहट सहित वायु प्रवाह की स्थिति और गुणों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों की ठोस वस्तुओं के चारों ओर प्रवाह का अध्ययन है। उदाहरण एक विमान की लिफ्ट और कंपन का आकलन कर रहे हैं, साथ ही साथ मिसाइल की नाक के सामने बनने वाली शॉक वेव्स का आकलन कर रहे हैं।
आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं में उद्घाटन (मार्ग) के माध्यम से चलने वाले वायु प्रवाह का अध्ययन है। उदाहरण के लिए, यह जेट इंजन के माध्यम से प्रवाह के अध्ययन को कवर करता है।
वायुगतिकीय प्रदर्शन को प्रवाह गति के अनुसार भी वर्गीकृत किया जा सकता है:
- सबसोनिक ध्वनि की गति से कम गति कहलाती है।
- ट्रांसोनिक (ट्रांसोनिक) - यदि ध्वनि की गति से नीचे और ऊपर दोनों गति हो।
- सुपरसोनिक - जब प्रवाह की गति ध्वनि की गति से अधिक हो।
- हाइपरसोनिक - प्रवाह की गति ध्वनि की गति से बहुत अधिक होती है। आमतौर पर इस परिभाषा का अर्थ है गति 5. से ऊपर मच संख्या के साथ
हेलीकॉप्टर वायुगतिकी
यदि विमान की उड़ान का सिद्धांत विंग पर लगाए गए ट्रांसलेशनल गति के दौरान उठाने वाले बल पर आधारित है, तो हेलीकॉप्टर, जैसा कि था, अक्षीय ब्लोइंग मोड में ब्लेड के घूमने के कारण अपने आप लिफ्ट बनाता है (वह है, बिना अनुवाद गति के)। करने के लिए धन्यवादइस विशेषता के साथ, हेलीकॉप्टर हवा में जगह-जगह मंडराने और धुरी के चारों ओर ऊर्जावान युद्धाभ्यास करने में सक्षम है।
अन्य एप्लिकेशन
स्वाभाविक रूप से, वायुगतिकी न केवल विमान पर लागू होती है। गैस और तरल माध्यम में अंतरिक्ष में घूमने वाली सभी वस्तुओं द्वारा वायु प्रतिरोध का अनुभव किया जाता है। यह ज्ञात है कि जलीय निवासी - मछली और स्तनधारी - सुव्यवस्थित आकार के होते हैं। उनके उदाहरण पर, आप क्रिया में वायुगतिकी का पता लगा सकते हैं। जानवरों की दुनिया पर ध्यान केंद्रित करते हुए, लोग जल परिवहन को नुकीले या अश्रु के आकार का भी बनाते हैं। यह जहाजों, नावों, पनडुब्बियों पर लागू होता है।
वाहनों में वायु प्रतिरोध का महत्वपूर्ण अनुभव होता है: गति बढ़ने पर यह बढ़ जाता है। बेहतर वायुगतिकी प्राप्त करने के लिए, कारों को एक सुव्यवस्थित आकार दिया जाता है। यह स्पोर्ट्स कारों के लिए विशेष रूप से सच है।
