Аэродинамика на службе человека. Аэродинамика на службе человечества. Аэродинамика на службе человечества
 Скачать 3.81 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РД ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ РД АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ КОЛЛЕДЖ ПРОЕКТНАЯ РАБОТА на тему: «Аэродинамика на службе человечества» Выполнил: Студент 1 курса 12 ТД-9 Абдуллаев Р.И. Проверил: Мурсалов Д.М. Махачкала 2022г.  Содержание
Введение Актуальность темы. Аэродинамика, раздел физики, изучающий движение воздуха и других газообразных жидкостей и силы, действующие на тела, проходящие через такую жидкость. Аэродинамика стремится, в частности, объяснить принципы полета самолетов и ракет. Также его используют при проектировании автомобилей, высокоскоростных поездов и кораблей, а также при строительстве мостов и высотных зданий для определения их сопротивления к силу ветра. Наблюдения за полетом птиц и снарядов вызвали у древних людей предположения о задействованных силах и способах их взаимодействия. Однако у них не было реальных знаний о физических свойствах воздуха, и они не пытались систематически изучать эти свойства. Большинство их идей отражало веру в то, что воздух обеспечивает поддерживающую или движущую силу. Эти представления в значительной степени основывались на принципах гидростатики (учения о давлении жидкостей) в их тогдашнем понимании. Так, в ранние времена считалось, что толкающая сила снаряда связана с силами, действующими на основание при замыкании потока воздуха вокруг тела. Эта концепция использование воздуха как вспомогательной среды, а не силы сопротивления сохранялось на протяжении столетий, хотя в 16 веке было признано, что энергия движения снаряда сообщается ему катапультирующим устройством. Ближе к концу 15 века Леонардо да Винчи заметил, что воздух оказывает сопротивление движению твердого тела, и объяснил это сопротивляющимися эффектами сжимаемости. Позже Галилей экспериментально установил факт сопротивления воздуха и пришел к выводу, что сопротивление пропорционально скорости проходящего через всего тела. В конце 17 века, Христиан Гюйгенс и Исаак Ньютон определил, что сопротивление воздуха движению тела пропорционально квадрату скорости. Работа Ньютона по изложению законов механики положила начало классическим теориям аэродинамики. Он рассматривал давление, действующее на наклонную пластину, как возникающее в результате удара частиц о сторону пластины, обращенную к воздушному потоку. Его формулировка дала результат, что давление, действующее на пластину, пропорционально произведению плотности воздуха, площади пластины, квадрата скорости и квадрата синуса угла наклона. Это не учитывало влияние потока на верхнюю поверхность пластины, где существует низкое давление и из которой создается основная часть подъемной силы крыла. Идея воздуха как континуума с полем давления, простирающимся на большие расстояния от плиты, должно было появиться гораздо позже. В течение 18 и 19 веков были сделаны различные открытия, которые способствовали лучшему пониманию факторов, влияющих на движение твердых тел в воздухе. Связь сопротивления с вязкими свойствами жидкости, например, была частично осознана к началу 1800-х годов, а эксперименты британского физика О.Рейнольдса в 1880-х годах прояснили значение эффектов вязкости. Современная аэродинамика возникла примерно в то время, когда братья Райт совершили свой первый полет с двигателем (1903 г.). Через несколько лет после их исторической попытки Фредерик Ланчестер английский инженер, предложил циркуляционную теорию подъемной силы крыла бесконечного размаха и вихревую теорию подъемной силы крыла конечного размаха. немецкий физик Людвиг Прандтль, которого обычно считают отцом современной аэродинамики, независимо пришел к тем же гипотезам, что и Ланчестер, и разработал математическую обработку. Работа Прандтля, уточненная и дополненная последующими исследователями, сформировала теоретическую основу этой области. Среди других, сыгравших заметную роль в развитии современной аэродинамики, был инженер венгерского происхождения Теодор фон Карман, чей вклад привел к крупным достижениям в таких областях, как теория турбулентности и сверхзвуковой полет. Цель работы: изучить аэродинамику. Задачи: - дать определение аэродинамики; - исследовать достижения в области аэродинамики; - исследовать аэродинамические сопротивления; - исследовать аэродинамическое испытание объектов. ГЛАВА 1. ИСТОРИЯ АЭРОДИНАМИКИ 1.1. Понятие аэродинамики Желание человека летать и решения, которые он для этого искал, теряются на границах истории и мифологии. Аристотель изучал, как летают птицы, и верил, что человек тоже скоро найдет способ летать. Мы уже совсем не уверены, кто сделал это первым. Небольшой деревянный предмет, найденный при раскопках пирамиды в Саккаре в 1898 году, до недавнего времени считался изображением птицы, но археолог, физик и воздухоплаватель доктор Халил Мессиха, заново открывший его и оставивший в музее в 1969 году, придерживается другого мнения. Он считает, что она подозрительно отличается от других моделей птиц, поскольку у нее нет ног, а хвост расположен вертикально — в Египте нет птиц с вертикальным хвостом, — говорит он. Помимо этого, тысячи статуй птиц в Египте имеют ноги. Часть хвоста сломана, и Dr. Халил считает, что был механизм стабилизации воздуха. Может быть это и была первая попытка создать самолет. Халил сделал экспериментальную модель из дерева, скопировав оригинал и перестроив стабилизатор в задней части хвоста, и, конечно же, модель полетела, как и ожидалось. Египтяне, считает он, всегда делали модели вещей, которые собирались строить в больших масштабах.  Рис.1. Деревянный самолет Древнего Египта Бумеранг также является впечатляющим древним летательным аппаратом. Он был найден во многих частях мира, но в Австралии аборигены использовали его больше. Он имеет свойство, если его бросить подходящим образом, стирать достаточно большой круг, летя, и иметь возможность вернуться к тому, кто его бросил. Помимо интересной игры, он нашел практическое применение в качестве оружия, которое, если он не достигал своей цели, возвращался для следующего выстрела. Его первоначальный дизайн остается неизвестным. Даже если первый бумеранг был построен случайно, его копирование и изменение размеров требует больших знаний в области аэродинамики. Одна сторона более плоская, чем другая, что напоминает крыло самолета и придает ему естественную плавучесть во время полета.  2. Бумеранг. Архит (440-360 гг. до н.э.) был математиком из Таранто, учеником Пифагора, который в числе многих других занимался полетами! Она считается последней, но и самой важной из пифагорейских. Он также стал известен как политический и военный лидер Таранто. Семь раз он был генералом Таранто, он никогда не был побежден! Друг Платона, он вел с ним переписку и обменивался книгами. Решите задачу на удвоение куба. Он изучал гармонию звуков и обнаружил, что более резкие звуки возникают благодаря более быстрому движению струн. Как сообщает Херон, он нашел способ вычислить квадратный корень. Диоген Лаэртский утверждает, что Архит был первым, кто изучал механические задачи на основе математики и использовал для их решения геометрические диаграммы. Около 420 г. до н.э. построил один из первых самоходных летательных аппаратов. Это был искусственный голубь! С механизмом и грузом, свисающим со шкива, манекен голубя затрепетал крыльями. Когда он был в воздухе, он использовал воздушный шар, чтобы медленно, но с силой протолкнуть его через маленькое отверстие. Где он нашел воздушный шар в то время? Может использовал свиной пузырь! (Свиной мочевой пузырь до сих пор используется некоторыми людьми, надутый как воздушный шар, в качестве детской игрушки или в качестве очень легкого, но прочного контейнера для жидкости). Так сделанный им легкий манекен голубя мог пролететь почти 200 метров, пока шар полностью не сдулся! Аэродинамика – это область знания, изучающая движения потоков воздуха и их воздействия на твердые тела. Является подразделом гидро- и газодинамики. Исследования в этой области восходят к глубокой древности, ко времени изобретения стрел и планирующих копий, позволявших дальше и точнее посылать снаряд в цель. Однако потенциал аэродинамики полностью был раскрыт с изобретением аппаратов тяжелее воздуха, способных летать либо планировать на значительные расстояния. Аэродинамика — это наука о воздушном потоке над самолетами, автомобилями, зданиями и другими объектами. Аэродинамические исследования возникают для поиска наилучших случаев возникновения подъемной силы воздушного потока, обнаружения лобового сопротивления и отклонения устойчивости (путем управления раскрытых крыльев, угла, под воздействием которого он находится в связи с обнаружением воздушного потока, и скоростью движения). Характеристики полета меняются на больших высотах, поскольку окружающий воздух становится холоднее и разреженнее. Поведение воздушного потока также резко меняет скорости полета, близкие к скорости звука и высоким ее частотам. Взрыв вычислительных мощностей выявил и использует наблюдаемые аэродинамики и развивает улучшенные крылья для самолетов. Также более сложные аэродинамические трубы для тестирования новых моделей. Аэродинамический профиль — это двумерное поперечное сечение корпуса. Угол атаки — это угол, который линия хорды образует с направлением воздушного потока. Точка торможения — это точка, в которой поток воздуха движется к крылу, разделяется на два потока, один из которых течет сверху, а другой — под крылом. Аэродинамический профиль представляет собой двумерный участок крыла. Длина крыла в третьем измерении в стороне называется размахом крыла. В конце крыла в конце размаха потока высокое давление под крылом встречается с потоком снижения давления над крылом, в результате чего воздух движется вверх и вокруг в вихрях на законцовке крыла. Эти вихри сбрасываются по мере того, как самолет движется вперед, обнаруживая за собой силу или поток вниз. Нисходящий поток вызывает отклонение воздушного потока вниз, а возникающая в результате подъемная сила отклоняется назад, так что на крыле образуется чистая обратная сила или сопротивление. Это известно как индуцированное сопротивление или сопротивление из-за подъемной силы.Около трети лобового сопротивления современного авиалайнера приходится на индуктивное сопротивление. Вне зависимости от подъемной силы и лобового сопротивления значимость и управляемость регистрируются во всех трех измерениях, поскольку самолет, в отличие от автомобиля, полностью окружает воздухом. Для этого используются различные устройства управления на хвосте и крыле. Элероны, например, управляют вращением, увеличением подъемной силы на одном крыле и уменьшением подъемной силы на части. 1.2. Достижения в области аэродинамики Достижения в области аэродинамики связано прежде всего с научно-техническим прогрессом. Каждый инженер, конструктор и дизайнер вкладывают свой неоценимый вклад в области аэродинамики. Только вспомним первый летательный аппарат и сравним его с современным самолетом, найдем очень много отличительных характеристик. В первую очередь, конечно, обратим внимание на внешний дизайн, а затем удобство в салоне, отсутствие шума и.т.д. Область применения аэродинамики включает в себя все достижения науки и не ограничивает себя в применения, применяется почти во всех областях, например, как: - область вычислительной гидродинамики; - многомасштабная связь и моделирование; - экспериментальную гидродинамику; - ультравысокоскоростную аэродинамику; - гиперзвуковую технологию жидкостного дыхания; - технологию проектирования и измерения в аэродинамической трубе; - аэродинамический дизайн; - оценка самолетов, летные испытания моделей, преобразование и использование энергии ветра; - проектирование автомобилей; - в обработке слабых сигналов, потоком плазмы; - управление загрязнением окружающей среды, контроль и прогноз погоды и т.д. В каждой из перечисленных областей ведется журнал изменения аэродинамических показателей и этот показатель сравнивается с предыдущими и новыми, чтобы еще раз улучшить качество, экологичность, уменьшить шум и обновить удобный дизайн. Гоночные автомобили и ветряные турбины являются примерами технологий за пределами аэрокосмической отрасли, в которых аэродинамическая инженерия играет заметную роль. Аэродинамическая инженерия часто использует сочетание вычислительной гидродинамики, работы в аэродинамической трубе и, в конечном итоге, летных испытаний для достижения решения. Аэродинамика призвана сыграть важную роль в достижении поставленных ЕС по сокращению выбросов воздушного транспорта к 2020 году. Потребуется значительно сократить расход авиационного топлива и уровень шума, при этом аэродинамические усовершенствования в настоящее время разрабатываются как в промышленности, так и в научных кругах для решения этой задачи. Все более широкое использование и развитие стимулирует аэродинамические исследования нетрадиционных конфигураций и методов управления. Также отметим могут перейти на новый экологический вид топлива. Специалисты по аэродинамике обязаны участвовать на всех этапах программы разработки самолетов. Исследования в области аэродинамики часто проводятся совместно университетами и промышленностью, что открывает возможности для обоих. Специалисты по аэродинамике работают в составе групп инженерного и конструкторского проектирования, а также участвуют в детальном проектировании новых самолетов, в летных испытаниях и в сборке аэродинамики. ГЛАВА 2. АЭРОДИНАМИКА НА СЛУЖБЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА 2.2. Аэродинамическое сопротивление Аэродинамика – это раздел науки, которая превратила жизнь человечества в сказку. В первую очередь вспомним наши самолеты и автомобили – наши любимые средства передвижения, без которых жизнь человека не мыслима, особенно в больших городах. Аэродинамика больше экспериментальная наука. Правила аэродинамики существуют в двух формах: что утверждается расчетами и теориями, вычисляется опытом, новые теории строятся на измерениях и результатах, полученных опытным путем в первой форме. Наиболее важным экспериментальным инструментом эмпирической аэродинамики является «аэродинамическая труба». Модели самолетов, ракет, автомобилей, даже мостов и зданий, которые предстоит испытать, сначала испытывают в аэродинамической трубе. Модель подвергается воздействию воздушного потока, интенсивность которого регулируется в соответствии с испытательной скоростью в аэродинамической трубе. Наблюдая за поведением модели в потоке, вносят необходимые коррективы и пытаются придать модели аэродинамическую форму. Сегодня построены аэродинамические трубы, которые могут работать даже при скоростях потока выше скорости звука. Аэродинамика не только авиационные и космические исследования – это широкая область науки как автомобильное и гражданское строительство. Новые модели автомобиля соответствуют современным требованиям как экономичность при меньшем расходе топлива и конечно же экологичность, мы тут должны подчеркнуть автомобили нового поколения на основе возобновляемых источников энергии и электричества. Для этого модель примеряют в аэродинамической трубе, чтобы подобрать аэродинамическую форму, которая будет оказывать наименьшее сопротивление воздушному потоку. Прежде чем строить большие подвесные мосты и высокие небоскребы, на модели изучают динамическое воздействие воздушных потоков вокруг них. Кроме того, поскольку роль воздушных потоков в вопросе загрязнения воздуха понятна, планы городов составляются по правилам аэродинамики на предмет будущего загрязнения воздуха. Науку об аэродинамике можно разделить на разделы в зависимости от их применения: Внутренняя и внешняя. Раздел, изучающий ситуации, в которых внешний объем объекта подвергается воздействию потока с точки зрения объема, называется «внешняя аэродинамика». Самолеты, ракеты, пули, автомобили и здания входят в сферу действия этой ветки. Опять же, рука, которая исследует ситуации, в которых воздушный поток проходит через объект с точки зрения объема, а внутренний объем находится под вопросом, называется «внутренняя аэродинамика». Он применяется во многих областях, таких как компрессоры, системы вентиляции, авиационные двигатели, дымоходы, камеры сгорания и стволы орудий. Наши предки были основоположниками аэродинамики и заложили основы этой науки, которую можно назвать корнем внутренней и внешней аэродинамики, а также баллистикой. Старинная техника и пушки до сих пор продолжают вызывать восхищение в музеях мира. Аэродинамика в зависимости от скорости потока делится на разные части в зависимости от того, выше или ниже скорости звука этот относительный поток воздуха вокруг движущегося объекта относительно воздуха. Течения со скоростью ниже скорости звука называются «дозвуковыми токами», токи со скоростью около звука называются «околозвуковыми токами», а сверхзвуковые токи рассматриваются в двух частях как «сверхзвуковые» и «гиперзвуковые» токи. А пока необходимо упомянуть об «ударной волне». Подобно тому, как волны, создаваемые брошенным в воду камнем, распространяются в виде расширяющихся колец, звуковые волны распространяются и в воздухе по сферическим поверхностям, которые являются центральным источником звука и радиус которых растет со скоростью, равной скорости звука. . Когда скорость самолета, движущегося по воздуху, приближается к скорости звука, звуковые волны с постоянной скоростью распространения начинают перекрываться и сходятся на единой волновой поверхности. Эта волна, называемая «волной сжатия» или «ударной волной», обладает достаточной энергией, чтобы вызвать серьезные повреждения в районах, близких к траектории полета самолета. Поэтому сверхзвуковые полеты можно совершать над населенными пунктами типа поселков и городов, но только при условии прохождения больших высот. Ударная волна, возникающая при сверхзвуковом полете, слышна как звук взрыва на поверхности земли. Самолет, Поток над пластиной: поток воздуха над поверхностью создает зону низкого давления. Падение давления в области низкого давления прямо пропорционально увеличению скорости потока. Именно эта область низкого давления на крыльях удерживает самолет в воздухе. Аэродинамический профиль: было заявлено, что воздушный поток будет создавать на поверхности область низкого давления. Если это поле сильнее на верхней поверхности объекта, то давление на нижнюю поверхность будет преобладать над верхней поверхностью, заставляя объект подниматься. Если мы пропустим одну и ту же воздушную массу по более длинному пути на верхней стороне и короткому пути на нижней стороне, относительная скорость воздуха на верхней стороне будет выше, а перепад давления будет больше. Мы можем достичь этой цели, сделав верхнюю поверхность пластины изогнутой. Существуют разные объяснения увеличения плавучести аэродинамического профиля. Одним из них является угол между профилем и потоком, называемый «углом атаки». Подъемная сила увеличивается с углом до критического значения этого угла. Расширение поверхности крыла также увеличивает подъемную силу. Для этого были разработаны поверхности крыла, называемые «закрылками и предкрылками». Это движущиеся части крыла. Исламский ученый Хазини (1118-1155), совершивший великие исследования и открытия в физике, астрономии и математике, является одним из основоположников науки «механика жидкости». Он изучал движение тел в жидкостях и силы сопротивления жидкостей прибором в виде конического сосуда с широким дном и узким верхом, которым пользовался Бируни (973-1049). Таким образом, он был первооткрывателем в развитии науки «Аэродинамика» (раздел механики) (Рис.3).  Рис.3. Аэродинамические показатели КАМАЗа Сопротивление — это аэродинамическая сила, препятствующая движению, проявляющемуся в воздухе. Сопротивление каждой части частиц (даже двигателей). Сопротивление – это механическая сила. Он возникает при наличии и контакте твердого тела с жидкостью (жидкостью или газом). Он не имеет отношения к силовому полю в чувстве гравитационного поля или электромагнитного поля, где один объект может воздействовать на другой объект, не воспринимая его в естественном контакте. Возникло сопротивление, твердое тело должно соприкасаться с жидкостью. Если нет жидкости, нет сопротивления. Сопротивление заболеваемости разной скоростью между твердым телом и жидкостью. Между выбросами и жидкостью должно быть движение. Если нет движения, нет сопротивления. Не имеет значения, движется ли объект через статичную жидкость или движется мимо статического твердого объекта. Сопротивление — это сила и, следовательно, значение показателя, имеющее значение, как и направление. Для количественной характеристики аэродинамического сопротивления используют следующую зависимость:  Где: P – плотность воздуха; V – скорость относительного движения воздуха и машины;  – площадь наибольшего поперечного сечения автомобиля (лобовая площадь); – коэффициент лобового сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости).2.2. Аэродинамическое испытание объектов Аэродинамическое испытание объектов или тестирование для чего она проводится? Например, у нас есть одна хорошая идея – создать автомобиль нового поколения. Все лучшие характеристики вашего автомобиля будет изучена, разработана и тестирована группой специалистов по аэродинамике. Прежде чем выпустить на производство, любое оборудование должно пройти соответствующее аэродинамическое испытание, которая отвечает стандартам безопасности населения и окружающей среды. Испытания могут проводится тестированием или при помощи аэродинамической трубы, в которую будут помещать испытываемый объект. Испытания, производимые в аэродинамической трубе, насчитываются уже сотни лет. На протяжении веков изобретатели обнаруживали воспроизводство движения воздуха над самолетами, транспортными средствами и близкими объектами. Но за последние 100 лет технологические достижения сделали сложные испытания в аэродинамической трубе реальностью для дизайнеров и производителей всех видов продукции, включая автомобили, ветряные турбины и даже транспорт. Что такое аэродинамическая труба? Аэродинамическая труба — это конструкция, через которую проходит воздух — обычно в воздуховоде, по наблюдению за воздуховодом, обеспечивающим движение потока вентиляторами (или другим механизмом с тем же эффектом). Тип и размер используемой аэродинамической трубы зависит от размера занимаемого объекта, а также от желаемых условий потока. Существуют типы множества различных аэродинамических труб, но они обычно классифицируют в зависимости от скорости движения транспортных средств: дозвуковые, околозвуковые (от 0,8 до 1,2 Маха) или сверхзвуковые. Аэродинамические трубы обычно используются для испытаний самолетов, а также автомобилей, космических кораблей и почти любых инженерных приложений, для которых важно воздействие воздушного потока вокруг тела, даже мячей для гольфа. В некоторых аэродинамических трубах можно разместить полномасштабные модели, но из соображений практичности и стоимости большинство из них рассчитано на миниатюрные модели.  Рис. 4. Испытание ракеты в аэродинамической трубе. Что можно проверить в аэродинамической трубе? Аэродинамические трубы используются для испытаний практически всего, что движется по воздуху, от парашютов и тракторных прицепов до космических кораблей, ракет и беспилотников. Инженеры также использовали аэродинамические трубы для таких технологий, как плавучие ветряные турбины. Но аэродинамические трубы не ограничиваются только транспортными средствами и объектами. Спортсмены и тренеры используют аэродинамические трубы для проверки аэродинамического сопротивления спортсменов. Спортсмены постоянно меняют свое телосложение во время занятий спортом, инженеры измеряют аэродинамическое сопротивление для их основных участников, характерных для широкого круга видов спорта. Первым, кто спроектировал аэродинамическую трубу, был британский инженер Фрэнк Уэнам, который понял, что размер объекта неподвижно и обдувая его воздухом, он может значительно больше узнать о его аэродинамических характеристиках. По его проекту в 1871 году была запущена первая аэродинамическая труба. Как работают аэродинамические трубы? Аэродинамические трубы обеспечивают постоянный поток воздуха, обычно с помощью вентиляторов с приводом. Испытываемый объект не двигается. Это воздух, который движется вокруг стационарного объекта, ожидается такое же относительное движение воздуха, которое наблюдается в реальной жизни, настолько точно, насколько это возможно. Между тем аэродинамические силы, воздействующие на объект, такие как сопротивление и подъемная сила, могут быть измерены с помощью точных механизмов измерения нагрузки. Характеристики обтекания объекта также можно визуализировать с помощью ряда методов - например, инжекции дыма и потока масла на испытуемом объекте - предназначенных для того, «сделать невидимый воздух видимым». Какова цель испытаний в аэродинамической трубе? Испытания в аэродинамической трубе помогает изобретателям и производителям лучше понять природу потока воздуха над транспортным средством или ценностью вокруг себя, а также его воздействие на этот объект, особенно аэродинамические силы. Аэрокосмические инженеры используют тесты для измерения подъемной силы и лобового сопротивления, а также его устойчивости. Результаты испытаний могут привести к более аэродинамическим и экономичным самолетам. До предполагаемого проектирования для предполагаемой конструкции требуется создание следующих моделей аэродинамической трубы, что увеличивает стоимость и временные задержки программ самолетов. С появлением инструментов вычислительной гидродинамики инженеры ускорили процесс работы. Что инженеры могут узнать из испытаний в аэродинамической трубе? Испытания в аэродинамической трубе проверяют расчеты инженеров и определяют области для усовершенствования их конструкций. В случае с авиационными испытаниями повышенные аэродинамические характеристики — снижение лобового сопротивления и увеличение подъемной силы — при этом измерении и контроле. А когда у самолетов лучшие аэродинамические характеристики, они более экономичны, потому что им требуется меньше энергии для движения по воздуху. Используют ли инженеры-акустики аэродинамические трубы? Используются аэродинамические трубы для измерения звука, издаваемого инженерно-транспортными средствами при движении по воздуху. Результаты испытаний включают в себя прогнозы и исследования конструкции, которые в конечном итоге приводят к более тихому слуху и большему удобству для пассажиров. Вывод: Аэродинамические испытания жизненно необходимы, чтобы снизить уровень шума, вредных выбросов, сэкономить энергию, создать безопасность и.т.д. ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 3.1. Расчетная часть 1. ЗАКОН БЕРНУЛЛИ В качестве обобщения изученного материала рассмотрим закон великого швейцарского физика Даниила Бернулли. В ходе опыта изучим проявление закона Бернулли в различных явлениях физики. В современном мире полет человека на самолете — это не редкость. Каждый пассажир задает себе вопрос: «Как самолет такой большой и тяжелый поднимается так высоко в небо летает?». Здесь мы только зная принцип Бернулли сможем объяснить многие физические явления, которые учитываются при создании проектов зданий и сооружений. «С увеличением скорости потока воздуха или жидкости, давление внутри потока уменьшается» - так гласит Закон швейцарского физика Д. Бернулли. Теперь мы можем ответить на вопрос – Почему же самолёты при такой тяжести могут летать и не падать? Ответ очень прост, оказывается самолет поднимается благодаря своей особой формы крыла, который имеет аэродинамический профиль. Это означает, что верхняя часть крыла изогнута сильнее, чем нижняя. Благодаря этому, за одно и то же время поток встречного воздуха над крылом проходит большее расстояние, чем поток под крылом. Это значит, что скорость потока над крылом выше, чем под ним. По закону Бернулли сверху крыла давление становится меньше и возникает подъемная сила. Кстати сказать, у птиц крыло тоже имеет похожую форму. Таким образом, принцип Бернулли — это то, благодаря чему птицы и самолеты могут летать. Самым частым, пожалуй, результатом стихийного бедствия — урагана — бывают сорванные вихрем крыши домов. Согласно принципу Бернулли, давление зависит от скорости движения воздушных потоков. Давление над крышей, где скорость ветра большая, много меньше, чем под крышей. Разность давлений создает подъемную силу, которая и сносит крышу. Все моряки знают, что два судна, идущих рядом на больших скоростях сильно притягиваются друг к другу. Еще опаснее, когда один корабль идет за другим. Силы притяжения, возникшие из-за разности давлений, стремятся корабли развернуть. Задний корабль разворачивается сильнее переднего. Столкновение в таких случаях неизбежно. Скоростные поезда при встрече должны замедлить ход, иначе стекла в вагонах разобьются. Когда встречные поезда разъезжаются, стекла в вагонах могут быть выдавлены наружу, поскольку между поездами возникает область пониженного давления. Далее мы рассмотрим некоторые опыты, показывающие проявление принципа Бернулли. Опыт № 1. Опыт с шарами Ход опыта: 1. Надуваем два воздушных шарика до одинакового размера и привязываем к каждому нитку одинаковой длины. 2. Берём шарики за нитки правой и левой рукой так, чтобы они висели на одном уровне на некотором расстоянии друг от друга. 3. Не касаясь шариков руками, дуем между ними. Результат: шары притянулись друг к другу.  Рис.5. Вывод: парадоксальность результатов такого поведения тел можно объяснить, используя принцип Бернулли. Давление воздуха в пространстве левее и правее шаров равно атмосферному давлению. Направив воздушный поток между шарами, мы тем самым в этом скоростном потоке воздуха создаем область пониженного давления в соответствии с принципом Бернулли, в результате чего возникает разность давлений в пространстве между шарами и с внешней стороны шаров. Эта разность давлений является причиной «прилипания» шаров. Опыт № 2. Фен и теннисный мячик Ход опыта: 1. Берем фен и теннисный мяч, включаем фен в розетку и помещаем шар в поток воздуха.  Рис.6. Результат: шарик парил в воздухе. Вывод: воздушная струя ударяется о шарик и не дает ему падать. Когда шарик выскакивает из струи, окружающий воздух возвращает его обратно в струю, т. к. давление окружающего воздуха, имеющего малую скорость, велико, а давление воздуха в струе, имеющего большую скорость, мало. Опыт № 3. Чудо — весы Ход опыта: Уравновесим весы. 1. Феном подуем воздух под одной из чашек.  Рис.7. Результат: чашка, под которой продуваем воздух, опускается. Вывод: действовал закон Бернулли; давление воздуха под чашей уменьшалось, и атмосферное давление сверху прижало ее к полу. На основании полученных знаний и проведенных опытов, мы делаем вывод, что проявление принципа Бернулли очень разнообразно. Благодаря ему птицы и самолеты могут летать; он служит причиной того, почему ветер срывает крыши домов, и объясняет опасность чрезмерного сближения движущихся морских судов. 2. Испытания проводимые в аэродинамической трубе Аэродинамическая труба представляет собой испытательное пространство, куда помещается куда помещается транспортное средство и под действием воздуха с помощью вентиляторов можно получить данные аэродинамических характеристик. Аэродинамические трубы позволяют получать данные: - аэродинамические усилия; - лобовое сопротивление; - подъемная сила,; - боковая сила; - накопленного напряжения; - влияние на вышеперечисленное различных деталей автомобиля; - сопротивление охлаждению автомобиля; - оценка потоков охлаждения тормозов; - аэроакустические данные; - влияние аэродинамических характеристик и средств. Опыт работы в области аэродинамики часто требуется для разнообразного выбора неавтомобильной продукции. От других видов транспорта, таких как поезда и велосипеды, до совершенно разных продуктов... Спасательные шлюпки, антенны, контейнеры на колесиках, палатки, спортивная одежда и даже лыжники французского класса.  Рис.8 Тестирование в масштабе модели  Рис.9 Тестирование гоночного автомобиля (полномасштабное) В зависимости от размера транспортных средств и размеров образцов испытательного стенда обычно составляет от 30% до 60%. Тестирование в масштабе модели идеально подходит для быстрой оценки различных стилей кузова и характеристик аэродинамики автомобиля. По своей природе для тестирования в масштабе используются меньшие объекты с более низкими эксплуатационными расходами, чем для их полномасштабных моделей пищевых продуктов. Сложные методы испытаний, такие как использование подвижной заземляющей пластины, могут быть выполнены без больших затрат. В самом деле, модельные испытания могут быть эффективным методом повышения аэродинамики средств массовой информации.  Рис.10 Тестирование гоночного автомобиля (полномасштабное) Становится все более привычным этапом масштабирования моделей из программ аэродинамических разработок и переходит к полномасштабным испытаниям. Это может быть программа, в которой большая часть оценок стиля была представлена с использованием CFD (механика сплошных сред) для прогнозирования аэродинамических характеристик средств, или программы, в которой были реализованы полномасштабные модели стиля. Если исходную модель или прототипы в природе можно избежать затрат на производство моделей. Вычислительная гидродинамика (CFD) - это раздел механики жидкости, который использует численный анализ и структуры данных для анализа и решения задач, связанных с потоками жидкости  Рис.11. Тестирование гоночного автомобиля (полномасштабное)  Рис.12. Тестирование автомобиля (полномасштабное) Есть две аэродинамические трубы, обе с беговым полотном, имитирующие скорость движения по дороге и скорость воздуха. Самый большой из них, предназначенный для полномасштабной модели и реального автомобиля (а также других транспортных средств или испытаний), может тестировать аэродинамические характеристики на скорости до 300 км/ч. Второй, названный Aerolab, потому что он посвящен расширенным аэродинамическим исследованиям, а не просто испытаниям, достаточно, чтобы можно было тестировать полноразмерные модели и автомобили, но специально оборудованные для масштабных моделей. При воздушной скорости, достигающей 140 км/ч, моделируют состояние транспортных средств, движущихся со скоростью до 280 км/ч, в масштабе 1:2. Заключение Аэродинамика — это область, изучающая взаимосвязь между движущимися твердыми телами и жидкостью. Физика, лежащая в основе аэродинамики, практически связана с коэффициентом лобового сопротивления, который представляет собой безразмерное число, степень тяжести отравления между движущимся телом и его жидкостью. Аэродинамика — это наука, которая имеет много разделов и это область науки, которая задействует в работе очень много специалистов. Аэродинамика — это не только производство и испытание самолетов, но и автомобили, ракеты и.т.д. Аэродинамические испытания проводят, чтобы узнать качество безопасности, определить уровень шума и акустики, также повысит экологичность и экономичность модели. Аэродинамические испытания проводится с помощью аэродинамической трубы или компьютерного тестирования. Оба способа применяются в зависимости от характеристик выпускаемого изделия. Аэродинамика играет важную роль в жизни человека, все более усовершенствуя изобретения человечества. Список использованной литературы Аэродинамика в жизни человека: / Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М.: Мир, 2018.- 368 с. Благородов В.Н. Проблемы и перспективы использования тестирования аэродинамики / В. Благородов // Энергетик. - 2020. - №4. - С. 2. Бринкман, Энди. Аэродинамика / Э. Бринкман; пер. с англ. А.Д. Калашникова; доп. В.В. Тетельмина. - Интеллект, 2019. - 287 с. Аэродинамика самолета / Под ред. Д. де Рензо: Пер. с англ.; под ред. Я.И. Шефтера. - М.: Энергоатомиздат, 2018. - 272 с. Аэродинамичный дизайн: Учебник для студентов высших учебных заведений / В.И. Обрезков, Н.К. Малинин, Л.А. Кароль [и др.].; Под ред. В.И. Обрезкова. - М.: Энергоиздат, 1981. - 608 с. Городов Р.В. Аэродинамика: учебное пособие / Р.В. Городов, В.Е. Губин, А.С.Матвеев. - 1-е изд. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 294 с. Инновационные технологии аэродинамики: научное издание / В.Ф. Федоров и др.; М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. - М.: Росинформагротех, 2019. - 67 с. Лукутин Б.В.Аэродинамика и гидравлика / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова., Е.Б. Шандрова. - М.: Энергоатомиздат, 2018. - 231 с. Сибибкин М.Ю. Технология машиностроения: учебник для студентов учреждений сред. проф. образования, обучающихся по группе специальностей «Машиностроение» / М.Ю. Сибибкин, Ю.Д. Сибибкин. - 2-е изд., перераб. и. доп. - М.: Форум, 2019. - 351 с. ПРИЛОЖЕНИЕ Рис.12. Тестирование автомобиля (полномасштабное) |