Aerodinamik nedir? Nasıl hesaplanır? Araçlarda aerodinamik neden önemlidir?

Aerodinamik, kuvvetlerin ve bunun sonucunda nesnelerin havadaki hareketinin incelenmesidir.

 Aerodinamik Nedir?

 Aerodinamik, hareket eden havanın bilimi ve bunun akış alanına bir engel olarak yerleştirilmiş katı cisimler üzerindeki etkisidir. Bir alt alan olarak, akışkanlar dinamiğine ait denklemlerin çoğu, tüm ana denklemler, türbülans, sınır tabaka teorisi ve ideal gaz varsayımı dahil olmak üzere aerodinamik için de geçerlidir. Bir aerodinamik akış alanı şu fiziksel parametrelere göre sınıflandırılabilir. Bunlar;

Hız,

Basınç,

Sıcaklıktır.

Ek olarak, hız ve basınca dayalı akış sınıflandırmaları en yaygın olmasına rağmen yoğunluk ve viskozite de kullanılabilir.

 Aerodinamik Nasıl Hesaplanır ve Araçlarda Neden Önemlidir?

 Aerodinamik, bir hava akışına yerleştirilmiş katı bir gövde üzerindeki kuvvetlerin incelenmesidir. Bu etkileri daha iyi tanımlamak, anlamak ve durumları daha kolay karşılaştırabilmek için matematiksel nicelikler kullanılabilir. Bu parametreler arasında sürükleme, kaldırma, moment, basınç merkezi ve basınç katsayısı sayılabilir.

Sürüklemek

Aerodinamikteki en önemli niceliklerden biri, sürükleme veya sürükleme kuvveti olarak da bilinen sıvının direncidir. Bu kuvvet, katı cismin havaya göre hareketine zıt etki ederek kayıplara neden olur. Bu sürükleme kuvveti, katı cismin şekline olduğu kadar bağıl hıza da bağlıdır. Sürükleme kuvveti;

 https://i.hizliresim.com/97h24eq.png

FD sürükleme kuvvetidir,

Ρ sıvının yoğunluğu,

V sıvıya göre nesnenin hızıdır,

A kesit alanıdır ve

CD nesnenin şekline ve Reynolds sayısına bağlı olan sürükleme katsayısıdır.

Kaldırmak

Katı bir gövde üzerinde ortaya çıkan kuvvetin başka bir bileşenine kaldırma veya kaldırma kuvveti denir. Bu bileşen, yaklaşan akış yönüne diktir. "Kaldırma" terimi, havadan ağır nesneler için uçmayı fiilen mümkün kılan önemli bir niceliğin olduğu havacılık alanından gelmektedir. Ancak pervanelerde, helikopter rotorlarında ve hatta araba gövdelerinde ve rüzgar türbinlerinde de kaldırma kuvveti üretilir. Genellikle, asimetrik bir gövde veya hücum açısına sahip simetrik bir gövde, kaldırma kuvveti üretir. Kaldırma kuvveti;

 https://i.hizliresim.com/1k1s8xa.png

L kaldırma kuvvetidir,

Ρ hava yoğunluğu,

V hızdır,

S öngörülen alandır ve

CL kaldırma katsayısıdır.

An

Aerodinamik moment veya tork, bir gövde (kanat, herhangi bir katı üzerindeki araba) üzerindeki aerodinamik kuvvet tarafından akış alanında dönmesine neden olarak üretilir. Dönüş, bu dönüş kuvveti basınç merkezinin veya aerodinamik merkezin dışında hareket ettiğinde gerçekleşir.

Basınç Merkezi

Basınç Merkezi (CP), yüzey basıncının toplam toplamı tarafından oluşturulan kuvvetin etki ettiği bir noktadır. Bu kuvvet, basınç alanının yüzey integrali olarak hesaplanabilir ve bir aerodinamik cismin stabilitesini hesaplamak için kullanılabilir. Örneğin, bir tabancadan atılan bir merminin aerodinamiğini analiz ederken, CP ile ağırlık merkezi arasındaki mesafe, dönen bir moment oluşturabilir ve bu nedenle merminin daha az doğru olmasına neden olabilir.

Basınç Katsayısı

Aerodinamik gövdenin yüzeyindeki basıncı görselleştirmek için en yaygın olarak kullanılan boyutsuz sayılardan biri basınç katsayısıdır. CP. Bu miktar, sıkıştırılamaz bir akıştaki bağıl basınçları tanımlar;

 https://i.hizliresim.com/ht3kaiv.png

P basınç katsayısının hesaplandığı yerdeki statik basınçtır,

P∞ serbest akıştaki statik basınçtır,

P0 serbest akıştaki toplam basınç,

ρ∞ serbest akış sıvı yoğunluğu,

V∞ sıvının serbest akış hızı veya vücudun sıvı içindeki hızıdır.

Sınır tabakası

Aerodinamikte, duvara yakın hız ve diğer niceliklerin tanımlanması, ölçülmesi ve simülasyonu her zaman bir zorluktur. Akış katı bir duvarın yakınında hızla yavaşladığından, sınır tabaka olarak da bilinen ince bir bölgede viskozite etkileri önemli hale gelir.

Türbülans

Türbülans, aerodinamikte önemli bir rol oynar. Türbülans, doğası gereği, daha az viskoz sıvılarda gözlenen kaotik, düzensiz bir fenomendir. Genel olarak, kararsız girdaplar akış alanında birçok boyutta ortaya çıkar ve birbirleriyle ve genellikle onları oluşturan katı cisimle etkileşime girer. Türbülans, örneğin, daha ince sınır tabakaları oluşturmak istendiğinde "iyi" ve büyük ayrımlara ve dolayısıyla artan sürüklenme ve kayıplara yol açtığında "kötü" olabilir.