वायुगतिकी
एरोडायनामिक्स, ग्रीक ἀήρ एयरो (वायु) + αναμική (डायनेमिक्स) से, हवा की गति का अध्ययन है, खासकर जब एक ठोस वस्तु से प्रभावित होता है, जैसे कि एक हवाई जहाज विंग।इसमें द्रव की गतिशीलता के क्षेत्र में शामिल विषय और गैस की गतिशीलता के इसके उपक्षेत्रों को शामिल किया गया है। एरोडायनामिक्स 'शब्द का उपयोग अक्सर गैस की गतिशीलता के साथ पर्यायवाची रूप से किया जाता है, यह अंतर यह है कि गैस की गतिशीलता सभी गैसों की गति के अध्ययन पर लागू होती है, औरहवा तक सीमित नहीं है। एरोडायनामिक्स का औपचारिक अध्ययन अठारहवीं शताब्दी में आधुनिक अर्थों में शुरू हुआ, हालांकि एरोडायनामिक ड्रैग जैसी मौलिक अवधारणाओं की टिप्पणियों को बहुत पहले दर्ज किया गया था।वायुगतिकी में शुरुआती प्रयासों में से अधिकांश को एयरक्राफ्ट को प्राप्त करने की दिशा में निर्देशित किया गया था#हवा की तुलना में भारी-एरोडीनेस | भारी-से-हवा की उड़ान, जिसे पहली बार 1891 में ओटो लिलिएंटल द्वारा प्रदर्शित किया गया था।[1] तब से, गणितीय विश्लेषण, अनुभवजन्य सन्निकटन, पवन सुरंग प्रयोग और कंप्यूटर सिमुलेशन के माध्यम से वायुगतिकी का उपयोग भारी-से-वायु उड़ान और कई अन्य प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए एक तर्कसंगत आधार का गठन किया है।वायुगतिकी में हाल के काम ने संपीड़ित प्रवाह, अशांति और सीमा परतों से संबंधित मुद्दों पर ध्यान केंद्रित किया है और प्रकृति में तेजी से कम्प्यूटेशनल हो गया है।
इतिहास
आधुनिक वायुगतिकी केवल सत्रहवीं शताब्दी की है, लेकिन एरोडायनामिक बलों को सेलबोट्स और पवनचक्की में हजारों वर्षों से मनुष्यों द्वारा दोहन किया गया है,[2] और उड़ान की छवियां और कहानियाँ रिकॉर्ड किए गए इतिहास में दिखाई देती हैं,[3] जैसे कि इकारस और डेडलस के प्राचीन ग्रीक किंवदंती।[4] अरस्तू और आर्किमिडीज के काम में निरंतरता, ड्रैग और प्रेशर ग्रेडिएंट्स की मौलिक अवधारणाएं दिखाई देती हैं।[5]
1726 में, सर आइजैक न्यूटन वायु प्रतिरोध का एक सिद्धांत विकसित करने वाले पहले व्यक्ति बने,[6] उसे पहले एरोडायनामिकिस्ट में से एक बनाना।डच-स्विस गणितज्ञ डैनियल बर्नौली ने 1738 में हाइड्रोडायनामिकिका के साथ पीछा किया, जिसमें उन्होंने बर्नौली के सिद्धांत के रूप में आज ज्ञात असंगत प्रवाह के लिए दबाव, घनत्व और प्रवाह वेग के बीच एक मौलिक संबंध का वर्णन किया, जो एरोडायनामिक लिफ्ट की गणना के लिए एक विधि प्रदान करता है।[7] 1757 में, लियोनहार्ड यूलर ने अधिक सामान्य यूलर समीकरण प्रकाशित किए, जिन्हें संपीड़ित और असंगत दोनों प्रवाह पर लागू किया जा सकता है।1800 के दशक की पहली छमाही में चिपचिपाहट के प्रभावों को शामिल करने के लिए यूलर समीकरणों को बढ़ाया गया था, जिसके परिणामस्वरूप नवियर -स्टोक्स समीकरण थे।[8][9] नवियर-स्टोक्स समीकरण द्रव प्रवाह के सबसे सामान्य शासी समीकरण हैं, लेकिन सभी के चारों ओर प्रवाह के लिए हल करना मुश्किल है, लेकिन आकारों के सबसे सरल।
1799 में, सर जॉर्ज केली उड़ान (वजन, लिफ्ट, ड्रैग, और थ्रस्ट) के चार वायुगतिकीय बलों की पहचान करने वाले पहले व्यक्ति बन गए, साथ ही साथ उनके बीच संबंधों को भी,[10][11] और ऐसा करने में अगली शताब्दी के लिए भारी-से-हवा की उड़ान को प्राप्त करने की दिशा में मार्ग को रेखांकित किया गया।1871 में, फ्रांसिस हर्बर्ट वेनहम ने पहली पवन सुरंग का निर्माण किया, जिससे वायुगतिकीय बलों के सटीक माप की अनुमति मिली।ड्रैग थ्योरी जीन ले रोंड डी'एलबर्ट द्वारा विकसित किए गए थे,[12] गुस्ताव किरचॉफ,[13] और जॉन स्ट्रैट, तीसरा बैरन रेले | लॉर्ड रेले।[14] 1889 में, एक फ्रांसीसी एरोनॉटिकल इंजीनियर, चार्ल्स रेनार्ड, निरंतर उड़ान के लिए आवश्यक शक्ति की भविष्यवाणी करने वाले पहले व्यक्ति बन गए।[15] ओटो लिलिएंटल, ग्लाइडर उड़ानों के साथ अत्यधिक सफल होने वाले पहले व्यक्ति, पतले, घुमावदार एयरफॉइल का प्रस्ताव करने वाले पहले व्यक्ति थे जो उच्च लिफ्ट और कम ड्रैग का उत्पादन करेंगे।इन घटनाक्रमों के साथ -साथ अपने स्वयं के पवन सुरंग में किए गए शोधों पर निर्माण, राइट ब्रदर्स ने 17 दिसंबर, 1903 को पहला संचालित हवाई जहाज उड़ाया।
पहली उड़ानों के समय, फ्रेडरिक डब्ल्यू लैंचस्टर,[16] मार्टिन कुट्टा, और निकोलाई ज़ुकोवस्की ने स्वतंत्र रूप से ऐसे सिद्धांत बनाए जो एक द्रव प्रवाह को उठाने के लिए संचलन से जुड़े।कुट्टा और ज़ुकोवस्की ने एक दो-आयामी विंग सिद्धांत विकसित किया।लैंचेस्टर के काम पर विस्तार करते हुए, लुडविग प्रैंडल को गणित विकसित करने का श्रेय दिया जाता है[17] पतली-हवा और लिफ्टिंग-लाइन सिद्धांतों के साथ-साथ सीमा परतों के साथ काम करते हैं।
जैसे -जैसे विमान की गति में वृद्धि हुई डिजाइनरों ने ध्वनि की गति के पास गति से हवा की संपीड़ितता से जुड़ी चुनौतियों का सामना करना शुरू कर दिया।ऐसी परिस्थितियों में एयरफ्लो में अंतर विमान नियंत्रण में समस्याओं का कारण बनता है, सदमे की लहरों के कारण ड्रैग में वृद्धि हुई है, और एरोलेस्टिक स्पंदन के कारण संरचनात्मक विफलता का खतरा।ध्वनि की गति के प्रवाह की गति के अनुपात को अर्नस्ट मच के बाद मच नंबर का नाम दिया गया था जो सुपरसोनिक प्रवाह के गुणों की जांच करने वाले पहले लोगों में से एक था।मैकक्वॉर्न रैंकिन और पियरे हेनरी ह्यूगोनियट ने एक सदमे की लहर से पहले और बाद में प्रवाह गुणों के लिए सिद्धांत को स्वतंत्र रूप से विकसित किया, जबकि जैकब एकरेट ने सुपरसोनिक एयरफॉइल की लिफ्ट और ड्रैग की गणना के प्रारंभिक काम का नेतृत्व किया।[18] थियोडोर वॉन क्रेमन और ह्यूग लैटिमर ड्राइडन ने महत्वपूर्ण मच संख्या और मच 1 के बीच प्रवाह की गति का वर्णन करने के लिए ट्रांसोनिक शब्द को पेश किया जहां ड्रैग तेजी से बढ़ता है। ड्रैग में इस तेजी से वृद्धि ने एरोडायनामिकिस्ट और एविएटर्स को असहमत होने के लिए नेतृत्व किया कि क्या सुपरसोनिक उड़ान तब तक प्राप्त करने योग्य थी जब तक कि 1947 में बेल एक्स -1 विमान का उपयोग करके ध्वनि अवरोध टूट गया था।
जब तक ध्वनि अवरोध टूट गया था, तब तक सबसोनिक और कम सुपरसोनिक प्रवाह की एरोडायनामिकिस्ट की समझ परिपक्व हो गई थी। शीत युद्ध ने उच्च प्रदर्शन वाले विमानों की एक कभी विकसित होने वाली लाइन के डिजाइन को प्रेरित किया। कम्प्यूटेशनल द्रव की गतिशीलता जटिल वस्तुओं के आसपास प्रवाह गुणों के लिए हल करने के प्रयास के रूप में शुरू हुई और तेजी से उस बिंदु तक विकसित हो गई है जहां कंप्यूटर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके पूरे विमान को डिज़ाइन किया जा सकता है, जिसमें हवा-टनल परीक्षणों के बाद उड़ान परीक्षणों के बाद कंप्यूटर की भविष्यवाणियों की पुष्टि करने के लिए उड़ान परीक्षणों के बाद। सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक वायुगतिकी की समझ 1960 के दशक से परिपक्व हो गई है, और वायुगतिकीयवादियों के लक्ष्य द्रव प्रवाह के व्यवहार से एक वाहन के इंजीनियरिंग में स्थानांतरित हो गए हैं जैसे कि यह द्रव प्रवाह के साथ अनुमानित रूप से बातचीत करता है। सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक स्थितियों के लिए विमान डिजाइन करना, साथ ही साथ वर्तमान विमान और प्रणोदन प्रणालियों की वायुगतिकीय दक्षता में सुधार करने की इच्छा, वायुगतिकी में नए शोध को प्रेरित करना जारी है, जबकि फ्लो टर्बुलेंस से संबंधित बुनियादी वायुगतिकीय सिद्धांत में महत्वपूर्ण समस्याओं पर काम जारी है। और नवियर-स्टोक्स समीकरणों के लिए विश्लेषणात्मक समाधानों का अस्तित्व और विशिष्टता।
मौलिक अवधारणाएं
किसी वस्तु के चारों ओर हवा की गति को समझना (जिसे अक्सर एक प्रवाह क्षेत्र कहा जाता है) वस्तु पर कार्य करने वाले बलों और क्षणों की गणना को सक्षम करता है।कई वायुगतिकी समस्याओं में, ब्याज की ताकतें उड़ान की मूलभूत ताकतें हैं: लिफ्ट, ड्रैग, थ्रस्ट और वेट।इनमें से, लिफ्ट और ड्रैग वायुगतिकीय बल हैं, अर्थात् एक ठोस शरीर पर वायु प्रवाह के कारण बल।इन मात्राओं की गणना अक्सर इस धारणा पर स्थापित की जाती है कि प्रवाह क्षेत्र एक निरंतरता के रूप में व्यवहार करता है।कॉन्टिनम फ्लो फ़ील्ड को प्रवाह वेग, दबाव, घनत्व और तापमान जैसे गुणों की विशेषता है, जो स्थिति और समय के कार्य हो सकते हैं।इन गुणों को प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष रूप से वायुगतिकी प्रयोगों में मापा जा सकता है या हवा के प्रवाह में द्रव्यमान, गति और ऊर्जा के संरक्षण के लिए समीकरणों के साथ शुरू होने की गणना की जा सकती है।घनत्व, प्रवाह वेग, और एक अतिरिक्त संपत्ति, चिपचिपाहट, का उपयोग प्रवाह क्षेत्रों को वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है।
प्रवाह वर्गीकरण
प्रवाह वेग का उपयोग गति शासन के अनुसार प्रवाह को वर्गीकृत करने के लिए किया जाता है। सबसोनिक प्रवाह प्रवाह क्षेत्र हैं जिसमें वायु गति क्षेत्र हमेशा ध्वनि की स्थानीय गति से नीचे होता है। ट्रांसोनिक प्रवाह में सबसोनिक प्रवाह और क्षेत्रों के दोनों क्षेत्र शामिल हैं जिनमें स्थानीय प्रवाह की गति ध्वनि की स्थानीय गति से अधिक है। सुपरसोनिक प्रवाह को प्रवाह के रूप में परिभाषित किया जाता है जिसमें प्रवाह की गति हर जगह ध्वनि की गति से अधिक होती है। एक चौथा वर्गीकरण, हाइपरसोनिक प्रवाह, प्रवाह को संदर्भित करता है जहां प्रवाह की गति ध्वनि की गति से बहुत अधिक है। एरोडायनामिकिस्ट हाइपरसोनिक प्रवाह की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं।
प्रवाह के भीतर अलग -अलग घनत्व के लिए संपीड़ित प्रवाह खाते हैं। सबसोनिक प्रवाह को अक्सर असंगत के रूप में आदर्श बनाया जाता है, अर्थात घनत्व को स्थिर माना जाता है। ट्रांसोनिक और सुपरसोनिक प्रवाह संपीड़ित हैं, और गणना जो इन प्रवाह क्षेत्रों में घनत्व के परिवर्तनों की उपेक्षा करती है, गलत परिणाम प्राप्त करेंगे।
चिपचिपाहट एक प्रवाह में घर्षण बलों के साथ जुड़ी हुई है। कुछ प्रवाह क्षेत्रों में, चिपचिपा प्रभाव बहुत छोटे होते हैं, और अनुमानित समाधान स्पष्ट रूप से चिपचिपा प्रभावों की उपेक्षा कर सकते हैं। इन सन्निकटन को Inviscid प्रवाह कहा जाता है। प्रवाह जिसके लिए चिपचिपाहट की उपेक्षा नहीं की जाती है उसे चिपचिपा प्रवाह कहा जाता है। अंत में, वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह वातावरण द्वारा भी वर्गीकृत किया जा सकता है। बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों (जैसे एक हवाई जहाज विंग के चारों ओर) के ठोस वस्तुओं के आसपास प्रवाह का अध्ययन है, जबकि आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं के अंदर मार्ग के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है (जैसे कि एक जेट इंजन के माध्यम से)।
निरंतरता धारणा
तरल पदार्थ और ठोस के विपरीत, गैसें असतत अणुओं से बनी होती हैं जो गैस द्वारा भरे गए वॉल्यूम के केवल एक छोटे से अंश पर कब्जा करती हैं। आणविक स्तर पर, प्रवाह क्षेत्र अपने और ठोस सतहों के साथ गैस अणुओं के कई व्यक्ति के टकराव से बने होते हैं। हालांकि, अधिकांश वायुगतिकी अनुप्रयोगों में, गैसों की असतत आणविक प्रकृति को नजरअंदाज कर दिया जाता है, और प्रवाह क्षेत्र को एक निरंतरता के रूप में व्यवहार करने के लिए माना जाता है। यह धारणा द्रव गुणों जैसे घनत्व और प्रवाह वेग को प्रवाह के भीतर हर जगह परिभाषित करने की अनुमति देती है।
निरंतरता धारणा की वैधता गैस के घनत्व और प्रश्न में आवेदन पर निर्भर है। सतत धारणा मान्य होने के लिए, माध्य मुक्त पथ की लंबाई प्रश्न में आवेदन की लंबाई पैमाने की तुलना में बहुत कम होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, कई वायुगतिकी अनुप्रयोग वायुमंडलीय परिस्थितियों में उड़ान भरने वाले विमान से निपटते हैं, जहां माध्य मुक्त पथ की लंबाई माइक्रोमीटर के क्रम पर होती है और जहां शरीर परिमाण के आदेशों को बड़ा करता है। इन मामलों में, विमान की लंबाई का पैमाना कुछ मीटर से लेकर कुछ दसियों मीटर तक होता है, जो औसत मुक्त पथ की लंबाई से बहुत बड़ा है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए, निरंतरता धारणा उचित है। निरंतरता धारणा बेहद कम घनत्व प्रवाह के लिए कम मान्य है, जैसे कि बहुत अधिक ऊंचाई पर वाहनों द्वारा सामना किए गए (जैसे 300,000 & nbsp; ft/90 & nbsp; km)[5] या कम पृथ्वी की कक्षा में उपग्रह।उन मामलों में, सांख्यिकीय यांत्रिकी समस्या को हल करने का एक अधिक सटीक तरीका है, जो निरंतर वायुगतिकी है।नॉड्सन संख्या का उपयोग सांख्यिकीय यांत्रिकी और वायुगतिकी के निरंतर सूत्रीकरण के बीच विकल्प का मार्गदर्शन करने के लिए किया जा सकता है।
संरक्षण कानून
एक द्रव निरंतरता की धारणा वायुगतिकी में समस्याओं को द्रव गतिशीलता संरक्षण कानूनों का उपयोग करके हल करने की अनुमति देती है। तीन संरक्षण सिद्धांतों का उपयोग किया जाता है:
- द्रव्यमान का संरक्षण
- द्रव्यमान के संरक्षण के लिए आवश्यक है कि द्रव्यमान को न तो बनाया जाए और न ही एक प्रवाह के भीतर नष्ट किया जाए; इस सिद्धांत के गणितीय सूत्रीकरण को द्रव्यमान निरंतरता समीकरण के रूप में जाना जाता है।
- गति का संरक्षण
- इस सिद्धांत के गणितीय सूत्रीकरण को न्यूटन के दूसरे कानून का एक अनुप्रयोग माना जा सकता है। एक प्रवाह के भीतर गति को केवल बाहरी बलों द्वारा बदल दिया जाता है, जिसमें दोनों सतह बल शामिल हो सकते हैं, जैसे कि चिपचिपा (घर्षण) बल, और शरीर बल जैसे वजन। गति संरक्षण सिद्धांत को या तो वेक्टर समीकरण के रूप में व्यक्त किया जा सकता है या तीन स्केलर समीकरणों (x, y, z घटकों) के एक सेट में अलग किया जा सकता है।
- ऊर्जा का संरक्षण
- ऊर्जा संरक्षण समीकरण में कहा गया है कि ऊर्जा को न तो एक प्रवाह के भीतर बनाया जाता है और न ही नष्ट कर दिया जाता है, और यह कि प्रवाह में एक मात्रा में ऊर्जा के किसी भी जोड़ या घटाव से गर्मी हस्तांतरण, या काम के कारण और बाहर और बाहर के क्षेत्र में काम होता है। रुचि।
साथ में, इन समीकरणों को नवियर-स्टोक्स समीकरणों के रूप में जाना जाता है, हालांकि कुछ लेखक शब्द को केवल गति समीकरण (ओं) को शामिल करने के लिए परिभाषित करते हैं। नवियर-स्टोक्स समीकरणों में कोई ज्ञात विश्लेषणात्मक समाधान नहीं है और कम्प्यूटेशनल तकनीकों का उपयोग करके आधुनिक वायुगतिकी में हल किया जाता है। क्योंकि उच्च गति कंप्यूटरों का उपयोग करने वाले कम्प्यूटेशनल तरीके ऐतिहासिक रूप से उपलब्ध नहीं थे और इन जटिल समीकरणों को हल करने की उच्च कम्प्यूटेशनल लागत अब उपलब्ध हैं, नवियर-स्टोक्स समीकरणों के सरलीकरण को नियोजित किया गया है और नियोजित किया गया है। यूलर समीकरण समान संरक्षण समीकरणों का एक सेट हैं जो चिपचिपाहट की उपेक्षा करते हैं और उन मामलों में उपयोग किए जा सकते हैं जहां चिपचिपाहट का प्रभाव छोटा होने की उम्मीद है। आगे सरलीकरण लाप्लास के समीकरण और संभावित प्रवाह सिद्धांत को जन्म देता है। इसके अतिरिक्त, बर्नौली का सिद्धांत | बर्नौली का समीकरण गति और ऊर्जा संरक्षण समीकरणों दोनों के लिए एक आयाम में एक समाधान है।
आदर्श गैस कानून या राज्य के इस तरह के समीकरण का उपयोग अक्सर इन समीकरणों के साथ संयोजन में किया जाता है, जो एक निर्धारित प्रणाली बनाने के लिए होता है जो अज्ञात चर के लिए समाधान की अनुमति देता है।[19]
वायुगतिकी की शाखाएँ
वायुगतिकीय समस्याओं को प्रवाह के वातावरण या प्रवाह के गुणों द्वारा वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें प्रवाह गति, संपीड़ितता और चिपचिपाहट शामिल हैं। बाहरी वायुगतिकी विभिन्न आकृतियों की ठोस वस्तुओं के आसपास प्रवाह का अध्ययन है। एक हवाई जहाज पर लिफ्ट और खींचें या एक रॉकेट की नाक के सामने बनने वाली सदमे तरंगों का मूल्यांकन बाहरी वायुगतिकी के उदाहरण हैं। आंतरिक वायुगतिकी ठोस वस्तुओं में मार्ग के माध्यम से प्रवाह का अध्ययन है। उदाहरण के लिए, आंतरिक वायुगतिकी एक जेट इंजन के माध्यम से या एक एयर कंडीशनिंग पाइप के माध्यम से एयरफ्लो के अध्ययन को शामिल करता है।
वायुगतिकीय समस्याओं को भी वर्गीकृत किया जा सकता है कि क्या प्रवाह की गति नीचे है, ध्वनि की गति के पास या ऊपर है। एक समस्या को सबसोनिक कहा जाता है यदि समस्या में सभी गति ध्वनि की गति से कम होती है, तो ट्रांसोनिक यदि ध्वनि की गति के नीचे और ऊपर दोनों गति मौजूद होती है (सामान्य रूप से जब विशेषता गति लगभग ध्वनि की गति होती है), जब सुपरसोनिक विशेषता प्रवाह की गति ध्वनि की गति से अधिक होती है, और हाइपरसोनिक जब प्रवाह की गति ध्वनि की गति से बहुत अधिक होती है। एरोडायनामिकिस्ट हाइपरसोनिक प्रवाह की सटीक परिभाषा पर असहमत हैं; एक मोटी परिभाषा 5 से ऊपर के मच संख्या के साथ प्रवाह को हाइपरसोनिक मानती है।[5]
प्रवाह पर चिपचिपाहट का प्रभाव एक तीसरे वर्गीकरण को निर्धारित करता है।कुछ समस्याएं केवल बहुत छोटे चिपचिपा प्रभावों का सामना कर सकती हैं, इस मामले में चिपचिपाहट को नगण्य माना जा सकता है।इन समस्याओं के अनुमानों को इनविसिड प्रवाह कहा जाता है।प्रवाह जिसके लिए चिपचिपाहट की उपेक्षा की जा सकती है, को चिपचिपा प्रवाह कहा जाता है।
अयोग्य वायुगतिकी
एक असंगत प्रवाह एक प्रवाह है जिसमें घनत्व समय और स्थान दोनों में स्थिर होता है।यद्यपि सभी वास्तविक तरल पदार्थ संपीड़ित होते हैं, एक प्रवाह को अक्सर असंगत के रूप में अनुमानित किया जाता है यदि घनत्व परिवर्तन का प्रभाव गणना किए गए परिणामों में केवल छोटे परिवर्तन का कारण बनता है।यह सच होने की संभावना है जब प्रवाह की गति ध्वनि की गति से काफी कम होती है।संपीड़ितता के प्रभाव ध्वनि की गति के करीब या उससे ऊपर की गति से अधिक महत्वपूर्ण हैं।MACH नंबर का उपयोग यह मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है कि क्या असंगतता को ग्रहण किया जा सकता है, अन्यथा संपीड़ितता के प्रभावों को शामिल किया जाना चाहिए।
सबसोनिक प्रवाह
सबसोनिक (या कम-गति) वायुगतिकी प्रवाह में द्रव गति का वर्णन करता है जो प्रवाह में हर जगह ध्वनि की गति से बहुत कम हैं।सबसोनिक प्रवाह की कई शाखाएं हैं, लेकिन एक विशेष मामला तब उत्पन्न होता है जब प्रवाह आक्रामक, असंगत और अप्रिय होता है।इस मामले को संभावित प्रवाह कहा जाता है और विभेदक समीकरणों की अनुमति देता है जो प्रवाह का वर्णन करते हैं, जो द्रव की गतिशीलता के समीकरणों का एक सरलीकृत संस्करण है, इस प्रकार एरोडायनामिकिस्ट को त्वरित और आसान समाधानों की एक श्रृंखला उपलब्ध कराता है।[20]
एक सबसोनिक समस्या को हल करने में, वायुगतिकीय द्वारा किए जाने वाले एक निर्णय यह है कि क्या संपीड़ितता के प्रभावों को शामिल करना है।संपीड़ितता प्रवाह में घनत्व के परिवर्तन की मात्रा का विवरण है।जब समाधान पर संपीड़ितता के प्रभाव छोटे होते हैं, तो यह धारणा कि घनत्व स्थिर है।समस्या तब एक असंगत कम गति वाले वायुगतिकी समस्या है।जब घनत्व को अलग -अलग होने की अनुमति दी जाती है, तो प्रवाह को संपीड़ित कहा जाता है।हवा में, आमतौर पर संपीड़ितता प्रभावों को नजरअंदाज किया जाता है जब प्रवाह में मच संख्या 0.3 (लगभग 335 फीट (102 & nbsp; m) प्रति सेकंड या 228 मील (366 & nbsp; किमी) प्रति घंटे 60 & nbsp पर प्रति घंटे से अधिक नहीं होती है; ° F (16 & nbsp; ° C; ° C;))।मच 0.3 के ऊपर, समस्या प्रवाह को संपीड़ित वायुगतिकी का उपयोग करके वर्णित किया जाना चाहिए।
संपीड़ित वायुगतिकी
एरोडायनामिक्स के सिद्धांत के अनुसार, एक प्रवाह को संपीड़ित माना जाता है यदि घनत्व एक स्ट्रीमलाइन, स्ट्रीकलाइन और पाथलाइन के साथ बदलता है। स्ट्रीमलाइन।इसका मतलब यह है कि - असंगत प्रवाह के विपरीत - घनत्व में परिवर्तन पर विचार किया जाता है।सामान्य तौर पर, यह वह मामला है जहां भाग या सभी प्रवाह में मच संख्या 0.3 से अधिक है।मच 0.3 मान बल्कि मनमाना है, लेकिन इसका उपयोग किया जाता है क्योंकि गैस के नीचे एक मच संख्या के साथ गैस बहती है, उस मान से 5%से कम घनत्व में परिवर्तन प्रदर्शित होता है।इसके अलावा, यह अधिकतम 5% घनत्व परिवर्तन ठहराव बिंदु पर होता है (ऑब्जेक्ट पर बिंदु जहां प्रवाह की गति शून्य है), जबकि ऑब्जेक्ट के बाकी हिस्सों के आसपास घनत्व में परिवर्तन काफी कम होगा।ट्रांसोनिक, सुपरसोनिक और हाइपरसोनिक प्रवाह सभी संपीड़ित प्रवाह हैं।
ट्रांसोनिक प्रवाह
ट्रांसोनिक शब्द ध्वनि की स्थानीय गति के ठीक नीचे और ऊपर प्रवाह वेगों की एक सीमा को संदर्भित करता है (आमतौर पर मच 0.8-1.2 के रूप में लिया जाता है)।इसे महत्वपूर्ण मच संख्या के बीच गति की सीमा के रूप में परिभाषित किया गया है, जब एक विमान के ऊपर एयरफ्लो के कुछ हिस्से सुपरसोनिक हो जाते हैं, और एक उच्च गति, आमतौर पर मच 1.2 के पास, जब सभी एयरफ्लो सुपरसोनिक होते हैं।इन गति के बीच, कुछ एयरफ्लो सुपरसोनिक हैं, जबकि कुछ एयरफ्लो सुपरसोनिक नहीं हैं।
सुपरसोनिक प्रवाह
सुपरसोनिक वायुगतिकीय समस्याएं वे हैं जो ध्वनि की गति से अधिक प्रवाह गति को शामिल करते हैं। क्रूज के दौरान कॉनकॉर्ड पर लिफ्ट की गणना करना एक सुपरसोनिक वायुगतिकीय समस्या का एक उदाहरण हो सकता है।
सुपरसोनिक प्रवाह सबसोनिक प्रवाह से बहुत अलग व्यवहार करता है। तरल पदार्थ दबाव में अंतर पर प्रतिक्रिया करते हैं; दबाव में परिवर्तन होता है कि कैसे एक तरल पदार्थ को उसके वातावरण का जवाब देने के लिए कहा जाता है। इसलिए, चूंकि ध्वनि, वास्तव में, एक तरल पदार्थ के माध्यम से फैलने वाले एक असीम दबाव अंतर है, उस द्रव में ध्वनि की गति को सबसे तेज गति माना जा सकता है जो जानकारी प्रवाह में यात्रा कर सकती है। यह अंतर स्पष्ट रूप से किसी वस्तु को हड़ताली तरल पदार्थ के मामले में प्रकट करता है। उस वस्तु के सामने, द्रव एक ठहराव दबाव का निर्माण करता है क्योंकि वस्तु के साथ प्रभाव चलती तरल पदार्थ को आराम करने के लिए लाता है। सबसोनिक गति से यात्रा करने वाले तरल पदार्थ में, यह दबाव गड़बड़ी ऊपर की ओर फैल सकती है, वस्तु के आगे प्रवाह पैटर्न को बदल सकती है और यह धारणा दे सकती है कि द्रव को पता है कि वस्तु अपने आंदोलन को समायोजित करके है और इसके चारों ओर बह रही है। एक सुपरसोनिक प्रवाह में, हालांकि, दबाव की गड़बड़ी अपस्ट्रीम का प्रचार नहीं कर सकती है। इस प्रकार, जब द्रव अंत में उस वस्तु तक पहुंच जाता है, तो यह उस पर हमला करता है और द्रव को अपने गुणों को बदलने के लिए मजबूर किया जाता है - तापमान, घनत्व, दबाव और मच संख्या - एक अत्यंत हिंसक और अपरिवर्तनीय फैशन में एक शॉक वेव कहा जाता है। उच्च-प्रवाह वेग (रेनॉल्ड्स संख्या देखें) तरल पदार्थ के संपीड़ितता प्रभावों के साथ सदमे तरंगों की उपस्थिति, सुपरसोनिक और सबसोनिक वायुगतिकी शासनों के बीच केंद्रीय अंतर है।
हाइपरसोनिक प्रवाह
वायुगतिकी में, हाइपरसोनिक गति गति होती है जो अत्यधिक सुपरसोनिक होती हैं।1970 के दशक में, यह शब्द आम तौर पर मच 5 (ध्वनि की गति से 5 गुना) और उससे अधिक की गति को संदर्भित करने के लिए आया था।हाइपरसोनिक शासन सुपरसोनिक शासन का एक सबसेट है।हाइपरसोनिक प्रवाह को एक सदमे की लहर, चिपचिपा बातचीत और गैस के रासायनिक पृथक्करण के पीछे उच्च तापमान प्रवाह की विशेषता है।
संबंधित शब्दावली
असंगत और संपीड़ित प्रवाह शासन कई संबद्ध घटनाओं का उत्पादन करते हैं, जैसे कि सीमा परतें और अशांति।
सीमा परतें
एक सीमा परत की अवधारणा वायुगतिकी में कई समस्याओं में महत्वपूर्ण है।हवा में चिपचिपाहट और द्रव घर्षण केवल इस पतली परत में महत्वपूर्ण होने के रूप में अनुमानित है।यह धारणा इस तरह के वायुगतिकी के विवरण को गणितीय रूप से बहुत अधिक ट्रैक्टेबल बनाती है।
अशांति
वायुगतिकी में, अशांति को प्रवाह में अराजक संपत्ति परिवर्तन की विशेषता है।इनमें कम गति प्रसार, उच्च गति संवहन, और अंतरिक्ष और समय में दबाव और प्रवाह वेग की तेजी से भिन्नता शामिल है।प्रवाह जो अशांत नहीं है उसे लामिनार प्रवाह कहा जाता है।
अन्य क्षेत्रों में वायुगतिकी
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इंजीनियरिंग डिजाइन
एरोडायनामिक्स वाहन डिजाइन का एक महत्वपूर्ण तत्व है, जिसमें सड़क कार और ट्रक शामिल हैं, जहां मुख्य लक्ष्य वाहन ड्रैग गुणांक को कम करना है, और रेसिंग कारों को कम करना है, जहां ड्रैग को कम करने के अलावा लक्ष्य भी डाउनफोर्स के समग्र स्तर को बढ़ाना है।[20]नौकायन जहाजों पर अभिनय करने वाले बलों और क्षणों की भविष्यवाणी में वायुगतिकी भी महत्वपूर्ण है।इसका उपयोग यांत्रिक घटकों जैसे हार्ड ड्राइव हेड्स के डिजाइन में किया जाता है।संरचनात्मक इंजीनियर वायुगतिकी और विशेष रूप से एयरोलेस्टिकिटी का सहारा लेते हैं, जब बड़ी इमारतों, पुलों और पवन टर्बाइन के डिजाइन में हवा के भार की गणना करते हैं
आंतरिक मार्ग के वायुगतिकी हीटिंग/वेंटिलेशन, गैस पाइपिंग और ऑटोमोटिव इंजनों में महत्वपूर्ण है जहां विस्तृत प्रवाह पैटर्न इंजन के प्रदर्शन को दृढ़ता से प्रभावित करते हैं।
पर्यावरण डिजाइन
शहरी वायुगतिकी का अध्ययन टाउन प्लानर्स और डिजाइनरों द्वारा किया जाता है जो बाहरी स्थानों में एमेनिटी में सुधार करने के लिए, या शहरी प्रदूषण के प्रभावों को कम करने के लिए शहरी माइक्रोकलाइमेट बनाने की मांग करते हैं।पर्यावरणीय वायुगतिकी का क्षेत्र उन तरीकों का वर्णन करता है जिनमें वायुमंडलीय परिसंचरण और उड़ान यांत्रिकी पारिस्थितिक तंत्र को प्रभावित करते हैं।
वायुगतिकीय समीकरणों का उपयोग संख्यात्मक मौसम की भविष्यवाणी में किया जाता है।
बॉल-कंट्रोल खेल में
खेल जिसमें वायुगतिकी महत्वपूर्ण महत्व के होते हैं, में फुटबॉल, टेबल टेनिस, क्रिकेट, बेसबॉल और गोल्फ शामिल हैं, जिसमें अधिकांश खिलाड़ी मैग्नस प्रभाव का उपयोग करके गेंद के प्रक्षेपवक्र को नियंत्रित कर सकते हैं।
यह भी देखें
- एरोनॉटिक्स
- एयरोस्टैटिक्स
- विमानन
- कीट उड़ान - कैसे कीड़े उड़ते हैं
- एयरोस्पेस इंजीनियरिंग विषयों की सूची
- इंजीनियरिंग विषयों की सूची
- नाक शंकु डिजाइन
- द्रव गतिविज्ञान
- कम्प्यूटेशनल तरल सक्रिय
संदर्भ
- ↑ "How the Stork Inspired Human Flight". flyingmag.com.[permanent dead link]
- ↑ "Wind Power's Beginnings (1000 BC – 1300 AD) Illustrated History of Wind Power Development". Telosnet.com. Archived from the original on 2010-12-02. Retrieved 2011-08-24.
- ↑ Berliner, Don (1997). Aviation: Reaching for the Sky. The Oliver Press, Inc. p. 128. ISBN 1-881508-33-1.
- ↑ Ovid; Gregory, H. (2001). The Metamorphoses. Signet Classics. ISBN 0-451-52793-3. OCLC 45393471.
- ↑ 5.0 5.1 5.2 Anderson, John David (1997). A History of Aerodynamics and its Impact on Flying Machines. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN 0-521-45435-2.
- ↑ Newton, I. (1726). Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, Book II.
- ↑ "Hydrodynamica". Britannica Online Encyclopedia. Retrieved 2008-10-30.
- ↑ Navier, C. L. M. H. (1827). "Memoire Sur les Lois du Mouvement des fluides". Mémoires de l'Académie des Sciences. 6: 389–440.
- ↑ Stokes, G. (1845). "On the Theories of the Internal Friction of Fluids in Motion". Transactions of the Cambridge Philosophical Society. 8: 287–305.
- ↑ "U.S Centennial of Flight Commission – Sir George Cayley". Archived from the original on 20 September 2008. Retrieved 2008-09-10.
Sir George Cayley, born in 1773, is sometimes called the Father of Aviation. A pioneer in his field, he was the first to identify the four aerodynamic forces of flight – weight, lift, drag, and thrust and their relationship. He was also the first to build a successful human-carrying glider. Cayley described many of the concepts and elements of the modern airplane and was the first to understand and explain in engineering terms the concepts of lift and thrust.
- ↑ d'Alembert, J. (1752). Essai d'une nouvelle theorie de la resistance des fluides.
- ↑ Kirchhoff, G. (1869). "Zur Theorie freier Flussigkeitsstrahlen". Journal für die reine und angewandte Mathematik. 1869 (70): 289–298. doi:10.1515/crll.1869.70.289. S2CID 120541431.
- ↑ Rayleigh, Lord (1876). "On the Resistance of Fluids". Philosophical Magazine. 2 (13): 430–441. doi:10.1080/14786447608639132.
- ↑ Renard, C. (1889). "Nouvelles experiences sur la resistance de l'air". L'Aéronaute. 22: 73–81.
- ↑ Lanchester, F. W. (1907). Aerodynamics.
- ↑ Prandtl, L. (1919). Tragflügeltheorie. Göttinger Nachrichten, mathematischphysikalische Klasse, 451–477.
- ↑ Ackeret, J. (1925). "Luftkrafte auf Flugel, die mit der grosser also Schallgeschwindigkeit bewegt werden". Zeitschrift für Flugtechnik und Motorluftschiffahrt. 16: 72–74.
- ↑ "Understanding Aerodynamics: Arguing from the Real Physics" Doug McLean John Wiley & Sons, 2012 Chapter 3.2 "The main relationships comprising the NS equations are the basic conservation laws for mass, momentum, and energy. To have a complete equation set we also need an equation of state relating temperature, pressure, and density..." https://play.google.com/books/reader?id=_DJuEgpmdr8C&printsec=frontcover&pg=GBS.PA191.w.0.0.0.151
- ↑ 20.0 20.1 Katz, Joseph (1991). Low-speed aerodynamics: From wing theory to panel methods. McGraw-Hill series in aeronautical and aerospace engineering. New York: McGraw-Hill. ISBN 0-07-050446-6. OCLC 21593499.
अग्रिम पठन
General aerodynamics
- Anderson, John D. (2007). Fundamentals of Aerodynamics (4th ed.). McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-125408-3. OCLC 60589123.
- Bertin, J. J.; Smith, M. L. (2001). Aerodynamics for Engineers (4th ed.). Prentice Hall. ISBN 0-13-064633-4. OCLC 47297603.
- Smith, Hubert C. (1991). Illustrated Guide to Aerodynamics (2nd ed.). McGraw-Hill. ISBN 0-8306-3901-2. OCLC 24319048.
- Craig, Gale (2003). Introduction to Aerodynamics. Regenerative Press. ISBN 0-9646806-3-7. OCLC 53083897.
Subsonic aerodynamics
- Katz, Joseph; Plotkin, Allen (2001). Low-Speed Aerodynamics (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 0-521-66552-3. OCLC 43970751.
- Obert, Ed (2009). Aerodynamic Design of Transport Aircraft at Google Books. Delft; About practical aerodynamics in industry and the effects on design of aircraft. ISBN 978-1-58603-970-7.
Transonic aerodynamics
- Moulden, Trevor H. (1990). Fundamentals of Transonic Flow. Krieger Publishing Company. ISBN 0-89464-441-6. OCLC 20594163.
- Cole, Julian D; Cook, L. Pamela (1986). Transonic Aerodynamics. North-Holland. ISBN 0-444-87958-7. OCLC 13094084.
Supersonic aerodynamics
- Ferri, Antonio (2005). Elements of Aerodynamics of Supersonic Flows (Phoenix ed.). Dover Publications. ISBN 0-486-44280-2. OCLC 58043501.
- Shapiro, Ascher H. (1953). The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow, Volume 1. Ronald Press. ISBN 978-0-471-06691-0. OCLC 11404735.
- Anderson, John D. (2004). Modern Compressible Flow. McGraw-Hill. ISBN 0-07-124136-1. OCLC 71626491.
- Liepmann, H. W.; Roshko, A. (2002). Elements of Gasdynamics. Dover Publications. ISBN 0-486-41963-0. OCLC 47838319.
- von Mises, Richard (2004). Mathematical Theory of Compressible Fluid Flow. Dover Publications. ISBN 0-486-43941-0. OCLC 56033096.
- Hodge, B. K.; Koenig K. (1995). Compressible Fluid Dynamics with Personal Computer Applications. Prentice Hall. ISBN 0-13-308552-X. OCLC 31662199.
Hypersonic aerodynamics
- Anderson, John D. (2006). Hypersonic and High Temperature Gas Dynamics (2nd ed.). AIAA. ISBN 1-56347-780-7. OCLC 68262944.
- Hayes, Wallace D.; Probstein, Ronald F. (2004). Hypersonic Inviscid Flow. Dover Publications. ISBN 0-486-43281-5. OCLC 53021584.
History of aerodynamics
- Chanute, Octave (1997). Progress in Flying Machines. Dover Publications. ISBN 0-486-29981-3. OCLC 37782926.
- von Karman, Theodore (2004). Aerodynamics: Selected Topics in the Light of Their Historical Development. Dover Publications. ISBN 0-486-43485-0. OCLC 53900531.
- Anderson, John D. (1997). A History of Aerodynamics: And Its Impact on Flying Machines. Cambridge University Press. ISBN 0-521-45435-2. OCLC 228667184.
Aerodynamics related to engineering
Ground vehicles
- Katz, Joseph (1995). Race Car Aerodynamics: Designing for Speed. Bentley Publishers. ISBN 0-8376-0142-8. OCLC 181644146.
- Barnard, R. H. (2001). Road Vehicle Aerodynamic Design (2nd ed.). Mechaero Publishing. ISBN 0-9540734-0-1. OCLC 47868546.
Fixed-wing aircraft
- Ashley, Holt; Landahl, Marten (1985). Aerodynamics of Wings and Bodies (2nd ed.). Dover Publications. ISBN 0-486-64899-0. OCLC 12021729.
- Abbott, Ira H.; von Doenhoff, A. E. (1959). Theory of Wing Sections: Including a Summary of Airfoil Data. Dover Publications. ISBN 0-486-60586-8. OCLC 171142119.
- Clancy, L.J. (1975). Aerodynamics. Pitman Publishing Limited. ISBN 0-273-01120-0. OCLC 16420565.
Helicopters
- Leishman, J. Gordon (2006). Principles of Helicopter Aerodynamics (2nd ed.). Cambridge University Press. ISBN 0-521-85860-7. OCLC 224565656.
- Prouty, Raymond W. (2001). Helicopter Performance, Stability, and Control. Krieger Publishing Company Press. ISBN 1-57524-209-5. OCLC 212379050.
- Seddon, J.; Newman, Simon (2001). Basic Helicopter Aerodynamics: An Account of First Principles in the Fluid Mechanics and Flight Dynamics of the Single Rotor Helicopter. AIAA. ISBN 1-56347-510-3. OCLC 47623950.
Missiles
- Nielson, Jack N. (1988). Missile Aerodynamics. AIAA. ISBN 0-9620629-0-1. OCLC 17981448.
Model aircraft
- Simons, Martin (1999). Model Aircraft Aerodynamics (4th ed.). Trans-Atlantic Publications, Inc. ISBN 1-85486-190-5. OCLC 43634314.
Related branches of aerodynamics
Aerothermodynamics
- Hirschel, Ernst H. (2004). Basics of Aerothermodynamics. Springer. ISBN 3-540-22132-8. OCLC 228383296.
- Bertin, John J. (1993). Hypersonic Aerothermodynamics. AIAA. ISBN 1-56347-036-5. OCLC 28422796.
Aeroelasticity
- Bisplinghoff, Raymond L.; Ashley, Holt; Halfman, Robert L. (1996). Aeroelasticity. Dover Publications. ISBN 0-486-69189-6. OCLC 34284560.
- Fung, Y. C. (2002). An Introduction to the Theory of Aeroelasticity (Phoenix ed.). Dover Publications. ISBN 0-486-49505-1. OCLC 55087733.
Boundary layers
- Young, A. D. (1989). Boundary Layers. AIAA. ISBN 0-930403-57-6. OCLC 19981526.
- Rosenhead, L. (1988). Laminar Boundary Layers. Dover Publications. ISBN 0-486-65646-2. OCLC 17619090.
Turbulence
- Tennekes, H.; Lumley, J. L. (1972). A First Course in Turbulence. The MIT Press. ISBN 0-262-20019-8. OCLC 281992.
- Pope, Stephen B. (2000). Turbulent Flows. Cambridge University Press. ISBN 0-521-59886-9. OCLC 174790280.
बाहरी संबंध
- NASA Beginner's Guide to Aerodynamics
- Aerodynamics for Students
- Aerodynamics for Pilots
- Aerodynamics and Race Car Tuning
- Aerodynamic Related Projects Archived 2018-12-13 at the Wayback Machine
- eFluids Bicycle Aerodynamics
- Application of Aerodynamics in Formula One (F1)
- Aerodynamics in Car Racing
- Aerodynamics of Birds Archived 2010-03-24 at the Wayback Machine
- NASA Aerodynamics Index
