Aerodünaamika

Aerodünaamika (kreeka keeles ἀήρ (aer) 'õhk' + δυναμική (dynamis) 'jõud') on vooluste mehaanika haru, mis uurib kokkusurutava fluidumi, antud juhul õhu liikumist üle/ümber selles voolus olevate jäikade kehade ja õhus liikuvatele kehadele mõjuvaid jõudusid. Aerodünaamika terminit kasutatakse tihti sünonüümina gaasidünaamikale, kuid vahe on selles, et “gaasidünaamika” on kõikide gaaside, mitte ainult õhu liikumise uurimine. Aerodünaamika teaduslik uurimine tänapäeva mõistes algas 18. sajandil, kuigi põhiideede uurimine algas palju varem. Enamus varasematest saavutustest aerodünaamikas olid suunatud sellele, et saavutada õhust raskemate seadmete lendamine, mida demonstreerisid esimestena vennad Wilbur ja Orville Wright 1903. aastal. Hiljutised uurimused aerdünaamikas keskenduvad kokkusurutavale voolule, turbulentsile ja hõõrdele piirkihiteoorias.

Ajalugu

Tänapäeva aerodünaamika pärineb 17. sajandist, kuid aerodünaamilisi jõude on inimesed purjelaevade ja tuuleveskite juures rakendanud juba tuhandeid aastaid; pilte ja lugusid lendamisest leiab läbi terve salvestatud ajaloo, näiteks Antiik-Kreeka müüt Ikarosest ja Daedalusest. Aristotelese ja Archimedese töödes kohtab põhimõisteid nagu kontiinum, takistus ja rõhugradient.

1726. aastal lõi Isaac Newton õhutakistuse teooria, mis tegi temast ühe esimese aerodünaamika uurimuste alusepanija. Hollandi-Šveitsi matemaatik Daniel Bernoulli kirjeldas oma hüdrodünaamikas fundamentaalset suhet rõhu, tiheduse ja kokkusurutamatu voolu kiiruse vahel, mida tänapäeval teatakse kui Bernoulli printsiipi, mis pakub ühe metoodi aerodünaamilise tõstejõu arvutamiseks.

1889. aastal ennustas prantsuse lennundusinsener Charles Renard esimese inimesena mõistetavalt lendamiseks vajava võimsuse suurust. Otto Lilienthal oli esimene, kes sooritas edukalt juhitavaid lauglende ja pakkus välja õhukese, kumera kujuga tiivaprofiili, mis annab väikese takistuse juures suure tõstejõu. Toetudes nendele uuendustele ja nende endi valmistatud tuuletunnelis tehtud uuringute tulemustele, sooritasid vennad Wrightid 17. detsembril 1903 maailma esimese mootorlennu.

Põhimõisted

Jäiga objekti ümber õhu liikumise mõistmine võimaldab objektile mõjuvate jõudude ja jõumomentide arvutamise. Mitmete aerodünaamiliste küsimuste korral on kasutatavateks jõududeks lennu põhijõud: tõstejõud, takistusjõud, telgsurvejõud (?) ja mass. Nendest jõududest tõste- ja takistusjõud on aeruodünaamilised jõud, st jõud, mis tekivad õhu voolamisel ümber tahke keha. Nende jõudude suuruste arvutamisel juhindutakse enamasti eeldusest, et vooluala toimib nagu kontiinum. Kontiinum vooluvälju iseloomustavad omadused nagu voolukiirus, rõhk, tihedus, viskoossus ja temperatuur, mis võivad olla koha ja aja funktsioonid. Neid omadusi saab mõõta kaudselt või otseselt aerodünaamilistes eksperimentites või arvutada alustades massi säilitamise võrranditest, inertsimomendist ja õhuvoolude energiast.