معرفی آشنایی با آیرودینامیک

[Maryam Poursoleymani 62]

آیرودینامیک شاخه‌ای از دینامیک گازها و در حالت کلی‌تر دینامیک سیّالات است که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک می‌پردازد. منظور از حل یک مسألهٔ آیرودینامیکی، محاسبهٔ میدان سرعت، فشار، و دمای هوا در اطراف یک جسم است.

مسأله‌های آیرودینامیکی را می‌توان از جنبه‌های مختلف طبقه‌بندی کرد. یک طبقه‌بندی معمول بر اساس الگوی جریان هواست. اگر مسألهٔ آیرودینامیکی مربوط به جریان هوا در اطراف یک جسم باشد به آن آیرودینامیک بیرونی و اگر مربوط به جریان هوا داخل یک محیط بسته باشد به آن آیرودینامیک درونی گفته می‌شود. مثال آیرودینامیک بیرونی، جریان هوا در اطراف یک هواپیما و مثال آیرودینامیک درونی، جریان هوا داخل یک موتور جت یا تونل باد است.روش دوم طبقه‌بندی بر اساس چگالی هواست. اگر چگالی جریان هوا در همهٔ نقاط میدان سیّال ثابت باشد و با زمان تغییر نکند، جریان تراکم‌ناپذیر و در غیر این صورت تراکم‌پذیر است.

روش سوم طبقه‌بندی مسأله‌های آیرودینامیکی بر اساس عدد ماخ جریان هوا است. اگر عدد ماخ کوچک‌تر از یک باشد جریان فروصوتی، اگر نزدیک یک باشد جریان هَماصوتی، اگر بزرگ‌تر از یک و کوچک‌تر از پنج باشد جریان زبرصوتی، و اگر بزرگ‌تر از پنج باشد جریان فوق‌صوتی خوانده می‌شود.

روش چهارم طبقه‌بندی بر اساس گرانروی هواست. اگر ضریب گرانروی ناچیز فرض شود جریان غیرلزج و در غیر این صورت لزج خوانده می‌شود.

دو دسته آیرودینامیک تئوری و آیرودینامیک تجربی وجود دارد که در تئوری به محاسبات و تحلیلهای محاسباتی و عددی اکتفا میشود . مثلا جسم پرنده رو درون یک نرم افزار تحلیل می کنند و یا معادلات جریان رو برای یک جسم حل می کنند. معمولا به کسایی که تخصصشون این موضوع است، سي اف دي كار (cfd man ) میگویند.اما در آیرودینامیک تجربی به محاسبه مجهولات در عمل می پردازنذ.در واقع برای بررسی جریان٬ جسم رو درون اتاقک های مخصوصی قرار و سپس جریان رو درون اتاقک حرکت می دهند . به مجموعه این اتاقک، موتور و سایر تجهیزات٬ تونل باد (wind tunnel) می گویند.

 

آیرودینامیک از مهم‌ترین پایه‌های هوافضا به‌شمار می‌رود. علم آیرودینامیک به‌مطالعه و بررسی جریان هوا و محاسبهٔ نیروها و گشتاورهای ناشی از آن بر روی جسم پرنده، می‌پردازد. مهندسین هوافضا در این گرایش جریان‌های پیچیده در اطراف جسم پرنده را تحلیل می‌کنند و با بدست آوردن نیروهای آیرودینامیکی به‌بررسی پایداری و طراحی سازهٔ شناور در سیال - بیشتر هوای اطراف زمین که در ارتفاعات مختلف فاکتورهای متفاوت دارد، مورد بحث است - می‌پردازند.

نرم افزارهای آیرودینامیک

درآیرودینامیک کدنویسی یکی از مباحث مهم است.رايج ترين زبان برنامه نويسي زبان فورترن است.فورترن با وجود سادگی از قدرت و سرعت بالايی برخوردار است، بطوريکه می توان از آن برای نوشتن برنامه های CFD استفاده کرد.مزيتي كه اين زبان دارد سرعت بالاي محاسبات است كه چند يا چندين برابر زبان هاي جديد مثل متلب می باشد.

از ديگر نرم افزارهای مهم و رايج در علم آيروديناميك، نرم افزار فلوئنت و گمبيت است.هندسه و شبکه را می‌توان توسط نرم‌افزار پیش‌ پردازنده‌ی گمبیت (GAMBIT) تولید کرد. همچنین می‌توان از نرم‌افزار پیش‌پردازنده‌ی Tgrid برای تولید مش‌ های مثلثی و مش‌ های حجمی چهار وجهی و شش‌ وجهی از مش‌های مرزی موجود استفاده کرد.

در گمبيت ابتدا هندسه جسمي كه قصد داريم در جريان قرار بدهيم را مدل مي كنيم، سپس اين هندسه را وارد فلوئنت كرده و تحليل مي كنيم.نرم‌افزار فلوئنت

(FLUENT)، ‌اوج هنر برنامه‌نویسی برای مدل کردن جریان سیال و انتقال حرارت در هندسه‌های پیچیده می‌باشد. فلوئنت مثل يک تونل باد مجازي است كه می توان به صورت عددي جريان روی جسم مدل شده را شبيه سازي كرد و نتايج را در عمل استفاده كرد.

نرم افزارهاي زيادي مثل فلوئنت هستند ولي به اندازه اين نرم افزار پركاربرد نبودند مثل:

cfx , star-cd , cfd-ace , phoenics , flow3d , fire , swift

نرم افزارهاي ديگری هم هستند كه به صورت كدهاي آماده و بر اساس روابط تئوري و هم چنين تجربي در آزمايشگاه نوشته شده اند و از اعتبار خوبي برخوردارند. مثلا كدهاي آماده x-foil براي تحليل ايرفويل در انواع جريان ها مناسب است.كدهاي x-foil بعد ها تحت نرم افزار profili ارائه شد كه محيط نرم افزار از حالت كد خارج شده است.

 

نرم افزار ديگری كه به صورت كدنويسي بسيار معتبر ، نرم افزار digital datcom هست.

هدف از این برنامه آن است که با کمترین هزینه (زمان و دانش و …) ضرایب آیرودینامیکی و ضرایب پایداری پرنده را بتوان در فاز طراحی مفهومی استخراج کرد تا در این فاز با سرعت و دقت بیشتری به پیش برود .متد کار این برنامه به این صورت است که مشخصات بال و دم و بدنه و …. را به صورت مجزا به برنامه میدهید آنگاه برنامه با ترکیب این اطلاعات به شما C_L و C_D و C_m و C_N و C_A و C_Lα و C_mα و C_Yβ و C_nβ و C_lβ را میدهید .

آیرودینامیک در دانشگاه های ایران

درس آيروديناميك در دوره كارشناسي در قالب دو درس سه واحدي (آيروديناميك 1 و 2) ارائه مي شود.غالب اساتيد مرجع اصلي اين درس رو آيروديناميك جان اندرسون معرفي مي كنند.

این کتاب از لحاظ آموزشی بسیار کتاب فوق العاده ای است و مباحث به شکل قابل فهم در آن بیان شده است.

در مقطع ارشد درس ها تخصصي تر می شود.... عناوين دروس آيروديناميكي در ارشد به شرح زير است:

- رياضيات پيشرفته - آيروديناميك مادون صوت - آيروديناميك مافوق صوت - تئوري لايه مرزي - ديناميك سيالات محاسباتي 1 (cfd)- توربولانس- آيروديناميك پيشرفته- آيروديناميك توربوماشين ها- توليد شبكه محاسباتي- ديناميك سيالات محاسباتي 2 (cfd)- آيروديناميك غير دائم- آيروديناميك هليكوپتر- جريان هاي چندفازي

- آيروديناميك ماوراء صوت- تئوري اغتشاشات