Aerodynamik generelt

aerodynamik, læren om luftarters strømning, især omkring faste legemer, samt om de kræfter, hvormed sådanne legemer påvirkes. Der kan fx være tale om flyvemaskiner, motorkøretøjer, tog, skibe og vindmøller.

Aerodynamik er nært beslægtet med hydrodynamik, læren om væskers bevægelse. Begge stammer fra første halvdel af 1700-t. I 1738 udgav Daniel Bernoulli bogen Hydrodynamica, der indeholder lovmæssigheder, som også er anvendelige på luftarters bevægelse. Aerodynamik blev først en selvstændig disciplin i forbindelse med luftfartens fremkomst i 1900-t. Siden da har den udviklet sig meget, ikke mindst som led i udviklingen af flyvning med hastigheder, der er større end lydens.

Ordet aerodynamik kommer af græsk aero- og dynamikos 'kraftig', af dynamis 'kraft'. Underlydshastighed Ved strømningshastigheder op til ca. 30% af lydhastigheden kan luften regnes for usammentrykkelig. I den såkaldte potentialstrømningsteori regnes luften endvidere gnidnings- og hvirvelfri, og med disse forudsætninger gælder Bernoullis ligning. Denne siger, at summen af luftens tryk og dens bevægelsesenergi pr. rumfang, set fra flyet, er ens overalt i samme højde. Stor strømningshastighed betyder altså lavt tryk. Anvendes teorien på strømningen omkring et sædvanligt strømlinjet bæreplan, er resultatet skuffende; opdriften bliver nul, og trykket ved planets skarpe bagkant skulle være uendelig stort (se d'Alemberts paradoks).

Aerodynamik. Den øverste figur viser laminær strømning om et vingeprofil; på den nederste figur er vingens indfaldsvinkel forøget så meget, at der opstår turbulens.

Aerodynamik. Den øverste figur viser laminær strømning om et vingeprofil; på den nederste figur er vingens indfaldsvinkel forøget så meget, at der ops...

Den tyske fysiker Prandtl gav i 1904 en løsning på problemet med sin såkaldte grænselagsteori. Den tager hensyn til, at der nødvendigvis må være gnidning og hvirvler i et tyndt lag, grænselaget, ved bæreplanets overflade. Ved yderligere at antage, at den ydre luftstrøm er en potentialstrøm, kan teorien forklare, dels at der føres hvirvler bort bagud, dels at der bliver glat afstrømning ved planets bagkant. Herved får luftstrømmen større hastighed over planet end under det, og der vil ifølge Bernoullis ligning opstå en trykforskel mellem over- og underside. Denne vil sammen med hvirveldannelsen påvirke planet med en samlet kraft, som kan opdeles i to bidrag: opdriften og modstanden. Opdriften får fx et fly til at lette; modstanden virker modsat bevægelsen og er den kraft, et flys motorer skal overvinde for at få fremdrift. Opdriften kan øges ved at stille vingeprofilet skråt i forhold til luftstrømmen. Øges vinklen mellem plan og luftstrøm, separeres grænselaget og dets hvirvler efterhånden fra overfladen længe før planets bagkant (hvirvelafløsning); resultatet er, at opdriften falder, mens modstanden stiger (stall). For fx et svævefly bør opdriften være størst mulig og modstanden mindst mulig; for en bil bør både opdrift og modstand minimeres.

Laminar strømning

laminar strømning. Regelmæssig strømningstype i væsker eller gasser, hvor stoffets bevægelse kan opfattes som lagdelt (lamineret). Rent laminar strømning forekommer næsten udelukkende ved stationær strømning i smalle kanaler med lav strømningshastighed og i nærheden af grænseflader. Strømlinjede former fremmer laminar strømning. Hvis betingelserne for laminar strømning ikke er til stede, bliver strømningen turbulent. Reynolds-tal kan bruges som indikator for, om strømning vil være laminar eller turbulent.

Turbolent strømning

Turbulens forekommer overalt. Fra morgenkaffen, når teskeen bevæges frem og tilbage, luftstrømninger henover en golfbold og helt til de fjerneste stjernetåger.

Hovedsageligt opstår turbulens, når gasser eller væske skal passere noget. Det kan enten være en sten i en flod, to forskellige gasser, der støder sammen eller bare vi trækker vejret.

Så længe en væske eller gas bevæger sig som en samlet masse med små hastigheder, opfører det sig forudsigeligt - Også kaldet laminar da der dannes pæne 'lag'.

Men så snart man når en kritisk hastighed, vil væsken blive turbulent. Den kritiske hastighed afhænger af viskositeten af væsken.

Viskositeten er et mål for, hvor sejt et materiale er at bevæge sig igennem. Væsker med lav viskositet er f.eks. vand og mælk. Væsker med en høj viskositet er tykke olier og sirup.

Når f.eks. væske bliver turbulent, dannes der hvirvler og eddier ('krøllerne' der ses, når man trækker hånden gennem vand). De findes i alle størrelser og steder i væsken inden for det turbulente område.

Om siden

Frederik Rasmussen

En adresse et sted i Frederica

Et telefonnummer