Занятия 1 - Изучаем аэродинамику

Аэродинамика (от др.-греч. ἀηρ — воздух и δύναμις — сила) — раздел механики сплошных сред, в котором целью исследований является изучение закономерностей движения воздушных потоков и их взаимодействия с препятствиями и движущимися телами. Более общим разделом механики является газовая динамика, в которой изучаются потоки различных газов. Традиционно к газовой динамике относят по сути задачи аэродинамики при движении тел со скоростями, близкие или превышающие скорость звука в воздухе. При этом важно учитывать сжимаемость воздуха.

Исследования в аэродинамике связанные с определением таких характеристик потоков как скорость частиц среды, плотности, давления, температуры как функции пространства и времени. После их определения в каждой конкретной ситуации становится возможным вычисление сил и моментов сил, действующих на тело в потоке. Как научная дисциплина аэродинамика пользуется базой для решения широкого круга прикладных задач. Перечень практических проблем, при решении которых возникают и решаются конкретные задачи аэродинамики, достаточно длинный и включает не только проблемы авиации, но и проблемы ракетостроения, наземного и морского транспорта, метеорологии, экологии, сельского хозяйства, градостроительства и другие. Для получения ответа на вопрос в аэродинамике используются экспериментальные и теоретические методы.

Особое значение в современных условиях приобретают методы компьютерной аэродинамики. Среди многих вопросов, на которые современная аэродинамика даёт содержательные ответы, познавательные и наиболее интересные, по выражению выдающегося учёного Т. Кармана - это вопросы «Почему мы можем летать»? и «Как мы можем летать»? Существует много вопросов, на которые современная аэродинамика пытается ответить и при обсуждении этих вопросов формируется ряд важных проблем современного естествознания. Сейчас считается, что аэродинамика в своём развитии вступила в компьютерную эпоху.

Воздух — смесь газов, состоит из молекул ряда химических элементов, среди которых — азот (78 %), Кислород (21 %) и остальные: аргон, углекислый газ, водород и другие. Физические свойства воздуха и его состав существенно изменяются с увеличением расстояния от земли. Это обстоятельство особенно важно при решении проблем аэродинамики в авиации и ракетной технике. Важность учёта изменений свойств воздуха с высотой обусловило введение международного стандарта. На рисунке показаны основные свойства такой стандартной атмосферы.

Характеристики международной стандартной атмосферы.

В число параметров, задаваемых стандартной атмосферой входят: высота, температура, скорость звука, давление, плотность, кинематическая вязкость. Конечно, такая статическая стандартная атмосфера является результатом усреднения многих наблюдений и замеров. В действительности реальная атмосфера чрезвычайно изменчивая динамическая система, в которой характеристики могут изменяться в широких пределах. Закономерности процессов, происходящих в атмосфере, изучаются в такой дисциплине, как физика атмосферы и океана. В большинстве случаев для анализа процессов взаимодействия атмосферы и движущегося объекта атмосферу рассматривают как однородную среду. Для проведения вычислений можно использовать данные о свойствах атмосферы на определённой высоте.