Газодинамика

Конденсация пара в сверхзвуковых областях с пониженной температурой при околозвуковом полете. В задней части облака (на фотографии не видна) образуются ударные волны, в которых поток тормозится (эффект Прандтля — Глауэрта)

Газодина́мика (или га́зовая дина́мика) — раздел механики, изучающий законы движения газообразной среды и её взаимодействия с движущимися в ней твёрдыми телами. Чаще встречается под названием аэродина́мика (от др.-греч. ἀηρ — воздух и δύναμις — сила), но включает в себя не только аэродинамику, но и собственно газовую динамику. Последняя исторически возникла как дальнейшее развитие и обобщение аэродинамики, и именно поэтому часто говорят о единой науке — аэрогазодинамике. Как часть физики, аэрогазодинамика тесно связана с термодинамикой и акустикой.

Формальное исследование аэродинамики в современном смысле началось в восемнадцатом веке, хотя наблюдения фундаментальных понятий, таких как аэродинамическое сопротивление были описаны гораздо раньше. Большинство первых исследований в аэродинамике были направлены на достижение полета воздушного судна, что было впервые продемонстрировано Отто Лилиенталем в 1891 году[1]. С тех пор использование аэродинамики посредством математического анализа, эмпирических приближений, экспериментов в аэродинамической трубе и компьютерное моделирование сформировало рациональную основу для развития полета воздушных судов и ряда других технологий. Последние работы в области аэродинамики были сосредоточены на проблемах, связанных со сжимаемым потоком, турбулентностью и пограничными слоями.

Аэродинамика

Раздел гидроаэромеханики, в котором изучаются законы движения воздуха и силы, возникающие на поверхности тел, относительно которых происходит его движение. В аэродинамике рассматривают движение с дозвуковыми скоростями, то есть в нормальных условиях до 340 м/с (1200 км/ч).

Прикладные задачи аэродинамики:

  • распределение давления на поверхности тела;
  • определение сил и моментов, действующих на обтекаемое газом тело;
  • распределение скоростей в воздушном потоке, обтекающем тело;
  • расчёт вентиляции;
  • расчёт пневмотранспорта.

Специальный раздел аэродинамики — аэродинамика самолёта — занимается разработкой методов аэродинамического расчёта и определением аэродинамических сил и моментов, действующих на самолёт в целом и на его части — крыло, фюзеляж, оперение и т. д. К аэродинамике самолёта относят: расчёт устойчивости, балансировки самолёта, теорию воздушных винтов, теорию крыла. Вопросы, связанные с изменяющимся нестационарным режимом движения летательных аппаратов, рассматриваются в специальном разделе — динамике полёта.

Результаты аэродинамики находят многообразные применения в самолётостроении, авиастроении, автомобилестроении и в различных летательных аппаратах.

История аэродинамики

Основателем современной аэродинамики и аэрогидродинамики считается великий русский учёный Николай Егорович Жуковский.[2] В 1902 году он руководил сооружением аэродинамической трубы всасывающего типа при механическом кабинете Московского университета, в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/с.[3] В 1904 году возглавил первый в Европе аэродинамический институт, созданный на средства Д. П. Рябушинского в посёлке Кучино под Москвой. В 1905-м году 15-го ноября Николай Егорович Жуковский дал формулу для расчёта подъёмной силы, являющейся основой всех аэродинамических расчётов самолёта.[4] С 1918 года возглавлял ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт).[5]

Газовая динамика

 
Основатель аэрогидродинамики Николай Жуковский на почтовой марке. 1963

Газовая динамика возникла как дальнейшее развитие аэродинамики и имеет дело с ситуациями, в которых условия существенно отличаются от нормальных.

В отличие от классической аэродинамики, газовая динамика имеет дело с такими задачами, в которых сжимаемость газа становится существенным фактором, влияющим на его поведение. В первую очередь, это — задачи о движении газовых потоков со скоростями, близкими или превышающими скорость звука в газе, что приводит к появлению значительных перепадов давления и ударных волн. Другим примером служат те процессы в газовых средах, которые сопровождают экзотермическими (горение, взрыв) или эндотермическими (диссоциация) химическими реакциями: в этих случаях из-за изменения средней молекулярной массы газа и процессов энерговыделения модель идеального газа неприменима.

Возникновение газовой динамики относится к середине и второй половине XIX века и связано с основополагающими работами К. Доплера, Г. Римана, Э. Маха, У. Дж. Ранкина и П.-А. Гюгонио[6]. Бурное развитие данный раздел механики переживает в XX веке; среди многих имён учёных, внёсших значительный вклад в развитие газовой динамики, следует назвать С. А. Чаплыгина, Дж. Тейлора, Л. И. Седова, Я. Б. Зельдовича.

См. также

Примечания

  1. How the Stork Inspired Human Flight. flyingmag.com.
  2. 5.Н.Е. Жуковский –основоположник авиационной науки. Николай Егорович Жуковский - биография. StudFiles. Дата обращения 16 февраля 2019.
  3. Жуковский, Николай Егорович.
  4. Николай Егорович Жуковский (рус.)  (неопр.) ?. Дата обращения 16 февраля 2019.
  5. Аэродинамика - это... Основы и особенности аэродинамики. FB.ru. Дата обращения 16 февраля 2019.
  6. Тюлина И. А.  История и методология механики. — М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979. — 282 с. — С. 235.

Литература

  • Годунов С. К., Забродин А. В., Иванов М. Я., Крайко А. Н., Прокопов Г. П.  Численное решение многомерных задач газовой динамики. — М.: Наука, 1976. — 400 с.
  • Дейч М. Е.  Техническая газодинамика. — М.: Энергия, 1974.
  • Дейч М. Е., Филиппов Г. А.  Газодинамика двухфазных сред. — М.: Энергоатомиздат, 1981.
  • Дейч М. Е., Зарянкин А. Е.  Гидрогазодинамика. — М.: Энергоатомиздат, 1984.
  • Киреев В. И., Войновский А. С.  Численное моделирование газодинамических течений. — М.: Изд-во МАИ, 1991. — 254 с. — ISBN 5-7035-0148-2.
  • Крайко А. Н.  Вариационные задачи газовой динамики. — М.: Наука, 1979. — 447 с.
  • Мизес Р.  Математическая теория течений сжимаемой жидкости. — М.: ИИЛ, 1961. — 588 с.
  • Соу С.  Гидродинамика многофазных сред. — М.: Мир, 1971.
  • Falkovich, G. Fluid Mechanics, a short course for physicists. — Cambridge University Press, 2011. — ISBN 978-1-107-00575-4.

Ссылки