Aerodynamica
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Aerodynamica (voor 2005: aërodynamica) is de wetenschap die de beweging van gassen beschrijft. Het maakt deel uit van het vakgebied Stromingsleer.
Het beschrijven van het stromingsgedrag van een gas kan betrekking hebben op stroming in een vrije ruimte of om een lichaam zoals een vleugel van een vliegtuig.
De geschiedenis van de aerodynamica kan worden verdeeld in vier periodes. De eerste is de primitieve periode welke loopt van de tijd van Aristoteles (384 - 322 v.Chr.) tot de publicatie van Isaac Newtons Philosophiae Naturalis Principia Mathematica in 1687. De periode daarna, van de klassieke mechanica, loopt tot de eerste vlucht van de gebroeders Wright in 1903, waar de aerodynamica aan de basis ligt van de luchtvaartontwikkeling, en werd opgevolgd door de subsone aerodynamica tot 1935. Sinds 1935 wordt de supersonische aerodynamica toegepast
De vorm van een voorwerp heeft grote invloed op het stromingsgedrag van het gas waar het zich door verplaatst. Bij het ontwerp van vliegtuigen, auto's en andere voertuigen wordt dan ook gezocht naar de aerodynamisch meest ideale vorm om de luchtweerstand zo laag mogelijk te houden.
Inhoud |
[bewerk] Laminair en turbulent
De (lucht) stroming langs een voorwerp zal bij lage snelheden laminair zijn. Dit betekent dat alle deeltjes in die stroming dezelfde kant uit bewegen. Deze vorm van stroming levert de kleinste weerstand op het voorwerp. Om met minimale weerstand te kunnen vliegen en dus grote afstanden af te kunnen leggen zijn zweefvliegtuigen zo ontworpen dat de luchtstroom er omheen een zogenaamd laminair profiel heeft.
Bij hogere snelheden kan een laminaire stroming omslaan in een turbulente stroming: een stroming waarbij de deeltjes gemiddeld wel dezelfde kant op gaan maar ook "wervels" ontstaan en de lucht eigenlijk in alle mogelijke richtingen kan bewegen, wat we turbulentie noemen. Bij turbulente stroming is de weerstand hoger dan bij een laminaire stroming.
Een praktische indeling in aerodynamische effecten is die in "Drag" (de meesleepkracht tegen de richting van de snelheid in) en "Lift" (de kracht loodrecht op de snelheid, bijvoorbeeld van een vleugelprofiel).
[bewerk] "Drag"
Door de "drag" kracht te bepalen kun je voor verschillende vormen van voorwerpen een weerstandscoëfficiënt berekenen. Daarnaast zijn de viscositeit en de dichtheid van het gas van belang, en natuurlijk de "doorsnede" van het voorwerp: het aantal m2 van het vooraanzicht van het voorwerp.
[bewerk] "Lift"
Uit vele experimenten en berekeningen is gebleken, dat als een vleugel "lift" moet hebben, de bovenkant een bolle vorm moet hebben. Hierdoor buigt de luchtstroom aan de bovenkant van de vleugel ook naar beneden, de luchtstroom volgt het vleugeloppervlak. Dit verschijnsel wordt vaak aangeduid als het Coandă-effect. Zonder deze bolle vorm zou de luchtstroom boven de vleugel loslaten (gewoon rechtdoor gaan) en zouden er luchtwervelingen in de lucht ontstaan. De wervelingen werken remmend, en omdat de lucht aan de bovenkant van de vleugel niet meer afgebogen zou worden, zou er ook veel minder liftkracht ontstaan. Eén manier om de liftkracht te verklaren is door de Derde wet van Newton toe te passen op de luchtstroom die naar beneden wordt afgebogen, en wordt daarom wel de Newton-benadering genoemd.
Een andere benadering gaat uit van de luchtsnelheidsverschillen boven en onder een vleugelprofiel die kunnen worden omgerekend naar drukverschillen met behulp van de Wet van Bernoulli die vervolgens de liftkracht veroorzaken. De uitleg dat de lucht langs de bovenkant van de vleugel een langere weg moet afleggen en daarom sneller moet stromen dan de lucht die onder de vleugel door gaat, is onjuist. Dan zouden we immers ook wel een vleugel met een holle bovenkant of met heel veel hobbeltjes erin kunnen maken.
Bij supersone snelheden is de bolle vorm van het vleugelprofiel niet meer nodig voor de "lift": vleugels van dit soort vliegtuigen zijn zo plat en sterk mogelijk.
[bewerk] Sport
Bij snelheidssporten speelt de aerodynamica van sporter en materiaal een grote rol. Schaatsers plakken speciale strips op hun pakken, wielrenners gebruiken speciale tijdritfietsen.
Bij de Formule 1 zijn de raceautos uitgerust met een voorvleugel en een achtervleugel, die de luchtstroming beïnvloeden. Deze vleugels zorgen ervoor dat de wagen op de grond wordt gedrukt door negatieve lift, ook wel downforce genoemd. Dit om te zorgen dat de wagen meer grip krijgt op de weg, en zodat de wagen niet de lucht in vliegt door positieve lift.
[bewerk] Windturbines
Ook voor windturbines is aerodynamica van groot belang. Immers met een aerodynamisch goed ontwerp wordt een hoog rendement verkregen. Bij moderne windturbines worden daarom voor de rotorbladen profielen (dwarsdoorsneden) gebruikt met een hoge lift en een lage weerstand.
