car-aerodynamics wind tunnel


Στην πρώτη κουβέντα που κάναμε για την αεροδυναμική, μιλήσαμε πιο πολύ για τον αέρα και την αντίστασή του αλλά όχι για το σώμα που κινείται εντός του. Σήμερα θα μιλήσουμε για το σώμα. Όλα τα σώματα που κινούνται είναι φτερά, άλλα κακοφτιαγμένα και άλλα κανονικά φτερά.

Φτερό στον άνεμο

Με την βοήθεια του παρακάτω video , το οποίο σε προειδοποιώ θα δούμε ξανά και ξανά , θα δούμε τα βασικά περί φτερών. Δες το μια φορά με την ησυχία σου και μετά θα το δούμε μαζί καρέ καρέ.

Φτιάξε καφέ και πάμε από την αρχή. Πάτα Pause στο 2ο δευτερόλεπτο.

Σε μικροσκοπικό επίπεδο το πρώτο επίπεδο του αέρα πάνω στο φτερό είναι ακίνητο. Ας πούμε ότι στο video είναι η πρώτη γραμμή που βλέπεις. Η δεύτερη κινείται αλλά όχι με φουλ ταχύτητα, η τρίτη πιο γρήγορα κ.ο.κ. ώσπου φτάνουμε σε ένα επίπεδο που κινείται κανονικά. Ανάμεσα στην πρώτη και την δεύτερη γραμμή υπάρχει τριβή, το ίδιο συμβαίνει και στις υπόλοιπες, ώσπου να φτάσουμε σε αυτή που κινείται ανεμπόδιστα. Αυτή η τριβή φταίει για όλα όσα συμβαίνουν. Αυτή είναι η γενεσιουργός αιτία της αεροδυναμικής. Είναι άμεσα εξαρτώμενη από την πυκνότητα του ρευστού. Ευτυχώς εμάς μας ενδιαφέρουν τα αυτοκίνητα και όχι τα υποβρύχια. Όπως κάθε τριβή που σέβεται τον εαυτό της έτσι και αυτή μπορεί να παράξει θερμότητα. Ενδεχομένως να μας απασχολήσει όταν τα αυτοκίνητα μας φτάσουν σε ταχύτητες Concorde το οποίο πραγματικά έκαιγε φτάνοντας στο ρύγχος τους 130 βαθμούς. Η πυκνότητα είναι ο λόγος που τα αεροπλάνα πετάνε στα 35.000 πόδια, το Concorde πετούσε στα 60.000 πόδια και η Bugatti περίμενε το απόγευμα για να κάνει ρεκόρ ταχύτητας. Το δεύτερο που πρέπει να προσέξεις είναι ότι στην δεξιά πλευρά της εικόνας, παρότι το φτερό είναι επίπεδο σχηματίζεται τυρβώδης ροή  από δω και πέρα θα λέμε πιο απλά δίνες (vortex). Δίνες σχηματίζονται πάντα, ακόμα και το φτερό με Cd = 0.05 που στην παρούσα φάση είναι οριζόντια παράγει δίνες.

Πάτα play από το 0:02 εως 0:07. Δες το 3 – 4 φορές , τζούρα καφέ και πάμε.

Τώρα αρχίζουν να δίνουν κλίση και παράγει άνωση. Παρήγαγε και πριν λόγο σχήματος, αλλά τώρα είναι που φαίνεται πιο εύκολα. Bernoulli, Venturi, Reynolds, Stokes και λοιπό συναπάντημα τα αφήνω για τους διαβαστερούς. Άνωση έχουμε όταν υπάρχει διαφορά ταχύτητας αέρα στην πάνω και την κάτω επιφάνεια του φτερού. Στην πάνω πλευρά, ο αέρας κινείται πιο γρήγορα από ότι στην κάτω, άρα το φτερό θα πάει πάνω, απλά και κατανοητά. Αν ήταν αεροτομή αυτοκινήτου, το φτερό θα ήταν ανάποδα και η άνωση θα λεγόταν αρνητική γιατί θα πίεζε προς τα κάτω. Η άνωση έχει να κάνει με την διαφορά ταχύτητας. Όσο μεγαλύτερη τόσο καλύτερα. Η γραμμή που ενώνει το κέντρο της μύτης του φτερού με το κέντρο της άκρης του στα δεξιά ονομάζεται χορδή φτερού , δεν είναι η κάτω πλευρά του φτερού είναι μια νοητή γραμμή που δεν φαίνεται στο video.

Φτερά με καμπύλες χορδές βλέπουμε στην F1, στα αεροπλάνα τα φτερά αλλάζουν σχήμα με φλαπς τόσο μπροστά όσο και πίσω. Στα αεροπλάνα τα φλαπς είναι μαζεμένα γιατί είναι σχεδιασμένα στο ύψος και την ταχύτητα που πετάει το φτερό να παράγει την άνωση που χρειάζεται και όχι παραπάνω, ανοίγουν μόνο κατά την φάση της απογείωσης και της προσγείωσης, γιατί η ταχύτητα αέρα του φτερού είναι χαμηλή. Ο ήχος είναι λίγο χάλια και πρέπει να δυναμώσεις λίγο, αλλά στην αρχή ακούγεται ξεκάθαρα που λέει ‘‘increase the angle of attack”. Αυτή η γωνία είναι αυτό που εμείς λέμε “βάζει φτερό”. Όσο την αυξάνει στα δεξιά, παρατηρείς ότι γίνεται της δίνης το ξεφάντωμα. Αυτός είναι και ο λόγος που τα μονοθέσια έχουν κάτι άθλιους Cd = 0.80 ( Παρατήρηση: το είπαμε και στο προηγούμενο άρθρο εμμέσως , τα μονοθέσια έχουν μικρή μετωπική επιφάνεια) αλλά από αρνητική άνωση αποδίδουν τεράστια ποσά. Το ωραίο είναι ότι αυτή η γωνία συμβολίζεται παγκοσμίως με το ελληνικό γράμμα α.

Πατάς άλλη μια φορά το play και σου υπόσχομαι ότι τελειώσαμε.

Κάπου στο 0:08 ακούγεται μια προειδοποίηση, είναι η λέξη στόλ γράφεται stall. Στα ελληνικά απώλεια στήριξης. Αυτό συμβαίνει γιατί η γωνία α έφτασε στο όριο των 15 μοιρών. Οι 15 μοίρες ισχύουν για όλα τα φτερά από εκεί και πέρα δεν είναι φτερό, είναι αερόφρενο. Τώρα όμως αρχίζει το μπέρδεμα, γιατί βλέπουμε αεροτομές με μεγαλύτερη κλίση, γιατί τα αεροπλάνα κάνουν απότομους ελιγμούς ακόμα και κάθετα και πάει λέγοντας. Είναι 15 μοίρες προς την ροή του αέρα, αν πετάει το αεροπλάνο κάθετα, ανεβαίνοντας σε όρθια θέση, η γωνία προς την ροή του αέρα είναι μηδέν. Στα αεροπλάνα stall σημαίνει πέφτεις και χρησιμοποιείς τα φτερά σαν αερόφρενα ή σαν μικρά αλεξίπτωτα. Το αλεξίπτωτο με Cd = 1.35 και τεράστια μετωπική επιφάνεια θα σου χρειαστεί σίγουρα, αν το αεροπλάνο πέσει σε απώλεια στήριξης. Στις αεροτομές φτιαγμένες από επιστήμονες, πιο μπροστά υπάρχει μια άλλη αεροτομή η οποία έχει εκτρέψει ήδη τον αέρα που τροφοδοτεί την δεύτερη, συν ότι στα αυτοκίνητα έχουμε και το ground effect, οπότε άστους αυτούς, ξέρουν τι κάνουν. Στις αεροτομές φτιαγμένες από ”καγκουρο-μαστόρια” απλός γελάς ή αν έχεις όρεξη μετά το σημερινό άρθρο τον ψαρώνεις για γωνίες α και stall.

Για άλλη μια φορά κατάφερα και έγραψα ένα σεντόνι χωρίς να πούμε τίποτα για αεροδυναμικές σήραγγες , ground effect και το κυριότερο τα δικά μας καθημερινά αυτοκίνητα. Όχι μόνο αυτό αλλά χρωστάω μια εξήγηση για την ροή των συντριβανιών στο αραβικό Hostel και από κατάλαβα στα σχόλια ένα video με μαγιό.  Τα συντριβάνια αναγκαστικά στο 3ο μέρος, το μαγιό στα σχόλια και στο άρθρο ένα video με τον James May και την παραγωγή ηλεκτρισμού από την άνωση.