Газодинамика
.jpg)
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, что явилось причиной появления единой науки — аэрогазодинамики. Аэрогазодинамика тесно связана с термодинамикой и акустикой[1].
История
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 полёта воздушного судна, что было впервые продемонстрировано Отто Лилиенталем в 1891 году[2]. С тех пор использование аэродинамики и обработка полученных результатов, а также построения аналитических моделей с помощью математического анализа, эмпирических приближений, экспериментов в аэродинамической трубе и компьютерного моделирования сформировало рациональную основу для развития и улучшения полётов воздушных судов и ряда других технологий. Последние работы в области аэродинамики сосредоточены на проблемах, связанных со сжимаемым потоком, турбулентностью и пограничными слоями.
Аэродинамика
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 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 и др. Вопросы, связанные с изменяющимся нестационарным режимом движения летательных аппаратов, рассматриваются в специальном разделе — динамике полёта.
Результаты аэродинамики находят разнообразные применения в самолётостроении, авиастроении, автомобилестроении и в различных летательных аппаратах.
История аэродинамики
Основателем современной аэродинамики и аэрогидродинамики считается великий русский учёный Николай Егорович Жуковский[3]. 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. 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 представил формулу для расчёта подъёмной силы, являющейся основой всех аэродинамических расчётов самолёта[4]. С 1918 года возглавлял ЦАГИ (Центральный аэрогидродинамический институт).
Газовая динамика
Газовая динамика (газодинамика) возникла как дальнейшее развитие аэродинамики и рассматривает ситуации, в которых условия существенно отличаются от нормальных.
В отличие от классической аэродинамики, газовая динамика применяется в задачах, 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[5]. Другим примером служат процессы в газовых средах, сопровождающиеся 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 газодинамика механики переживал 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.
Примечания
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.
- Асимптотическая теория сверхзвуковых течений вязкого газа / В. Я. Нейланд, В. В. Боголепов, Г. Н. Дудин, И. И. Липатов. — М. : Физматлит, 2004. — 455 с. : ил.; 24.; ISBN 5-9221-0469-1
- Теория гиперзвуковых вязких течений : учеб. пос. / В. А. Башкин, Г. Н. Дудин ; — М. : МФТИ, 2006. — 327 с. : ил.; 21 см; ISBN 5-7417-0062-4
- Широков М. Ф. Физические основы газодинамики. — М.: Физматлит, 1958. — 340 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 (англ.). — Cambridge University Press, 2011. — ISBN 978-1-107-00575-4.
- Зельдович Я. Б., Райзер Ю. П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. — М. : Наука, 2019.
