Aerodynamica

Aerodynamica 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.

Laminair en turbulent

De stroming langs een vleugel(-profiel) zal in eerste instantie laminair zijn. Dit betekent dat alle deeltjes in die stroming dezelfde kant uit bewegen. Deze vorm van stroming levert de kleinste weerstand op het profiel. Om met minimale weerstand te kunnen vliegen en dus grote afstanden af te kunnen leggen hebben zweefvliegtuigen een zogenaamd laminair profiel.

Echter laminaire stroming kan omslaan in een turbulente stroming, een stroming waarbij de deeltjes gemiddeld wel dezelfde kant op gaan maar eigenlijk in alle mogelijke richtingen bewegen, waardoor er turbulentie ontstaat. Bij turbulente stroming is de weerstand hoger dan bij laminaire stroming.

Vleugelprofiel

Uit vele experimenten en berekeningen is gebleken, dat de bovenkant van de vleugel 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. De verklaring van liftkracht door middel van afbuigen van een luchtstroom is gebaseerd op de Derde wet van Newton, en wordt daarom wel de Newton-benadering genoemd.

De luchtsnelheidsverschillen boven en onder een vleugelprofiel kunnen met behulp van de Wet van Bernoulli worden omgerekend in drukverschillen, die de liftkracht veroorzaken. De verklaring dat de lucht langs de bovenkant van de vleugel een langere weg moet afleggen en daarom sneller gaat stromen dan de lucht die onder de vleugel door gaat, is onjuist. We zouden dan immers ook wel een vleugel met een holle bovenkant of met heel veel hobbeltjes erin kunnen maken.

Formule 1

Bij het Formule 1 racen 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.

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.

Externe links

vki.ac.be: von Karman-instituut voor dynamica van fluida

Zie ook

Liftkracht