Siły aerodynamiczne

Siły aerodynamiczne to siły wywierane na ciało przez powietrze powodujące jego ruch w powietrzu. Wypadkowa siły aerodynamicznej (wartość i kierunek siły działającej na ciało poruszające się w powietrzu) zależy od prędkości ruchu, wielkości (powierzchni) ciała, kształtu ciała i jego ustawienia względem kierunku ruchu oraz od gęstości powietrza. Dla ciał poruszających się w powietrzu, szczególnie w lotnictwie, siłę aerodynamiczna rozkłada się na siły składowe: siłę nośną (prostopadłą do kierunku ruchu ciała) i opór aerodynamiczny (równoległy do kierunku ruchu ciała i zwrócony w przeciwna stronę). Siła nośna pozwala na utrzymanie się ciała w powietrzu i oddziałuje przede wszystkim na skrzydła i usterzenie samolotu.

Pojawia się w wyniku powstania różnicy ciśnień nad (ciśnienie mniejsze) i pod (ciśnienie większe( skrzydłem poruszającym się w powietrzu. Jej wielkość zależy od wielu czynników. Pierwszym z nich jest prędkość lotu- siła nośna rośnie do kwadratu prędkości. Drugim jest powierzchnia nośna, czyli powierzchnia skrzydeł, od której zależy prędkość. Samoloty o dużej powierzchni nośnej mogą latać powoli, natomiast o małej powierzchni, aby uzyskać odpowiednią wartość siły nośnej muszą poruszać się z większą prędkością. Stosunek ciężaru do powierzchni skrzydła to obciążenie powierzchni, które decyduje o minimalnej prędkości. Ostatnim czynnikiem jest profil skrzydła, czyli przekrój poprzeczny skrzydła. W zależności od pożądanej prędkości samolotu stosowane są różne rodzaje profili skrzydeł- od płaskiej płytki stosowanej w najprostszych modelach, do wyrafinowanych profili laminarnych stosowanych w nowoczesnych samolotach. Do wyjaśniania mechanizmów powstawania siły nośnej służy prawo Bernoulliego, które mówi, że suma ciśnienia statycznego i dynamicznego wzdłuż strugi przepływającego powietrza jest stała. Drugą siłą aerodynamiczną jest siła oporu, która powstaje w czasie ruchu ciała podczas którego hamuje go, gdy ruch ustaje- siła oporu zanika. Jest to siła bierna, która wytwarza się w czasie poruszania się przedmiotu. Im mniejszy jest opór, tym lepsze są jego właściwości lotnicze.

Na opór wpływają takie czynniki, jak: kształt, jakość powierzchni, wydłużenie skrzydła i prędkość. Wszelkie wystające części, jak podwozie czy osłona silnika, powodują wzrost oporu i pogorszenie właściwości lotnych. W przypadku powierzchni- im jest ona bardziej szorstka, tym większe jest tarcie opływającego powietrza. Wydłużenie skrzydła ma wpływ na opór ze względu na występowanie wirów brzegowych, które tworzą się na skutek przejścia przepływu powietrza z obszaru nadciśnienia (pod skrzydłem) do obszaru podciśnienia (nad skrzydłem). W praktyce, by zmniejszyć opór stosuje się większe wydłużenia skrzydeł, zbieżne skrzydła lub jego końcówki, ewentualnie rozpraszacze wirów. Siły aerodynamiczne wynikają z dwóch przyczyn: siły parcia (wywołanej przez ciśnienie wywierane na powierzchnię ciała) oraz sił lepkości (wynikających z tarcia wewnętrznego w powietrzu w pobliżu poruszającego się ciała).

Dla pasjonatów aerodynamiki wielką szansą na rozwój pasji będą studia na kierunkach związanych z lotnictwem lub jesden z innych kierunków związanych z logistyką.