آیرودینامیک

آیرودینامیک (به فرانسه: Aérodynamique)  یا هواپویش، شاخه‌ای از دینامیک گازها و در حالت کلی‌تر دینامیک سیّالات است که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک می‌پردازد. منظور از حل یک مسئلهٔ آیرودینامیکی، محاسبهٔ میدان سرعت، فشار، و دمای هوا در اطراف یک جسم است. برای این منظور باید معادله‌های حاکم بر جریان سیّال را حل کرد. سپس به کمک حل به دست آمده می‌توان نیروها و گشتاورهای وارد بر جسم را حساب کرد.
مسئله‌های آیرودینامیکی را می‌توان از جنبه‌های مختلف طبقه‌بندی کرد. یک طبقه‌بندی معمول بر اساس الگوی جریان هواست. اگر مسئلهٔ آیرودینامیکی مربوط به جریان هوا در اطراف یک جسم باشد به آن آیرودینامیک بیرونی و اگر مربوط به جریان هوا داخل یک محیط بسته باشد به آن آیرودینامیک درونی گفته می‌شود. مثال آیرودینامیک بیرونی، جریان هوا در اطراف یک هواپیما و مثال آیرودینامیک درونی، جریان هوا داخل یک موتور جت یا تونل باد است.
روش دوم طبقه‌بندی بر اساس چگالی هواست. اگر چگالی جریان هوا در همهٔ نقاط میدان سیّال ثابت باشد و با زمان تغییر نکند، جریان تراکم‌ناپذیر و در غیر این صورت تراکم‌پذیر است.
روش سوم طبقه‌بندی مسئله‌های آیرودینامیکی بر اساس عدد ماخ جریان هوا است. اگر عدد ماخ کوچک‌تر از یک باشد جریان فروصوتی، اگر نزدیک یک باشد جریان هَماصوتی، اگر بزرگ‌تر از یک و کوچک‌تر از پنج باشد جریان زبرصوتی، و اگر بزرگ‌تر از پنج باشد جریان فوق‌صوتی خوانده می‌شود.
روش چهارم طبقه‌بندی بر اساس گرانروی هواست. اگر ضریب گرانروی ناچیز فرض شود جریان غیرلزج و در غیر این صورت لزج خوانده می‌شود.

کاربردهای آیرودینامیک

مهم‌ترین کاربرد آیرودینامیک در مهندسی هوافضا است. البته آیرودینامیک کاربردهای زیاد دیگری هم دارد. در مهندسی خودرو، از آیرودینامیک برای طراحی بدنهٔ خودرو استفاده می‌شود تا نیروی پسای خودرو کم شود. مهندسان سازه از آیرودینامیک برای تحلیل اثر هواکشسانی جریان باد بر سازه‌هایی مثل آسمان‌خراش‌ها یا پل‌ها یا برج‌ها استفاده می‌کنند. طراحی پره‌های توربین‌های گازی و بادیاز دیگر کاربردهای مهم آیرودینامیک در صنعت محسوب می‌شود. در ادامه برخی از این شاخه‌ها و کاربردها توضیح داده شده‌است:
(آیرودینامیک در بعضی کتب به برقراری تعادل اجسام با هوای ثابت نیز تعریف شده‌است)

آیرودینامیک لایه مرزی

هنگامی که جسم در معرض جریان قرار می‌گیرد، لایه‌ای نازک در جریان (و چسبیده به جسم) ایجاد می‌شود که خصوصیاتش با نواحی دیگر جریان سیال فرق می‌کند. این لایه در اثر خاصیت چسبندگی سیال (لزجت - viscosity) به وجود می‌آید. در این ناحیه سرعت سیال از صفر تا ۹۹ درصد سرعت جریان آزاد، تغییر می‌کند. لایه مرزی خودش به دو بخش ناحیه آرام (laminar) و مغشوش یا آشفته (turbulent) تقسیم می‌شود که هر کدام دامنه گسترده‌ای از تحقیقات و مطالب علمی دارند.

آیرودینامیک پره‌های توربین و کمپرسور

در این شاخه از آیرودینامیک، روی جریان عبوری از پره‌های توربین گازی و کمپرسور تمرکز می‌شود و یکی از اهداف مهم تحقیقات، جلوگیری از پدیده surge و stall در پره هاست. البته فن‌ها هم در این دسته جا دارند… این شاخه جزو دسته آیرودینامیک داخلی محسوب می‌شود و نه تنها در موتورهای جت، بلکه در توربین‌های گازی صنعتی نیز جای کار و خواهان بسیار دارد.

آیرودینامیک خودرو

امروزه بحث آیرودینامیک در صنعت خودروسازی اهمیت زیادی پیدا کرده و بسیاری از شرکت‌های مطرح سعی می‌کنند محصولاتی را با کمترین مقاومت در برابر هوا به خیابان‌ها بفرستند.
برای نشان دادن وضعیت آیرودینامیک خودرو از ضریب درگ استفاده می‌کنند. این فاکتور با نام ضریب پسار نیز شناخته می‌شود و می‌تواند فاکتورهای دیگری مثل حداکثر سرعت، میزان پایداری خودرو، مصرف سوخت و چند مورد دیگر را تحت تأثیر قرار دهد.

فرض پیوستگی

هوا مانند هر مادهٔ دیگری از مولکول‌های کوچک تشکیل شده‌است که در حال حرکت و برخورد با هم هستند؛ ولی چون فاصلهٔ این مولکول‌ها در عمل خیلی کوچک است، در آیرودینامیک می‌توان هوا را یک محیط پیوسته فرض کرد. با رقیق شدن هوا و افزایش فاصلهٔ بین مولکول‌ها، دقت فرض پیوستگی کم می‌شود.