Aerodynamica

Wind die op een vleugel afkomt

Aerodynamica is de wetenschap over de beweging van gassen. Bij gassen kun je denken aan de damp die van kokend water afkomt. Aerodynamica wordt veel gebruikt bij vliegtuigen of het sneller maken van auto’s, fietsen of mensen. We nemen even lucht (wind) als voorbeeld: als je hard tegen een blad blaast, waait het weg. Maar waarom?

Geschiedenis

Aerodynamica kent 4 periodes in de geschiedenis: De primitieve periode (Aristoteles) De klassieke mechanica (Isaac newton) De subsone periode (gebroeders Wright) en de Supersonische Periode (Theodore von Karman) In deze periodes zijn verschillende dingen ontdekt of gewoon bedacht door de mensen zelf (bijvoorbeeld een vliegtuig). De echte grote doorbraak kwam van Theodore von Karman. Hij legde een groot deel van aerodynamica vast en daarbij vooral het supersonische.

Wat is het?

Als ik hard tegen iets blaas dan waait het weg. Dit komt omdat ik lucht weg blaas. Deze lucht kan je niet zien maar het komt wel tegen het blaadje aan en duwt deze weg. Hij begint dan meestal te dwarrelen (denk maar aan die helikopter blaadjes) dit heeft te maken met Laminaire stroming en turbulente stroming.) Dat zijn 2 hele moeilijke woorden die ik even uit ga leggen:

Laminaire stroming: Bij deze stroming van wind kan de wind altijd rechtdoor. Zonder dat hij door een object (bijvoorbeeld een bal) wordt veranderd van plek. Dit kan alleen bij Lage snelheden van de lucht. Als de lucht langzaam langs de bal gaat de lucht opzij voor de bal en gaat aan de achterkant van de bal weer terug en waait rustig verder. Omdat de lucht hier weet waar hij heen gaat is de wind heel erg sterk in kracht. Loop maar eens met zijn 4en naast elkaar, daar kom je niet zo snel doorheen. Dit noemen we ook wel een hogedrukgebied Dit is anders bij harder waaiende wind. Dan kom je bij turbulente stroming

Turbulente stroming: Turbulente stroming krijg je als de wind een stuk harder waait dan wil de lucht ook een stuk sneller gaan. Als ze dan langs de bal komen gaan ze niet direct achter de bal weer bij elkaar maar een heel stuk verder. Daardoor hebben we een probleem. Er is een lege ruimte achter de bal en die moet wel opgevuld worden. Dit doet de wind/lucht door daar rond te gaan draaien als een soort tornado. De wind is een soort van de weg kwijt en weet niet meer hoe hij recht moet waaien. Dit noemen we dan turbulente stroming. Omdat de wind een beetje de weg kwijt is, is hij niet zo sterk. Als je allemaal door elkaar loopt kan je heel makkelijk naar de andere kant komen. Omdat de wind hier niet zo sterk is noemen we dit een lagedrukgebied.

Turbulente en laminaire lucht

Weerstand

Als je weerstand hebt verzet zich iets tegen een bepaalde kracht. Leg je hand maar eens op tafel duw op de tafel en probeer je hand maar vooruit te duwen. Tussen jouw hand en de tafel is er weerstand. Dit heeft lucht ook met alles wat hij tegenkomt. Bijvoorbeeld met jou of je fiets, auto, boot, huis en ga zo maar door. Ook hierbij heb je met lucht 2 verschillende soorten weerstand Drukweerstand of vormweerstand: Dit is weerstand die eigenlijk iedereen heeft. Net zoals de hand op de tafel heeft wind dit ook als hij langs jou wil. Hij moet langs jouw lichaam en gaat daardoor iets zachter omdat haren, kleding, schoenen en ga zo maar door de wind allemaal een klein beetje tegenhouden. Dit is alleen zo weinig dat je het zelf niet echt merkt. Geïnduceerde lucht weerstand: Dit komt vooral voor bij de vleugels van vliegtuigen. Dit heb je als je de wind een beetje gaat sturen. Bij een vleugel loopt het uiteinde een beetje naar beneden. Doordat deze naar beneden loopt gaat de lucht ook naar beneden (want hij kan nergens anders heen) hierdoor gaat de wind iets zachter dan hij daarvoor ging en dat is Geïnduceerde weerstand.

Vliegtuigen

Vliegtuigen hebben alles met aerodynamica te maken. Ook heeft het alles met hogedruk en lagedruk te maken. Een vleugel van een vliegtuig is zo gemaakt dat hij de lucht een beetje kan sturen. Doordat een vleugel dit doet laat hij de wind/lucht op 2 verschillende snelheden gaan. Aan de bovenkant van de vleugel gaat de lucht heel erg snel (laagdruk gebied) en aan de onderkant een stuk langzamer (hoogdruk gebied). Lucht wil het liefst overal hetzelfde zijn. Dus hij wil overal even hard waaien en daarmee overal even sterk zijn. Dit doet wind door te verplaatsen. De langzame wind wil namelijk heel erg graag naar de snelle wind. Hier zit alleen een vleugel tussen. En omdat de lucht zo graag naar het snelle gedeelte wil neemt hij de vleugel mee en kan het vliegtuig vliegen. Hiervoor moet het vliegtuig wel snel gaan. Anders is er namelijk niet genoeg lucht om het vliegtuig omhoog te duwen, gelukkig heeft het vliegtuig daarvoor een paar hele grote motoren.

Sport

In de sport wordt er heel veel gewerkt met aerodynamica. Denk maar de autosport, of het wielrennen. Er wordt alles aan gedaan om zo min mogelijk weerstand van de lucht te hebben. Of juist met de lucht extra weerstand te krijgen waardoor een auto beter op de grond blijft. Een voorbeeld hiervan is een spoiler op een formule 1 auto. Dit is eigenlijk een omgekeerde vleugel. In plaats van de vleugel omhoog te duwen duwt een spoiler de auto juist omlaag. Hierdoor kan de auto harder de bocht door. Bij het wielrennen wordt er juist aan gewerkt dat de fiets en de wielrennen zo min mogelijk weerstand heeft. Hoe hard de fiets ook gaat de wind moet er altijd recht langs kunnen (laminaire stroming) zonder dat het de weg kwijtraakt (turbulente stroming) want dan duurt het langer voordat de lucht erlangs is en dat zorgt ervoor dat er meer (druk) weerstand is.

Bronnen

Bon, L. v. (2015, December). Aerodynamica voor dummies. Fiets. klokhuis, H. (2008, 10 29). Opgehaald van http://www.hetklokhuis.nl/tv-uitzending/1013/WINDTUNNEL Tennekes, p. H. (1999). de Wetten van de Vliegkunst. Aramith. Wikipedia. (2016, November). Opgehaald van https://nl.wikipedia.org/wiki/Aerodynamica Joseph Katz, Allen Plotkin(5 feb. 2001 ) Low speed aerodynamics. Cambridge university press