دسته‌بندی نشده

آشنایی جامع با گرایش و علم آیرودینامیک

در این سری از مباحث قصد داریم علاقه مندان را به صورت مبسوط با علم هوافضا آشنا کنیم. در این پست خیلی ساده و روان به معرفی گرایش آیرودینامیک می پردازیم.

ابتدا خود واژه آیرودینامیک رو بررسی کنیم…

aerodynamic تشکیل شده از aero و dynamic …. به زبان ساده یعنی دینامیک جریان هوا…. یعنی در این علم، جریان هوای در حال حرکت رو مورد بررسی قرار می دهیم… آیرودینامیک علمیه که به مطالعه رفتار جریان هوا حول اجسام مختلف می پردازه…  فیلم زیر رو ببینید:

در این فیلم مهندسان آیرودینامیک رفتار هوا رو حول خودروی بنز بررسی می کنن…. اما شاید سوال بشه خب آخرش که چی؟!؟… پاسخ اینه که… اگه با ویژگی های جریان آشنا بشید می بینید با دونستن رفتار جریان میشه خیلی کارها کرد…. احتمالا تا حالا سوار دوچرخه یا موتور شدید… وقتی با سرعت زیاد حرکت می کنید… یه نیروی مقاوم در جلوی خودتون احساس می کنید…

این نیروی مقاوم که پسا نام داره میتونه جلوی سرعت شما رو بگیره و میزان زیادی از انرژی شما رو بر باد فنا بده!!! این وسط علم آیرودینامیک میتونه شما رو راهنمایی کنه که چه جوری این نیروی پسا رو به حداقل ممکن برسونید… اینجاست که راز شکل کلاه دچرخه سواران و موتور سوارها کشف میشه…همه این هندسه ها ریشه های آیرودینامیکی داره!…

همونطور که در ابتدا عرض شد علم آیرودینامیک وسعت گسترده ای داره…. به طوری که تا ساده ترین مسائل زندگی ما هم وارد میشه…. از حرکت آب درون جوی بگیرید تا باد شدیدی که جلوی حرکت شما رو گرفته…. پرواز پرندگان و حشرات…. دوچرخه و موتوری که سوار میشید….موشک کاغذی که درست می کنید و خیلی موارد دیگه… اینها همه تحلیلهای آیرودینامیکی دارن…

حالا بیاید کمی دقیق تر بشیم… آیرودینامیک در واقع بخشی از علم وسیع تر مکانیک سیالات هستش و ریشه در اون داره…. مطالعه و پیشرفت این علم از حدود 120 سال پیش همزمان با اولین پروازها  شروع شد….و طی این مدت پیشرفتهای زیادی کرد که غالبا در زمینه هواپیما و موشک بود… بعد از این مهندسان دیگر هم کم کم به این فکر افتادند که از این علم بهره ببرند و کیفیت ساخته های خودشون رو بهتر کنند… به همین دلیل مباحث جدیدی مثل آیرودینامیک خودرو و وسایل نقلیه…. آیرودینامیک ساختمان ها و سازه ها… توربین باد… تاثیرات آیرودینامیک در  شاخه های ورزشی و… مطرح شد.

علم آیرودینامیک بسیار زیباست…. به واقع می تونم بگم که زینت هوافضا، آیرودینامیک هست (قال احد من الهوافضائیون!)… برای اینکه بیشتر آیرودینامیک رو لمس کنید آزمایشهای زیر رو انجام بدید:

وقتی روی یک نوار کاغذی رو فوت می کنید انتظار میره که این کاغذ پایین تر بره اما برخلاف انتظار بالاتر میره! اگه بین دو توپ آویزان و یا بین دوتا ورق بدمید به جای اینکه از هم دور بشن به هم نزدیک تر میشن!

 

 یه لوله خودکار و یا سشوار رو بگیرید و به صورت مورب به یه توپ پینگ پونگ در هوا بدمید می بینید که توپ در هوا معلق می مونه… و یا مثلا اگه روی یه باد کنک فوت کنید بادکنک بالاتر میره….

یا دلیل کات کشیدن توپ با دانستن قوانین آیرودینامیکی معلوم میشه:

 

توپ فوتبال٬ تنیس و گلف به خاطر دلایل آیرودینامیکی هستش که این شکلهای خاص رو دارن:

  

فیلم زیر رو ببینید… به دلیل عدم تحلیل آیرودینامیکی، پل زیر چنان به ارتعاش افتاد که فروریخت:

علم آیرودینامیک از جهات مختلف دسته بندی میشه… از یه نظر به دو بخش مادون صوت و مافوق صوت تقسیم میشه…مادون صوت جریان رو از سرعتهایی پایین تا سرعتی حدود 1000 کیلومتر بر ساعت بررسی می کنه در این بازه، تمامی پرنده های سرعت پایین  مثل گلایدرها، هواپیماهای ملخی و  مسافربری تحلیل میشن البته به این دسته آیرودینامیک سرعت پایین هم (low speed aerodynamic) میگن… و جریان مافوق صوت به بررسی جریانات بالای 1000 کیلومتر بر ساعت می پردازه که معمولا موشکها و جنگنده ها در این حالت تحلیل میشن…

 از منظر دیگه آیرودینامیک به دو دسته لزج و غیر لزج تقسیم میشه.. لزجت خاصیتی از هوا و سیالات هستش که باعث نیروی پسا هست… در آیرودینامیک غیر لزج٬ دیگه صحبتی از نیروی پسا نیست یعنی اصلا وجود نداره… شاید فکر کنید که این امر باعث خطا در نتایج میشه اما نگران نباشید چون خیلی از جریانهای اطراف ما غیر لزج  و فقط جریانهای نزدیک به سطوح و دیواره ها دارای اثرات لزجت هستند.

یکی از مباحث مهم در آیردینامیک لزج لایه مرزی هستش که حجم بالای تحقیقات و پیشرفتهای آیرودینامیک مربوط به این زمینه میشه….

از منظر دیگه آیرودینامیک رو به دو دسته تراکم ناپذیر و تراکم پذیر تقسیم کرده اند…. تراکم ناپذیر به این دلیل که چگالی جریان تغییر نمیکنه…. تقریبا تا سرعتهای ۳۰۰کیلومتر بر ساعت جریان هوا تراکم ناپذیره…

از سوی دیگه دو دسته بسیار مهم آیرودینامیک تئوری و آیرودینامیک تجربی وجود داره… در تئوری به محاسبات و تحلیلهای محاسباتی و عددی اکتفا میشه … مثلا جسم پرنده رو درون یک نرم افزار تحلیل می کنن… و یا معادلات جریان رو برای یک جسم حل می کنند… معمولا به کسایی که تخصصشون این موضوعه، سی اف دی کار (cfd man ) میگن….

اما در آیرودینامیک تجربی به محاسبه مجهولات در عمل می پردازن….در واقع برای بررسی جریان٬ جسم رو درون اتاقک های مخصوصی قرار  و سپس جریان رو درون اتاقک حرکت میدن…. این کار دقیقا مثل این میمونه که جسم در هوا داره پرواز می کنه… به مجموعه این اتاقک، موتور و سایر تجهیزات٬ تونل باد (wind tunnel) می گن…بنابراین هروقت اسمی از آیرودینامیک تجربی اومد حتما بدونید که پای یه تونل باد در میان هست!!

تونلهای باد ابعاد مختلفی دارن هم می تونن بسیار کوچک و هم میتونن به اندازه ای باشن که هواپیما یا ماشینی به اندازه واقعی رو توش قرار داد و تحلیل کرد.

نرم افزار های آیرودینامیک

 در علم آیرودینامیک بحث کد نویسی یکی از مباحث مهمه… درواقع مهندس آیرودینامیک، علاوه بر حل های تحلیلی باید بتونه حل عددی هم بکنه… بنابراین باید با قواعد برنامه نویسی آشنا باشه….این ویژگی بیشتر در مقطع ارشد به داد مهندس آیرودینامیک میرسه… چون خیلی از پروژه هاش کد نویسیه… رایج ترین زبان برنامه نویسی برای آیرودینامیک، زبان فرترن – fortran هست.

قدیمی ترها با فرترن 77 کار می کردن ولی الان از ورژنهای جدیدتر این نرم افزار استفاده میشه مثل فرترن 90 و فرترن 95 … البته خیلی ها اعتقاد دارن که این زبان، بسیار کودن(!) هست وبا محیطش حال نمی کنن… ولی مزیتی که این زبان داره سرعت بالای محاسبات اونه که چند یا چندین برابر زبان های جدید مثل متلب هست…

از دیگر ابزارهای تحلیلی مهم و رایج در علم آیرودینامیک، نرم افزار فلوئنت و گمبیت هست… فلوئنت و گمبیت در واقع دو نرم افزار هستند که در گمبیت ابتدا  هندسه جسمی که قصد داریم در جریان قرارش بدیم رو مدل می کنیم، سپس این هندسه رو وارد فلوئنت کرده و تحلیل می کنیم…. فلوئنت حکم یه تونل باد مجازی رو داره که به صورت عددی میشه جریان رو جسم مدل شده شبیه سازی کرد و نتایج رو در عمل استفاده کرد….

در این زمینه نرم افزارهای زیادی مثل فلوئنت هستند ولی به اندازه این نرم افزار پرکاربرد نبودند مثل:

cfx , star-cd , cfd-ace , phoenics , flow3d , fire , swift

نرم افزارهای دیگه ای هم هستند که به صورت کدهای آماده و بر اساس روابط تئوری و هم چنین تجربی در آزمایشگاه نوشته شده اند و از اعتبار خوبی بر خورددارند… مثلا کدهای آماده x-foil برای تحلیل ایرفویل در انواع جریان ها مناسب است. حتی جریانهای لزج هم با این کدها می شه تحلیل کرد.کدهای x-foil بعد ها تحت نرم افزار profili ارائه شد که محیط نرم افزار از حالت کد خارج شده و دگمه ها و نمودارها دیگر امکانات بهش اضافه شد….

نرم افزار دیگه ای که به صورت کدنویسی بسیار معتبر و ارزشمنده، نرم افزار digital datcom هست… توسط این نرم افزار میشه پارامترهای آیرودینامیک اجسام پرنده رو در حالت دو بعدی و سه بعدی محاسبه کرد. خصوصا مشتق های پایداری رو که بسیار مهمند….

آیرودینامیک در دانشگاه های ایران

 درس آیرودینامیک در دانشگاه های ایران در دوره کارشناسی در قالب دو درس سه واحدی (آیرودینامیک 1 و 2) ارائه میشه… آیرودینامیک 1 همون جریان حول اجسام در سرعت های زیر صوتی هست و آیرودینامیک 2 به جریان مافوق صوت می پردازه….غالب اساتید مرجع اصلی این درس رو آیرودینامیک جان اندرسون معرفی می کنن که از حق نگذریم کتاب ارزشمند و روانی هست….

اگه کسی دوست داره به صورت پایه ای یک آیردوینامیکی بشه باید از ابتدا به درس مکانیک سیالات اشراف کامل پیدا کنه تا با تسلط کامل به یادگیری مفاهیم ایرودینامیک بپردازه…. نکته قابل توجه در این قسمت اینه که تمامی مطالبی که در زمینه آیرودینامیک در ایران تدریس میشه غالبا مربوط به هواپیماست….

اما در مقطع ارشد درس ها تخصصی تر و صد البته شیرین تر میشه…. عناوین دروس آیرودینامیکی در ارشد به شرح زیره:

– ریاضیات پیشرفته

– آیرودینامیک مادون صوت

– آیرودینامیک مافوق صوت

– تئوری لایه مرزی

– دینامیک سیالات محاسباتی 1 (cfd)

– توربولانس

– آیرودینامیک پیشرفته

– آیرودینامیک توربوماشین ها

– تولید شبکه محاسباتی

– دینامیک سیالات محاسباتی 2 (cfd)

– آیرودینامیک غیر دائم

– آیرودینامیک هلیکوپتر

– جریان های چندفازی

– آیرودینامیک ماوراء صوت

– تئوری اغتشاشات

البته مباحث دیگه ای هم شاید در برخی دانشگاه ها ارائه بشه… و به فراخور هر دانشگاه درس های خاصی که متناسب با اهداف اون دانشگاه هست تدریس خواهد شد. برای آشنایی بیشتر با کلیه کتب هوافضایی اینجا کلیک کنید. 

در واقع تجربه ای که خودم بعد از پنج شش سال داشتم اینه که در دوره کارشناسی با گوشه ای از حقایق علمی آشنا میشیم اما با ورود به مقطع ارشد دریای حقایق علمی به روی آدمی گشوده میشه(!) البته اگر انتخاب ارشد از روی علاقه باشه نه چیزای دیگه (که در ادامه به این موضوع هم می پردازیم)…. آدم فکر می کنه که با شروع ارشد دیگه وقتش آزاده و هفته ای دو روز میره دانشگاه و هیچی! غافل از اینکه هر درس سه واحدی ارشد برابری میکنه با سه درس کارشناسی بل بیشتر…

 در جدول زیر ظرفیت های دانشگاههایی که در مقطع ارشد دانشجو می گیرند آمده است (سال 91):

معرفی برخی از زمینه های تخصصی در علم آیرودینامیک

– لایه مرزی:  هنگامی که جسم در معرض جریان قرار می گیره، لایه ای نازک در جریان (و چسبیده به جسم) ایجاد می شه که خصوصیاتش با نواحی دیگر جریان سیال فرق می کنه… این لایه در اثر خاصیت چسبندگی سیال (لزجت – viscosity) به وجود میاد. در این ناحیه سرعت سیال از صفر تا 99 درصد سرعت جریان آزاد، تغییر می کنه:

لایه مرزی خودش به دو بخش ناحیه آرام (laminar) و مغشوش یا آشفته (turbulent) تقسیم میشه که هر کدوم دامنه گسترده ای از تحقیقات و مطالب علمی دارند.

آیرودینامیک پره های توربین و کمپرسور (turbin blade aerodynamic): در این شاخه از آیرودینامیک، روی جریان عبوری از پره های توربین گازی و کمپرسور تمرکز میشه و یکی از اهداف مهم تحقیقات، جلوگیری از پدیده surge و stall  در پره هاست… البته فن ها هم میشه در این دسته جا داد… این شاخه جزو دسته آیرودینامیک داخلی محسوب میشه و نه تنها در موتور های جت، بلکه در توربین های گازی صنعتی نیز جای کار و خواهان بسیار داره…

آیرودینامیک ملخ (propeller aerodynamic): ملخ هواپیما و هلیکوپتر از مهمترین مباحث در این زمینه هستند. این شاخه جزو آیرودینامیک خارجی هست. توربینهای بادی هم نیاز به این چنین تحلیل هایی دارند….. ملخ ها همیشه راندمان کامل رو ندارن و در حالت مناسب حدود 70 درصد بازدهی دارن… بنابراین طراحی یک ملخ با راندمان بالا هدف اصلی این شاخه هست:

پروانه کشتی ها و قایق ها هم در همین مقوله می گنجه و جای کار زیادی برای تحقیقات در این زمینه هم هست…به عبارتی دامنه این علم تا صنایع کشتی رانی هم رسیده!

آیرودینامیک هواپیما (و موشک) (aircraft aerodynamic): در این مورد مهندس آیرودینامیک وظایف مختلفی داره… در قدم اول باید دید که چرا هواپیما باید تحلیل ایرودینامیکی بشه؟… همیشه  غالب تحلیل های آیرودینامیکی هواپیما برا وقتیه که ساخته نشده و در مرحله طراحی هست….در این مرحله سرطراح از گروه آیرودینامیک خودش میخواد که ضرایب لیفت و پسا و ممان پیچشی هواپیما و به طور کلی مشتقات پایداری رو از طریق تحلیل استخراج کنند تا در مراحل بعدی طراحی استفاده بشه… همچنین انتخاب و طراحی ایرفویل های بال و دم و …. نیز از قسمتهای مهم دیگر هست …. موشک هم به همین صورته با کمی ریز کاری های دیگه…

آیرودینامیک برج های بلند (tall building aerodynamic): شاید در نگاه اول فکر کنید که دیگه ساختمان ها و برجها برای چی نیاز به تحلیل ایرودینامیکی دارند؟!؟…اما باید بگم که بی توجهی به این امر باعث سقوط یک ساختمان خواهد شد…گردابه هایی که در پشت ساختمان ایجاد میشه با یه فرکانس خاصی در پشت ساختمان تشکیل و از آن جدا می شوند… اگر این فرکانس به مقدار خاصی برسد باعث ارتعاش سازه و تشدید اون میشه…

آیرودینامیک خودرو (road vehicle aerodynamic): دیگه در این مورد نیاز به توضیح نیست … چون که خودتون تفاوتهای خودرهای دیروز رو با امروز از لحاظ آیرودینامیکی به وضوح مشاهده می کنید…( نمونه اش مقایسه پیکان و پژو 206!!)

موقعیت شغلی گرایش آیرودینامیک :

غالبا رایجه که میگن دربین گرایشهای هوافضا آیرودینامیک از همه بازار کار کمتری داره….اما این حرف برای کسایی میتونه صدق کنه که نشستند و بدون هیچ کارنامه عملی و علمی منتظرند که دو تا فرشته از صنعت بیاین و اینها رو روی دست ببرن سر کار!!!

آیرودینامیک هم مثل سایر گرایشهای دیگه نقش بسیار تعیین کننده ای در صنعت هوافضا داره…. نه تنها هوافضا بلکه خیلی زمینه های دیگه … برای مثال الان شما توی ایران میتونید وارد شرکتهایی مثل صبا نیرو بشید و در زمینه توربینهای بادی کار کنید… در صنایع خودرو سازی هم جایی برای این گرایش پیدا میشه… التبه در خارج از کشور بیشتر و در داخل کمتر….صنعت ساختمان سازی و شهری نیز نیاز به تحلیل  جریان حول ساختمانهای بلند و هم چنین پلها داره تا استحکام و طراحی اون درست انجام بشه… صنعت راه آهن از دیگر صنایع هست که برای طراحی شکل واگنهای قطار و فاصله واگن ها با هم٬ نیازمند به یک مهندس آیرودینامیک هست.

صنعت توربینهای گازی در نیروگاهها هم یکی دیگر از بازارهای کار برای مهندسان آیرودینامیک هست…

در زمینه صنایع دفاع و نظامی که تا دلتون بخواد موقعیت شغلی هست…. مخصوصا ایرودینامیک موشک…. و بعد از اون آیرودینامیک هواپیماها که البته غالبا هواپیماهای بدون سرنشین در صدر تحلیلها قرار دارند. با توجه به اینکه صنعت هواپیماسازی ایران در مرحله یک جهش بزرگ قرار داره٬ پیشبینی میشه که در اینده مهندسان زیادی در گرایشهای مختلف هوافضا از جمله آیردوینامیک لازم باشه…. چون پروسه طراحی یک هواپیما اونم از نوع مسافربری مستلزم تعداد زیادی تحلیل هاست….

 شاید تا اینجا با خودتون میگید که نویسنده این مطلب چقدر دلش خوشه!!… وقتی کسی انقدر از خودش مطمئن باشه که در زمینه مورد علاقه ش میتونه کار کنه و پروژه انجام بده دیگه دغدغه کار پیدا کردن نداره٬ چرا که این کار هست که خود به خود به سراغش میاد!… بنابراین اول علاقه خودتون رو مشخص کنید و سپس با انجام پروژه و کارهای عملی بر مهارت خود اضافه کنید تا جایی رزومه ای در خور و شایسته یه مهندس آیرودینامیک پیدا کنید.

مطمئن باشید که علاقه همیشه کلید موفقیت در بازار شغلی هست….مطلب جالبی در این زمینه هست که بیانش خالی از لطف نیست:

 

مارک البیون در کتاب خود تحت عنوان  «ساختن زندگی و امرار معاش»، درباره یک مطالعه آشکارکننده از سوداگرانی می نویسد که دو مسیر کاملا متفاوت را پس از فراغت از تحصیل دانشگاهی طی کرده اند. وی چنین می گوید: یک بررسی از فارغ التحصیلان دانشکده بازرگانی، سابقه 1500 نفر را از سال 1960 تا سال 1980 مورد مطالعه قرار داده است. در آغاز، فارغ التحصیلان به دو گروه تقسیم شدند.

گروه الف: کسانی بودند که گفته بودند می خواستند اول پول درآورند تا بعداً هر کار خواستند بکنند. یعنی اول مشکلات مالی خود را حل و فصل کنند، بعداً به امور دیگر زندگی بپردازند.

گروه ب : شامل کسانی بود که ابتدا به دنبال علاقه واقعی خود بودند و اطمینان داشتند که پول عاقبت خود به دنبال آن می آید.

چه درصدی در هر گروه وجود داشت؟ از 1500 فارغ التحصیل در مطالعه مورد نظر، کسانی که در گروه الف «اول پول» بودند 83 درصدکل یا 1245 نفر را تشکیل می دادند. گروه ب « اول علاقه واقعی» یعنی خطرپذیرها جمعاً 17 درصد یا 255 نفر بودند. پس از بیست سال 101 نفر میلیونر در کل این دو گروه به وجود امده بود که یک نفر از گروه «الف» و 100 نفر از گروه «ب» بودند …!

کلمات کلیدی:‌  آیرودینامیک – معرفی گرایش هوافضا – شاخه – علم – تئوری لایه مرزی – معرفی علم آیرودینامیک – گرایش آیرودینامیک – رشته آیرودینامیک – آیرودینامیک ماشین – توربوماشین – لایه مرزی – aerodynamic – technology

نوشته های مشابه

5 دیدگاه در “آشنایی جامع با گرایش و علم آیرودینامیک

  1. ehsan گفت:

    ممنون بابت پستتون…مختصر و بسیار مفید

  2. عرفان گفت:

    سلام من خیلی دوست دارم رشته هوافضا را

  3. مهدی گفت:

    سلام
    طراحی هواپیما جزو کدوم گرایشه؟
    ایرودینامیک یا سازه؟

    1. admin گفت:

      میتونی در هردوش مبحث طراحی هواپیما رو دنبال کنی

      1. مهدی گفت:

        من سال 95 قراره کنکور بدم عجیبم به طراحی هواپیما علاقه دارم
        پیشنهاد شما کدوم گرایشه؟

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *