معنی ایرودینامیک در اصل، چیزی به جز مطالعه رفتار هوای متحرک نیست. اگر بخواهیم از رفتار هوا به نفع خود استفاده کنیم، باید ببینیم که هوا به هنگام حرکت چگونه عمل می کند. از آزمایش ها با دوچرخه یا اتومبیل بدون سقف و همچنین از تجربیات خود در مورد تأثیر هوای طوفانی می دانیم که یک تندباد دارای چه نیروی عظیمی است؛ کار یک متخصص ایرودینامیک این است که از این نیروی عظیم برای بالا نگه داشتن هواپیما استفاده کند؛ برای مثال، اگر یک هواپیما 75 تن وزن داشته باشد، بال های آن باید طوری طراحی شوند که جریان هوا بتواند در آنها نیرویی معادل 75 تن ایجاد کند.

هدف اصلی از طراحی بال این است که جریان باد فقط مقدار نیرویی را تولید کند که آن نیرو هواپیما را به سمت بالا سوق دهد و مایل نیستیم که باد، نیرویی هم برای پس زدن و عقب بردن هواپیما نیز ایجاد کند. متأسفانه طراح نمی تواند به طور همزمان به هر دوی این خواسته ها دست یابد، زیرا جریان هوا در اطراف هواپیما مقداری هم نیروی رو به عقب تولید می کند که این نیرو حرکت رو به جلوی هواپیما را محدود می سازد.

نیروی رو به عقب در بین مهندسان هوانوردی به نیروی پسا یا رانش معکوس یعنی نیرویی که هواپیما را به عقب می کشد، معروف است. شما هم اگر به سمت باد رکاب بزنید یا بدوید، احساس خواهید کرد که نیرویی شما را از عقب می کشد و از پیشرویتان جلوگیری می کند. نیرویی که رو به بالا عمل کرده، وزن هواپیما را تحمل می کند نیروی برآر (بردارنده یا بالا برنده) نام دارد. پس معلوم می شود که مهندسان آیرودینامیک تلاش می کنند که طراحی بال و بدنه به گونه ای باشد که بتوانند به بیشترین نیروی برآر با کمترین نیروی پسار دست بیابند. یعنی به چیزی برسند که در اصطلاح فنی بهترین نسبت برآر به پسار نامیده می شود.

حال می توان مشکل آنان را به دو قسمت تقسیم کرد؛ نخست باید کاری کنند که نیروی پسار پیکر اصلی هواپیما (پسار بدنه) تا حد امکان ضعیف و اندک باشد. برای اینکار باید از ایجاد هرگونه پستی و بلندی و استفاده از سطوح زبر و ناصاف جلوگیری کنند و شکل مناسبی برای دم و دماغه هواپیما انتخاب کنند.

شکل خوب و مناسب برای پسای کمتر در هوا، کم و بیش باید نظیر شکل بدن ماهی باشد که در آب پسار چندانی تولید نمی کند. به عبارت دیگر، دماغه هواپیما باید کاملاً گرد باشد و دم آن مخروطی و کشیده. البته ممکن است فکر کنید این نوک دماغه است که باید مخروطی و تیز باشد، لیکن باید دانست که این نوع شکل بدنه برای هواپیماهایی که کندتر از سرعت صوت پرواز می کنند مناسب نیست.

ممکن است سوال کنید که چرا باید هوای آشفته در پشت سر هواپیما از پیشروی آن جلوگیری کند. در واقع نیز هوا نمی تواند چیزی را به عقب بکشد، چون هوا مثل آب است نه مثل طناب. حتی اگر تکه ای از هوا را به جسمی گره بزنیم نمی توانیم آن جسم را بکشیم، زیرا ذرات هوا از هم باز می شود و گره نیز از بین می رود.

به احتمال قوی انتظار دارید بگوییم نیروی پساری که هوا در هواپیما یا اشیا تولید می کند از طریق فشار دادن است نه کشیدن، یعنی باید هوای جلوی هواپیما باشد که پسار به وجود می آورد نه هوای عقب آن. این نظریه درست است و ایرادی بر آن وارد نست، ولی کل قضیه برخلاف سادگی ظاهری، از مفهوم عمیق تری برخوردار است. به عنوان مثال بد نیست کمی در مورد اتوبوسی که ایستاده است بیندیشیم:

فشار هوا در همه اطراف آن برابر و مقدارش نیز به همان اندازه فشار جوی متعارفی است که همواره ما را احاطه کرده است. اما به محض اینکه اتوبوس راه می افتد فشار هوا در جلو آن اندکی از فشار متعارف بیشتر می شود. اکنون دیگر تعادل بین فشار هوای جلو و فشار هوای پشت اتوبوس از بین رفته و فشاری اضافی در جلو اتوبوس پیدا شده که اتوبوس را به سمت عقب پس می زند و باعث ایجاد پسا می شود.

برای از بین بردن اثر نیروی پسار لازم است که فشار هوای عقب را تا جایی که مقدور است بالا نگه داریم تا تعادل از دست رفته را دوباره به دست آوریم. برای این منظور، چاره ای نیست جز اینکه عقب ماشین را مخروطی درست کنیم تا جریانات تقسیم شده هوا به نرمی به هم ملحق شوند و زیاد دچار آشفتگی نگردند. (جریان آشفته از فشار کمتری برخوردار است.)

این روش در ساختن اتومبیل های سواری تندرو و هواپیماهای سریع السیر و همچنین در طراحی بدنه کشتی ها و قایق ها نیز به کار می رود. به هر حال، اینکه مقاومت هوا (نیروی پسا) در اطراف هواپیما چگونه به حداقل رسانده شود تنها یکی از موضوعات مطرح برای مهندسان ایرودینامیک است. موضوعات دیگری مانند طراحی بال و ایرفول و اجزایی نظیر آنها مربوط به ایرودینامیک پرواز است و در طراحی کشتی و اتوبوس و ... مطرح نیست.

منبع: ماهنامه صنایع هوایی شماره 201
+ وبرایش علمی و ادبی