Aeronautics | Γνωρίστε την υποομάδα Aerodynamics

Ποιος είναι υπεύθυνος για την σχεδίαση ενός αεροπλάνου; Η υποομάδα των αεροδυναμικών. Η σχεδίαση είναι μια μακρά και πολύ σημαντική διαδικασία της κατασκευής του αεροπλάνου.
Ως αεροδυναμική ορίζεται ο συγκεκριμένος κλάδος της μηχανικής ρευστών που ασχολείται με την κίνηση των ρευστών, πιο συγκεκριμένα του αέρα, γύρω από σώματα. Με την κίνηση αυτή προκαλούνται δυνάμεις οι οποίες πρέπει να μελετηθούν λεπτομερώς για να γίνει μια βελτιστοποίηση του σχεδιασμού. Οι δύο βασικές δυνάμεις που δημιουργούνται είναι η άντωση (Lift) και η οπισθέλκουσα (Drag). Η άντωση είναι η δύναμη η οποία κάνει το αεροσκάφος να πετάει και για αυτό η παραγόμενη δύναμη πρέπει να εξισορροπεί το βάρος του αεροσκάφους έτσι ώστε να διατηρεί οριζόντια πτήση. Η οπισθέλκουσα είναι ευρέως γνωστή ως αεροδυναμική αντίσταση και αποτελεί τον μεγαλύτερο πονοκέφαλο για έναν σχεδιαστή καθώς πρέπει να ελαχιστοποιήσει όσο το δυνατόν περισσότερο την τιμή της.
Για να περάσουμε από την θεωρία της αεροδυναμικής στην κατασκευή και την πτήση του αεροσκάφους μεσολαβεί το στάδιο του σχεδιασμού. Ο σχεδιασμός χωρίζεται σε 3 βασικά στάδια. Ο στοχαστικός σχεδιασμός (Conceptual Design), ο προκαταρκτικός σχεδιασμός (Preliminary Design) και ο λεπτομερής σχεδιασμός (Detailed Design). Καθώς η αεροδυναμική μελέτη λαμβάνει χώρα στα 2 πρώτα στάδια θα δοθεί μεγαλύτερη έμφαση σε αυτά.
Το Conceptual Design ξεκινάει με την αποστολή του αεροσκάφους. Η αποστολή αυτή είναι διαφορετική σε κάθε περίπτωση και η σωστή αποσαφήνιση της οδηγεί σε ένα καλύτερο αποτέλεσμα. Από την επεξεργασία της αποστολής βγαίνουν οι βασικοί περιορισμοί οι οποίοι θα ληφθούν υπόψιν στο Preliminary. Αφού η αποστολή είναι γνωστή ξεκινάει το στάδιο όπου οι αεροδυναμιστές προσπαθούν να βρουν την βέλτιστη γεωμετρία. Εδώ όλες οι ιδέες πέφτουν στο τραπέζι και συζητούνται με τις καλύτερες και πιο εφικτές να προχωράνε στο επόμενο στάδιο. Αφού η ομάδα καταλήξει σε 3-4 βασικές γεωμετρίες τις συγκρίνει μεταξύ τους και επιλέγει την βέλτιστη. Η βέλτιστη αυτή γεωμετρία αποτελεί το πρώτο σχέδιο του αεροσκάφους. Μπορεί να είναι βέλτιστη σε σύγκριση με τις υπόλοιπες, όμως επιδέχεται πολλά περιθώρια βελτίωσης, καθώς είναι σε «πρόχειρη» μορφή, αφού δεν είναι 100% ορισμένο ως προς όλες τις διαστάσεις του.
Η βελτίωση αυτή έρχεται στο Preliminary Design. Πλέον οι περιορισμοί αυξάνονται, καθώς εκτός από αυτούς της αποστολής, προστίθενται οι περιορισμοί για την πτητική συμπεριφορά του αεροσκάφους. Πλέον δεν ενδιαφέρει την ομάδα μόνο να επιτυγχάνεται η οριζόντια πτήση αλλά και να διατηρείται, χωρίς να κουράζεται ο πιλότος. Η έννοια της ευστάθειας εισέρχεται στον σχεδιασμό και αυξάνει τους πονοκεφάλους των αεροδυναμιστών. Η ευστάθεια είναι η κατάσταση σταθερότητας, στην οποία δεν υπάρχει καμία μεταβολή. Για έναν αεροδυναμιστή η ευστάθεια είναι η ικανότητα του αεροπλάνου να έχει την τάση να διορθώσει τον εαυτό του σε μια μικρή μεταβολή της γωνίας πτήσης. Για να μπορέσει να επιτευχθεί αυτό πρέπει να σχεδιαστεί μια καλή πτέρυγα, η οποία δημιουργεί αρκετή άντωση, έτσι ώστε να σηκώνεται το μεγαλύτερο ποσοστό του βάρους του αεροπλάνου, καθώς και μια σωστή ουρά, η οποία πρέπει να διατηρήσει την ευστάθεια του. Η σχεδίαση αρχικά γίνεται με την χρήση των αναλυτικών υπολογισμών οι οποίοι εμπεριέχουν ένα σφάλμα, όμως δίνουν μια πολύ καλή εικόνα για την πραγματικότητα. Για να γίνει το επόμενο βήμα έτσι ώστε να μειωθεί αυτό το σφάλμα χρησιμοποιούνται αριθμητικές μέθοδοι (CFD). Τα CFD διακριτοποιούν την γεωμετρία και επιλύουν τις εξισώσεις που διέπουν τα ρευστά δίνοντας αποτελέσματα που είναι πολύ κοντά στην πραγματικότητα. Πλέον, αφού υπάρχει μια λεπτομερής προσέγγιση της αεροδυναμικής συμπεριφοράς του αεροπλάνου, ελέγχεται εάν η τελική γεωμετρία καλύπτει όλους τους περιορισμούς που τέθηκαν στην αρχή της σχεδίασης. Εάν οι περιορισμοί καλύπτονται, τότε η σχεδίαση περνάει στο Detailed Design.
Στο στάδιο αυτό ουσιαστικά ξεκινάει η κατασκευή και οι αεροδυναμιστές έχουν την επίβλεψη πως ό,τι κατασκευάζεται είναι κοντά στην μελετημένη γεωμετρία, με σκοπό η πραγματική συμπεριφορά να είναι ίδια με την θεωρητική. Αφού ολοκληρωθεί και το Detailed Design φτάνει η πτήση.
Η πτήση είναι η στιγμή που ο σχεδιασμός κρίνεται από όλες τις πλευρές. Εκεί το αεροπλάνο έρχεται αντιμέτωπο με τις πραγματικές συνθήκες και βλέπεις εάν όντως η πτέρυγα δημιουργεί την απαραίτητη άντωση. Εκεί φαίνεται εάν η σχεδίαση της ουράς έχει γίνει σωστά και διατηρεί το αεροσκάφος ευσταθές. Και το κυριότερο εκεί βλέπεις εάν η αποστολή όντως επιτυγχάνεται.