Language
Country/Area
No result found
Bí mật của chuyến bay: Hy Lạp cổ đại lấy cảm hứng từ khí động học hiện đại như thế nào?
Bí ẩn về khí động học đã được truyền lại cho đến ngày nay, từ Icarus trong thần thoại cổ đại cho đến thiết kế máy bay hiện đại, sự chuyển động của không khí luôn gắn liền với giấc mơ bay của con người. Kể từ thời Hy Lạp cổ đại, nhiều lý thuyết và quan sát về chuyển động của vật thể trong không khí đã phát triển, mở đường cho những phát triển khoa học sau này. Trên thực tế, các khái niệm cơ bản về khí động học đã xuất hiện trong các tác phẩm của các nhà triết học Hy Lạp cổ đại như Aristotle và Archimedes.
Nghiên cứu của họ liên quan đến các khái niệm như dòng chảy, sức cản và gradient áp suất, đặt nền tảng cho các thí nghiệm khoa học trong tương lai.
Sự phát triển chính thức của khí động học hiện đại bắt đầu vào thế kỷ 18, và tiến bộ mang tính cách mạng trong lĩnh vực này có thể bắt nguồn từ cơ học chất lỏng và động lực học khí dựa trên phương trình Schrödinger. Bốn lực cơ bản của khí động học, đó là mối quan hệ hợp lý giữa trọng lực, lực nâng, lực cản và lực đẩy, lần đầu tiên được định nghĩa rõ ràng bởi George Kelly vào năm 1799. Những nguyên tắc này vẫn hướng dẫn thiết kế máy bay ngày nay.
Lý thuyết của Kelly cho thấy rằng việc nắm vững mối quan hệ qua lại giữa bốn lực lượng này là chìa khóa để đạt được chuyến bay bằng máy bay hạng nặng hơn.
Vào thế kỷ 19, Francis Herbert Wenham đã xây dựng đường hầm gió đầu tiên cho phép thực hiện các thí nghiệm gần như chính xác về khí động học. Với chuyến bay lượn thành công của Otto Lilienthal, khái niệm cánh cong mỏng đã được đề xuất, nó không chỉ mở rộng khái niệm về lực nâng mà còn giảm lực cản. Sau đó, anh em nhà Wright đã hoàn thành chuyến bay có động cơ được điều khiển đầu tiên vào năm 1903, một sự kiện mang tính bước ngoặt mở ra kỷ nguyên hàng không.
Khi tốc độ máy bay tăng lên, khả năng nén của không khí tạo ra những thách thức về thiết kế. Ernst Mach đã đưa ra khái niệm về số Mach, một thước đo quan trọng để hiểu được rào cản âm thanh và tác động của nó đối với thiết kế máy bay. Các tính chất vật lý của tốc độ siêu âm và cận âm hoàn toàn khác nhau khi được phản ánh qua đặc tính dòng chảy ở các vận tốc khác nhau, điều này đặt ra nhiều câu hỏi và thách thức cho các kỹ sư.
Trong sự phát triển nhanh chóng của khí động học, các lý thuyết mới nổi như dòng nén và nhiễu loạn đang vượt qua ranh giới của công nghệ hàng không.
Với sự phát triển của công nghệ động lực học chất lỏng tính toán, các nhà thiết kế có thể dự đoán hiệu suất của máy bay trong mô phỏng máy tính. Một mặt, điều này làm cho quá trình thiết kế hiệu quả hơn; mặt khác, nó cũng thúc đẩy sự hiểu biết sâu sắc về các dòng chảy siêu âm và siêu âm. Trong quá trình này, các định luật chuyển động, bảo toàn năng lượng, bảo toàn động lượng và các nguyên lý khác của Newton vẫn tạo thành cơ sở lý thuyết cốt lõi của động lực học chất lỏng hiện đại.
Như Aristotle từng đề xuất, việc hiểu rõ nguyên lý chuyển động của không khí xung quanh một vật thể có thể giúp chúng ta tính toán lực tác dụng lên vật đó. Khái niệm này vẫn chưa lỗi thời Thông qua nghiên cứu và khám phá khoa học liên tục, từ những quan sát ban đầu của người Hy Lạp cổ đại cho đến mô phỏng dữ liệu tiên tiến ở khoảng cách 90 thước ngày nay, hiểu biết của con người về chuyến bay và ứng dụng công nghệ liên tục được xác định lại và cập nhật.
Khi hiểu biết của chúng ta về cơ học chất lỏng tiếp tục được nâng cao, công nghệ bay trong tương lai sẽ được định hình lại như thế nào?
Ngày nay, việc thiết kế máy bay không chỉ là tính toán cơ học mà còn là khám phá chuyên sâu về sự tương tác giữa dòng chảy và máy bay. Từ các yêu cầu về nhiệm vụ cận âm đến siêu âm đến siêu âm, mục tiêu của nghiên cứu khí động học hiện đại là cho phép thiết kế máy bay có thể tương tác có thể dự đoán được với chất lỏng trong các trường dòng chảy khác nhau. Điều này sẽ mang lại những khám phá nào trong tương lai?
