Aerodynamics I (FSI-OA1-A)

Akademický rok 2022/2023
Garant: Ing. Robert Popela, Ph.D.  
Garantující pracoviště: LÚ všechny předměty garantované tímto pracovištěm
Jazyk výuky: angličtina
Cíle předmětu:
Cílem kurzu je naučit studenty využívat základní zákony proudění nestlačitelné a stlačitelné tekutiny při řešení běžných technických problémů obtékání jednoduchých těles, zejména se zaměřením na obtékání křídel letounů a celých letounů.
Výstupy studia a kompetence:
Absolventi kurzu získají znalosti a dovednosti z oboru průmyslové aerodynamiky se zaměřením na řešení problémů aerodynamiky letounu. Absolventi kurzu jsou dále schopni řešit problémy spojené s obtékáním těles-vnější aerodynamika a problémy proudění uvnitř strojů-vnitřní aerodynamika.
Prerekvizity:
Znalosti z matematiky (derivování, integrování, diferenciální rovnice). Základní znalosti z fyziky ,statiky a dynamiky. Znalosti termomechaniky a hydromechaniky (proudění)
Obsah předmětu (anotace):
Obecné základy aerodynamiky - Atmosféra a její vlastnosti, vlastnosti tekutin, základní zákony mechaniky tekutin (stručné opakování) - kinematika tekutin, dynamika tekutin, viskózní efekty (stavová rovnice, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, Eulerovy a Navier-Stokesovy rovnice). Profil a jeho aerodynamické charakteristiky - Vznik aerodynamických sil – fyzikální princip, aerodynamické síly působící na těleso v proudu vzduchu a jejich matematický popis, součinitelé sil a momentů, podobnostní čísla, - teorém, letecký profil. Křídlo a jeho aerodynamické charakteristiky - Profil křídla, vývoj profilů a jejich klasifikace, požadavky na profil křídla, jeho aerodynamické vlastnosti, pevnostně konstrukční, provozní a výrobní požadavky. Vztlaková mechanizace. Křídlo konečného rozpětí - Rozložení vztlaku po rozpětí křídla, indukovaný odpor, vztlak, odpor a moment křídla konečného rozpětí. Aerodynamické charakteristiky letounu - Stabilita a působící síly, vliv trupu a na rozložení vztlaku, vztlaková, odporová, momentová čára a polára letounu, pohonná skupina a její vliv na aerodynamické charakteristiky letounu, aerodynamický výpočet letounu.
Metody vyučování:
Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách. Výuka je doplněna laboratorním cvičením.
Způsob a kritéria hodnocení:
Účast ve cvičeních a laboratorních cvičeních je povinná. Účast na přednáškách není povinná. Student získá zápočet z předmětu když do konce zkouškového období za zimní semestr splní :- má větší účast ve cvičeních než 11 ze 14,
- správně vypracuje a odevzdá domácí práce zadané během semestru, - správně vypracuje a odevzdá zprávy o laboratorním měření, - dopočítá doma všechny příklady, které ve cvičení nedořešil. Zkouška z předmětu je písemná a ústní. V písemné části zkoušky student řeší 2 příklady po dobu 60 minut. V ústní části zkoušky student odpovídá na 2 otázky, které si vytáhl. Výsledná známka je průměr známek z písemné a ústní části zkoušky s tím, že pokud v písemné nebo ústní části v jedné z otázek nevyhověl, je celkový výsledek zkoušky nevyhovující.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Je-li účast ve cvičení nižší než 11 ze 14 student doloží, že vyřešil všechny příklady ze cvičení kdy chyběl. Je-li účast ve cvičeních nižší než 50 % student výuku individuálně nahrazuje.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 4 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  2 × 1 hod. povinná                  
    Cvičení  11 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Obecná aerodynamika
1.1 Atmosféra a její vlastnosti
1.2 Vlastnosti tekutin
1.3 Základní zákony mechaniky tekutin (stručné opakování)
- kinematika tekutin
- dynamika tekutin
- viskózní efekty
2. Profil a jeho aerodynamické charakteristiky
2.1 Vznik aerodynamických sil – fyzikální princip
2.2 Aerodynamické síly působící na těleso v proudu vzduchu a jejich matematický popis
2.3 Letecký profil – geometrické charakteristiky
3. Křídlo a jeho aerodynamické charakteristiky
3.1 Profil křídla
3.2 Vývoj profilů a jejich klasifikace
3.3 Požadavky na profil křídla
3.3.1 Aerodynamické vlastnosti
3.3.2 Provozní a výrobní charakteristiky
3.3.3 Pevnostně konstrukční charakteristiky
3.4 Křídlo konečného rozpětí
3.4.1 Rozložení vztlaku po rozpětí křídla
3.4.2 Indukovaný odpor
3.4.3 Vztlak, odpor a moment křídla konečného rozpětí
4. Aerodynamické charakteristiky letounu
4.1 Stabilita a působící síly
4.2 Vliv trupu a na rozložení vztlaku
4.3 Vztlaková, odporová, momentová čára a polára letounu
4.4 Pohonná skupina a její vliv na aerodynamické charakteristiky letounu
4.4 Aerodynamický výpočet letounu
    Laboratorní cvičení 1. Měření rozložení tlaku po povrchu profilu v aerodynamickém tunelu
2. Součinitel vztlaku z rozložení součinitele tlaku po profilu
    Cvičení 1. Aerodynamické koef., přepočet výsledků měření z modelu na dílo
2. Mezinárodní standardní atmosféra
3. Nestlačitelné proudění podél proudnice, měření rychlosti proudu
4. Stlač.1D proudění. Raketový motor, proudění plynu v dýzach
5. Žukovského transformace a profily
6. Rozložení rychlosti a tlaku v potenciálním víru
7. Přibližné metody řešení obtékání po profilu
8. Výpočet základních tlouštěk mezních vrstev na rovné desce
9. Přepočet souč. tlaku v podzvukové oblasti metodou Prandtla-Glauerta
10. Křídlo konečného rozpětí, složky rozložení vztlaku, vliv kroucení křídla
11. Panelové metody při řešení profilu a křídla
Literatura - základní:
1. Houghton E. L., Carpenter P. W., Aerodynamics for Engineering Students
2. Bertin J. John, Aerodynamics for Engineers, Prentice Hall, 2002
Literatura - doporučená:
1. J. D. Anderson, jr.: Fundamentals of Aerodynamics, , 0
2. Bertin J. John, Aerodynamics for Engineers, Prentice Hall, 2002
Zařazení předmětu ve studijních programech:
Program Forma Obor Spec. Typ ukončení   Kredity     Povinnost     St.     Roč.     Semestr  
CŽV prezenční studium CZV Základy strojního inženýrství -- zá,zk 6 Povinný 1 1 Z
M2E-A prezenční studium M-IND Industrial Engineering -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z
N-AST-A prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 6 Volitelný 2 1 Z
N-LKT-P prezenční studium STL Stavba letadel -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z
N-LKT-P prezenční studium TLT Technologie provozu letadlové a letištní techniky -- zá,zk 6 Povinný 2 1 Z