Aerodynamika II (FSI-OA2-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 prohloubit a rozšířit znalosti získané v kurzu Aerodynamika I o případy proudění v podzvukové, transonické a nadzvukové oblasti vnějšího proudění, včetně proudění v kanálech a potrubí. Dále získá základní znalosti o numerických metodách a CFD.
Výstupy studia a kompetence:
Absolventi kurzu se naučí řešit stlačitelné podzvukové a nadzvukové obtékání profilů a křídel, dále proudění v kanálech, dýzách a potrubí.
Prerekvizity:
Základní znalosti z matematiky, derivování, integrování, obyčejné diferenciální rovnice a parciální diferenciální rovnice. Základní znalosti z fyziky a mechaniky, statika a dynamika. Základní znalosti z termomechaniky, 1. a 2. zákon termomechaniky. Základy proudění, rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice. Zkouška z předmětu Aerodynamika I.
Obsah předmětu (anotace):
Vliv stlačitelnosti vzduchu - Zákony mechaniky tekutin pro stlačitelnou tekutinu (stavová rovnice, rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, Eulerovy a Navier-Stokesovy rovnice), vliv stlačitelnosti vzduchu na aerodynamické vlastnosti profilů, vliv stlačitelnosti na charakteristiky křídla, vliv stlačitelnosti na charakteristiky letounu. Specifika transsonického a supersonického letu a jejich řešení. Výpočetní metody v aplikované aerodynamice - panelové metody – 2D a 3D metoda okrajových prvků, teoretický popis, aplikace, CFD metody – MKD, MKO v 1D, 2D a 3D, teoretický popis, přehled aplikací, komerční software, praktické cvičení. Aerodynamická optimalizace letounu - nástroje, optimalizační metody, multidisciplinární optimalizace.
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 v případě nejasností v písemných odpovědích i ústní. V písemné části zkoušky student odpovídá na 5 otázek po 10-ti bodech a dále řeší 2 příklady, každý za 20 bodů. Minimální počet bodů pro absolvování zkoušky je 45. V ústní části zkoušky student odpovídá na doplňující otázky ke svým výsledkům z testu.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky:
Je-li účast ve cvičení a laboratorním cvičení nižší než 10 ze 13 student týdnů výuky student prokáže, že vypracoval všechny příklady ze cvičení kdy chyběl. Je-li účast ve cvičení nížší než 50 % student individuálně nahrazuje zameškaná cvičení.
Typ (způsob) výuky:
    Přednáška  13 × 2 hod. nepovinná                  
    Laboratorní cvičení  2 × 1 hod. povinná                  
    Cvičení  11 × 1 hod. povinná                  
Osnova:
    Přednáška 1. Vliv stlačitelnosti vzduchu
1.1 Zákony mechaniky tekutin pro stlačitelnou tekutinu
1.2 Vliv stlačitelnosti vzduchu na aerodynamické vlastnosti profilů
1.3 Vliv stlačitelnosti na charakteristiky křídla
1.4 Vliv stlačitelnosti na charakteristiky letounu
1.5 Specifika transsonického a supersonického letu – vybrané kapitoly
2. Výpočetní metody v aplikované aerodynamice
2.1 panelové metody – 2D a 3D BEM, teoretický popis, aplikace
2.2 CFD metody – MKD, MKO v 1D, 2D a 3D, teoretický popis, přehled aplikací, komerční software, praktické cvičení
3. Aerodynamická optimalizace letounu
3.1 nástroje, optimalizační metody
3.2 multidisciplinární optimalizace
    Laboratorní cvičení Měření výtoku z nadzvukové Lavalovy dýzy.
    Cvičení Přepočet aerodynamických charakteristik profilů v podzvukové oblasti.
Využití hodografické transformace.
Porovnání základních metod přepočtu.
Nadzvukové hrany expanzní a kompresní linearizovaně.
Odrazy nadzvukových charakteristik od pevné stěny a volného rozhraní.
Interakce expanzních a kompresních charakteristik.
Spojitá nadzvuková expanze na velké hraně.
Rázové vlny na kompresní hraně.
Odrazy a interakce spojité expanze a rázových vln.
Obtékání profilu křídla metodami CFD, XFOIL.
Obtékání letounu metodami CFD, příprava dat, FLUENT.
Vyhodnocení získaných výsledků, přesnost.
Literatura - základní:
1. Bertin J. John, Aerodynamics for Engineers, Prentice Hall, 2002
2. Prof. Václav Brož: Aerodynamika VR, , 0
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 5 Povinný 1 1 L
N-AST-A prezenční studium --- bez specializace -- zá,zk 5 Povinný 2 1 L
N-ENG-Z příjezd na krátkodobý studijní pobyt --- bez specializace -- zá,zk 5 Volitelný 2 1 L