ایرودینامیک پرواز

[SHAHRZAD 52]

[align=justify]


[color=olive]اساسی ترین بخش های هر هواپیما عبارت اند از : [/color]
1)Fuselage :
به بدنه اصلی هواپیما میگوییم كه تمام قسمتهای دیگر به آن متصل میشوند و فضایی است كه مسافرین و بار در آن قرار میگیرد .

2)Wing :
این قسمت موظف به تولید نیروی بالا برنده یا همان Lift است كه بعدا در مورد آن بحث میكنیم .

3)Empennage :
به مجموعه دم هواپیما میگوییم كه باعث پایداری حركت مستقیم الخط هواپیما میگردد .

4)Landing Gear :
شامل چرخها و كمك فنرها ( Shuck Strut ) و ترمزها است .

5)Power Plant :
در موتورهای ملخبی به مجموعه ملخ و موتور میگویند ولی در موتورهای جت به خود موتور میگویند .
در تمام مراحل پروازی 4 نیرو بر هواپیما تاثیر میگذارند كه Lift و Weight و Thrust و Drag نام دارند كه اكنون به تفكیك هركدام را بررسی میكنیم .

Lift :
با توجه به قانون برنولی ( Bernoulli's Principle ) كه رابطه فشار و سرعت یك سیال را در دو سطح مقطع مختلف و در یك واحد زمان مشخص تعریف میكند میتوا گفت كه بر اساس این قانون رابطه فشار و سرعت سیال عكس یكدیگر میباشد از این قانون و حركت Air Stream هوا روی Airfoil در جهت تولید نیروی Lift استفاده میشود . به طوری كه وقتی هوا به Airfoil میرسد به دو مؤلفه تقسیم میشود یك دسته از روی بال و دسته دیگر از زیر بال حركت میكنند با توجه به قانون پیوستگی مولكولی چون مولكولی كه از روی بال حركت كرده است با مولكولی كه از زیر بال حركت كرده است باید در یك زمان مشخص در نقطه ای به نام Trailing Edge به یكدیگر برسند هوایی كه از روی بال عبور میكند باید سرعتش بیشتر باشد این سرعت بیشتر باعث میشود كه فشار روی بال كم شود و یك منطقه كم فشار یا Low Pressure روی بال بوجود آید و چون هوایی كه از زیر بال عبور كرده سرعتش كمتر است پس فشار زیر بال زید میشود و یك High Pressure Area زیر بال ایجاد میشود چون با بوجود آمدن منطقه كم فشار روی بال فشاری از روی بال برداشته شده است و عملا با كمترین فشاری كه از زیر بال وارد كنیم
Airfoil به سمت بالا حركت میكند كه اصطلاحا این نیرویی را كه در اثر اختلاف فشار دو منطقه رو و زیر بال بوجود آمده است را Lift مینامیم . كه این نیرو همیشه بر Relative Wind عمود است . نكته مهم این است كه بیشاز 75% از Total Lift یك Airfoil توسط Suction روی بال انجام میشود و 15% باقیمانده توسط قانون سوم نیوتون بر اثر برخورد هوا به زیر بال بوجود می آید .

Relative Wind :
یا همان باد نسبی است كه عبارت است از حركت الیاف هوا حول یك جسم كه در اثر حركت خود جسم در سیال بوجود می آید كه جهت آن همیشه موازی و مخالف جهت حركت جسم میباشد و سرعت آن حدود سرعت جسم دلخل سیال است .

Airfoil :
هر جسمی كه در برخورد با الیاف هوا بتواند نیروی آیرودینامیكی تولید كند را Airfoilمیگویند .

[color=olive]Airfoil Component[/color]

1)Leading Edge :
اولین نقطه ای از بال است كه با هوا برخورد میكند .

2)Trailing Edge :
مولكولهای هوا در این قسمت به هم میرسند و باعث كامل شدن اصل پیوستگی میشوند .

3)Upper Camber & Lower Camber :
به انحنای رو و زیر بال میگویند كه عامل اصلی ایجاد اختلاف فشار است كه برای تولید Lift همیشه باید انحنای روی بال از زیر بال بیشتر باشد .

4)Chord Line :
خطی فرضی است كه Leading Edge را به Trailing Edge وصل میكند و در دو جا به كمك ما می آید اول اینكه Angel Of Attack هواپیما را مشخص میكند و دوم آنكه برای محاسبه Wing Surface یا همان سطح بال مورد نیاز است .

[color=olive]فرمول محاسبه Lift : [/color]

L = 1/2 CL άS V²
CL : ضریب Lift است كه خود به دو مؤلفه A.O.A و Wing Design تقسیم میشود .
ά : همان غلظت هوا است .
S : سطخ بال یا همان Wing Area است .
V² : همان توان دوم سرعت هواپیما است .


[color=olive]Airfoil Design Factor : [/color]
عواملی را كه در طراحی یك Airfoil موثرند به شرح زیر است :

1)Plan Form :
به شكل بال و بدنه میگوییم هنگامی كه از بالا به آن نگاه میكنیم . بالهای هواپیما كلا از نظر Wing Shape و Performance به پنج دسته تقسیم میشوند كه استفاده از هر Airfoil به نسبت طراحی آن میباشد كه برای آن هواپیما در نظر گرفته میشود كه این پنج نوع بال عبارتند از :
1 – Straight Wing ( Rectangular ) : معمولا در هواپیماهای Low Speed از این نوع بال استفاده میكنیم برتری این بال در این است كه از نظر طراحی ساده است و از نظر Stall Stand Point بهترین بالی است كه Stall هواپیما را به خلبان نشان میدهد و ضعف این بال آن است كه وزن زیادی دارد.
2 – Tapered Wing :
3 – Elliptical Wing :
این دو دسته بال در هواپیماهای High Speed تر مورد استفاده قرار میگیرند كه از نظر طراحی نسبت به بال Straight طراحی مشكلتری دارند و از نظر Stall Stand Point به خوبی بالهای Straight عمل نمیكنند ولی وزنشان نسبت به بالهای Straight كمتر است .
4 – Sweptback Wing :
5 – Delta Wing :
این دو دسته بال در هواپیماهای High Performance استفاده میشوند . هواپیماهایی كه از این دسته بالها استفاده میكنند دارای Landing Speed های بالایی هستند به همین جهت از نظر طول باند مورد نیاز برای نشستن دارای محدودیت هستند . یكی از بزرگترین برتریهای آنها Critical Mach Number بالای آنها است یعنی اینكه هواپیماهایی كه از این نوع بالها استفاده میكنند قادر هستند سرعت خود را تا درصدی نزدیك به سرعت صوت افزایش دهند .

2)Camber :
به انحنای دو طرف بال میگویند كه عامل اصلی تولید اختلاف فشار است كه معمولا انحنای روی بال بیشتر از انحنای زیر بال است هرچه این انحنا بیشتر باشد میزان تولید Lift بیشتر میشود ولی این انحنا دارای محدودیت است .

3)Aspect Ratio :
اصطلاحا نسبت طول بال به عرض بال را كه همان نسبت Wing Span بال به Average Chord line بال یا همان Mean Aerodynamic Chord ( MAC )میباشد را Aspect Ratio میگویند . به تعبیر دیگر بدین معنا است كه Airfoil در یك A.O.A ثابت به ازای Lift تولید شده چه مقدار Drag تولید میكند.
Wing Span

[color=olive]Aspect Ratio[/color]
Average Chord Line
در كل Airfoil ها را از نظر Aspect Ratio به دودسته تقسیم میكنیم :
1 – Low Aspect Ratio : بالهایی هستند كه طول و عرض زیادی دارند .
2 – High Aspect Ratio : بالهایی هستند كه دارای طول زیاد و عرض كم هستند كه این نوع بالها از نظر كارایی و تولید Lift از Low Aspect Ratio كارآمد تر میباشند چون زمانی كه Wing Vortex توسط بالها بوجود می آیند با حركت هوا از پرفشار به كم فشار درصدی از Total Lift هواپیما كاهش می یابد هرچه عرض بال در Wing Tip كمتر باشد درصدی از Lift ی كه از دست میدهیم عدد كوچكتری خواهد شد . یعنی در ازای تولید یك واحد Lift هواپیما Drag كمتری تولید میكند . Efficiency این بالها در هنگام Engine Fail بالاتر است كه این Efficiency را بر اساس Lift به مقدار Drag Ratio در POH هواپیما تعریف میكنند

4)Wing Area :
به مساحت كل بال Wing Area میگوییم كه همان S در فرمول Lift است . هرچه مساحت بال بیشتر شود Lift تولید شده بیشتر خواهد شد .

بر اساس فرمول Lift میتوان گفت كه پنج عامل در بوجود آمدن Lift هواپیما موثرند كه عبارتند از :

1)Aircraft Speed
2)Wing Area
3)Air Density
4)Wing Design
5)Angel Of Attack
عوامل 4 و 5 دو آیتمی هستند كه تعیین كننده Coefficient Of Lift یا همان CL هستند . ولی خلبان عملا در پرواز با سه آیتم میتواند Lift هواپیما را كنترل كتد :
1 – سرعت هواپیما
2 – تغییر A.O.A
3 – تغییر Wing Area و Wing Surface
چون Flap هایی كه روی هواپیما نصب شده است همه نمیتوانند سطح بال را تغییر دهند به همین جهت تغییر سطح بال در بعضی از موارد مورد استفاده قرار میگیرد . از این رو مهمترین عوامل تغییر Lift تغییر سرعت و تغییر A.O.A می باشد كه در اصل این دو آیتم عكس یكدیگر عمل میكنند . با افزایش A.O.A چون حركت الیاف هوا روی Airfoil كمتر میشود در اصل سرعت هواپیما كم میشود ولی هوای پرفشار زیر بال در اثر Impact Air یا همان هوای برخوردی فشارش بیشتر میشود و چون اختلاف فشار بین دو منطقه اطراف بال زیاد میشود عامل افزایش Lift میشود . افزایش A.O.A باعث افزایش Lift هواپیما میشود . در اصل با افزایش A.O.A مقدار CL افزایش پیدا میكند كه این افزایش باعث تولید Lift بیشتر میگردد . افزایش A.O.A مقدار CL یا همان Center Of Lift یا همان مركز برآیند نیروی Lift تولید شده توسط Airfoil را به طرف جلو یعنی به طرف Leading Edge حركت میدهد یعنی به طرف جایی كه بیشترین اختلاف فشار وجود دارد . افزایش A.O.Aتا یك حد ماكزیممی كه توسط سازنده هواپیما تعریف شدهاست میتواند عامل افزایش Lift باشد ولی اگر این زاویه از حد تعریف شده خود عبور كند افزایش A.O.A عامل كاهش Lift هواپیما خواهد شد كه در این حالت هوای High Pressure زیر بال از قسمت Trailing Edge به روی بال حركت میكند و حالت Air Stream هوا را به هم میزند كه اصطلاحا به این حالت Stall میگوییم . ماكزیمم A.O.A ی كه هواپیما هنوز Lift تولید میكند را Critical A.O.A مینامند كه Critical A.O.A هر Airfoil عددی است ثابت كه با هیچ فاكتوری تغییر نمیكند و هواپیما در هر شرایط و هر Attitude پروازی كه باشد اگر به این زاویه برسد Stall Warning خواهد داشت . چون Lift Indicator هواپیما Air Speed هواپیما است اصطلاحا سرعتی را كه در آن سرعت به زاویه بحرانی یا Critical A.O.A میرسیم را Stall Speed میگوییم .زمانی كه هواپیما بهCritical A.O.A رسید CL هواپیما به حداكثر خود رسیده است .

[color=olive]Air Stream : [/color]
عبارت است از جریان الیاف هوا كه شكل Airfoil را Follow كند .
زمانی كه هوای پر فشار زیر بال به روی بال حركت میكند عامل خراب شدن Lift هواپیما میشود . هر چه كه A.O.A بیشتر می شود و به Critical A.O.A نزدیكتر میشویم باعث میشود كه جریانات Turbulence كل بال را در بر گیرد و بال نتواند Lift تولید كند در زمانی كه این جریانات كل بال هواپیما را در بر بگیرند اصطلاحا میگوییم هواپیما Full Stall كرده است .

[color=olive]***نكته مهم : [/color]
زمان برابری چهار نیرو وقتی است كه هواپیما در حالت Level Flight و Un Accelerated باشد كه منظور از Level Flight همان Wings Level بودن هواپیما است و Un Accelerated وقتی است كه تغییر Power Setting نداشته باشیم

******************************

http://www.aerocenter.ir/forum/showthread.php?t=7078&page=1

[abijoon1 1]

آقا عاليييييييييييييييييي بود. بسيار ممنون

[ababil313 0]

سلام دست شما درد نكنه خيلي عالي وجالب بود

[ops 2,259]

ممنون برادر.
فرمول محاسبه ليفت خيلي باحاله.چون سرعت هواپيما رو به توان دو رسونده كه يه عدد نجومي ميشه

احتمالا ضرايبش بايد حداقل 5 يا 4 رقم اعشار بخورن

[Mohammad_89 45]

ممنون..

اون چه فاکتوریه که مقاومت بدنه رو در سرعتهای 1 ماخ و بالاتر نشون میده ؟

یه فیلم دیده بودم یه F14 در هنگام عبور از سرعت صوت منفجر شده بود !