قوانین حرکتی هواپیما

سایت تخصصی دانشجویان مکانیک

ال بايد اين موضوع را بررسي کنيم که چه چيزي به بالهاي هواپيما اجازه مي دهد تا آن را در هوا نگاه دارد. به شکل زير به دقت توجه کنيد.

به طور کل به يک هواپيما در حال پرواز 4 نيروي پيشران[1] ، وزن[2] ، پسار[3] و برآ[4] وارد مي شود که يک به يک آنها را توضيح مي دهيم.

-۱ نيروي پيشران : نيرويي است که براي غلبه بر نيروي پسار ، معمولا توسط موتور جت هواپيما يا ملخهاي هواپيما توليد مي شود و هواپيما را به جلو مي راند. در شکل فوق نيروهاي پيشران را مي بينيد که هواپيما را به سمت جلو مي راند ( يک موتور ملخ دار، شبيه يک پنکه عمل کرده و هوا را از ميان تيغه هاي خود عبور مي دهد و با اين کار نيروي لازم را تامين مي کند(

-۲ وزن :نيرويي که از طرف ميدان گرانشي زمين بر جسم پرنده وارد مي شود .اين يکي از آسانترين مفاهيم پرواز است. به طور مثال هواپيماي بويينگ 747 نزديک به 435 تن وزن دارد که باند پرواز بايد تحمل اين وزن را داشته باشد.

• اين نيرو به مرکز ثقل جسم وارد مي شود.

-۳ نيروي پسار: يک نيروي آيروديناميکي است که در برابر حرکت جسم در سيال (آب يا هوا) مقاومت مي کند. اگر در هنگام حرکت اتومبيل دست خود را از پنجره بيرون برده باشيد مي توانيد شکل ساده اي از اين نيرو را تجربه کنيد. مقدار نيرويي که به دست شما وارد مي شود به بزرگي دستتان، سرعت هوا نسبت به اتومبيل و غلظت هوا بستگي دارد. هرچه سرعت کمتر شود شما راحت تر دستتان را تکان مي دهيد.

نيروي پسار به دليل اصطکاک با هوا به وجود مي آيد وبه عوامل زير بستگي دارد:

-الف چگالي هوا

-ب سرعت جسم پرنده نسبت به هوا

-ج مساحت

-د ضريبي که اين رابطه را به تساوي تبديل مي کند ضريب Drag ناميده شده وبا Cd نمايش داده مي شود که يک کميت بدون بعد است.

-۴ نيروي برآ:اين نيرو ، نيرويي آيروديناميکي است و پيچيده ترين نيروي است که با آن مواجه هستيم. در اصل اين نيروست که هواپيما را در آسمان نگاه مي دارد و باعث خنثي شدن نيروي وزن هواپيما مي شود.

تشريح فيزيکي نيروي برآ توضيح مي دهد که نيروي برآ يک نيروي عکس العملي است به طوري که بالها اين نيرو را با به پايين فرستادن هوا توليد مي کنند.

نيروي برآ در بالها:

به شکل زير با دقت نگاه کنيد:

شما در شکل فوق مقطع يک بال (بالواره) (ايرفويل) (airfoil) هواپيما را مشاهده مي کنيد، سطح بالايي داراي انحنا بوده و خميده است. اگر دو خط را دو جريان سيال (مانند هوا)در نظر بگيريم و نقاط را همچون دو گوي تجسم کنيم که بر روي دو جريان هوا رها شده اند، گوي بالايي و گوي پاييني هردو بايد مسير را طي کرده و با هم به انتهاي مسير (لبه فرار) برسند( اصل چسبندگي). حال واضح است که گوي بالايي بايد مسير طولاني تري را طي کند ولي چون بايد با گوي پاييني به طور هم زمان به لبه فرار برسد پس بايد داراي سرعت بيشتري باشد. حال اگر به نتيجه قانون برنولي (قانون شاره) که مي گويد اگر سيالي در يک شارع سرعتش زياد شود فشارش کم مي شود دقت کنيم معما حل مي شود.

جريان هوا در بالا داراي سرعت زيادتر و فشار کم تر است ولي سرعت در پايين تغيير زيادي نمي کند و فشار نيز تقريبا ثابت مي ماند. به دليل افت فشار در بالاي بالواره يا بيشتر بودن فشار در پايين بالواره يک نيرو به سمت بالا به بالواره وارد مي شود که همان نيروي برآ مي باشد.

به طور کلي مي توان گفت که نيروي Lift به عوامل زير بستگي دارد:

-۱ سرعت جسم نسبت به سيال؛

-۲ چگالي سيال؛

-۳ مساحتي از جسم پرنده که در سيال شناور است؛

-۴ ضريبي که اين تناسب ها را به تساوي تبديل مي کندضريب Lift ناميده مي شود و با Cl نمايش داده مي شود.

پايداري و تعادل پرواز[5] :

پايداري براي يک هواپيما بدان معناست که اگر توده اي از هوا باعث تغيير در حالت فعلي(مانند تغيير جهت) آن شد، يک نيروي بازگرداننده در آن به وجود بيايد و آن را به حالت اوليه بازگرداند و متعادل شود. نکته اي که بايد اينجا ذکر شود اين است که پايداري (Stability) با تعادل (Balance) فرق مي کند. هواپيما زماني متعادل است که گشتاور ( چرخش) خالصي به آن وارد نشود. ولي پايداري همان طور که در بالا گفتيم تمايل هواپيما براي بازگشت به حالت قبلي خود پس از مواجهه با اغتشاش هوا است.

گلایدر چیست؟ وچه تفاوتی با هواپیمای مدل دارد؟

گلايدر نوع خاصي از هواپيماست که موتور ندارد و از نيروهاي آيروديناميکي و شکل خاص خود کمک مي گيرد تا در هوا سر بخورد. گلايدر در لغت به معني چيزي است که سر مي خورد يا گلايد (Glide) مي کند. در مقايسه با يک هواپيماي موتور دار سه نيروي اصلي به گلايدر وارد مي شود؛ "نيروي برآ"، "نيروي پسا" و "وزن". چون گلايدر فاقد موتور است نيروي پيشران ندارد و سرانجام مقاومت هوا يا همان پسا باعث توقف آن مي گردد. شما گلايدر خود را با دست پرتاب مي کنيد به اين معني که نيروي موتور را در لحظه ي پرتاب با دست براي گلايدر خود تامين مي کنيد.زمانی که هواپیمای بی موتور به اندازه ی کافی اوج می‌گیرد آن را رها می‌کنند. بادپر با به کار گیری نیروی باد، در هوا می ماند و آرام آرام از ارتفاع آن کاسته می‌شود. اگر سرعت باد با سرعت کاهش ارتفاع بادپر یکسان باشد، بادپر در ارتفاع ثابتی قرار خواهد گرفت و هنگامی سرعت بیش تر می‌شود، ارتفاعش افزایش می‌یابد. ابزار فرود آمدنشان دربردارنده ی یک چرخ است که زیر کابین خلبان جای گرفته است و در پشت دُم آن هم چرخ کوچک دیگری جای دارد، که از آسیب دیدن دم در هنگامی که روی زمین است، جلوگیری کند .

نظرات شما عزیزان: