آموزش آیروداینامیک پرواز...
مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید . در طول پرواز 4 نیرو بر هواپیما وارد می شوند که عبارت اند از Lift , Weight , Thrust , Dragابتدا آشنایی کوچکی با 4 نیرو و سپس توضیحات کاملی در باره این نیرو ها خدمت شما عزیزان...


Lift
: نیروی بالا برنده ( Upward ) هواپیما می باشد و به سمت بالا میباشد که به وسیله جریان هوا در اطراف بال ها بوجود می آید و هواپیمارا همواره در طول پرواز ساپورت میکند.

Weight
: این نیرو همواره در خلاف نیروی Lift میباشد و به سمت پایین ( downward ) و به سمت جاذبه زمین می باشد.

Thrust
: نیروی جلو برنده ( forward ) هواپیما که هواپیمارا در هوا به جلو می برد.

Drag
: این نیرو در جهت مخالف Thrust میباشد و رو به عقب( backward ) و نیروی مقاومت و محدود کننده سرعت هواپیما است.


مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .







BERNOULLI'S PRINCIPLE

مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .
Daniel Bernoulli (1700-1782)


قانون اولیه متمایز کردن فشار ها از یکدیگر را در ابتدا به وسیله Daniel Bernoulli فیزیکدان Swiss ی کشف شد که به آن قانون برنولی میگویند, قانون برنولی میگوید "هنگامی که سرعت در یک سیّال افزایش پیدا کند فشار آن کاهش پیدا میکند"


مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .

مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .


به زبان ساده هنگامی که جریان هوا به جسم Airfoil (هر جسمی که شکلی مانند تصاویر بالا همانند بال هواپیما باشد) برخورد کند شکاف می خورد و جریان در بالای بال سرعت می گیرد تا همزمان با جریان پایینی به انتها برسد در نتیجه سرعت زیاد و فشار کاهش پیدا می کند و فشار سطح پایین بیشتر از فشار سطح بالایی می شود.

75% نیروی نیروی لیفت بر اساس همین قانون تامین می شود و 25% باقی توسط قانون سوم نیوتون " هر عملی را عکس العملی است مساویو در خلاف جهت"
"For every action there is an equal and opposite reaction."


می توان به اسکی روی آب اشاره کرد , سطحی همچون بال هواپیما ویا همان Airfoil را دارد و هنگامی که اسکی و فردی که اسکی میکند به آب فشار میاورد آب نیز از پایین همان فشار را اما در خلاف جهت می آورد که این باعث ثابت ماندن اسکی روی آب می شود و در بال هواپیما و در هوا نیز این فشاری که هواپیما به هوا و هوا به هواپیما وارد می کند 25% نیروی لیفت را نیز تامین می کند.









AIRFOILS




Airfoil سطحی است همانند بال های هواپیما , هنگامی که باد در اطراف Airfoil جریان پیدا می کند بر روی نیروهای ایرودینامیکی تاثیر می گذارد. به یاد داشته باشید نیروی لیفت تنها در زمانی بوجود می آید که باد در اطراف بال ها جریان داشته باشد یا بهتر است بگوییم در اطراف Aifoil ها!



مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .

همانطور که در تصویر بالا مشاهده می کنید Airfoil دارای قسمت های مختلفی است که آنها عبارت اند از :

Leading Edge : اولین قسمتی از Airfoil که هوا با آن برخورد می کند.

Trailing Edge
: قسمتی که بعد از جدا شدن جریان هوا در آن نقطه مجددا جریان ها به هم میرسند و قسمت انتهایی می باشد.

Chord Line
: خط فرضی است که leading edge را به trailing edge وصل می کند.

Camber
: ویژگی ایرفویل این است که از 2 منحنی یالایی و پایینی تشکیل شده است که به آن Upper camber & Lower Camber می گویند که انحنای Upper camber بیشتر از Lower Camber میباشد و در بعضی مواقع Lower Camber کاملا صاف است و باعث می شود سرعت بادی که در اطراف بال جریان دارد در قسمت بالایی بیشتر از پایین باشد.





Relative wind
: تولید این باد بستگی به مسیر پرواز هواپیما دارد, اگر بال به صورت افقی رو به جلو حرکت کند Relative wind رو به عقب Flight Path می وزد . در واقع Relative wind همیشه موازی و در خلاف جهت با Flight Path حرکت می کند.

شما نباید بین Flight Path و Flight Attitude گمراه شوید زیرا ممکن است هواپیمای شما به ظاهر صاف و افقی باشد اما در حال کمتر شدن ارتفاع باشد آن زاویه ای که شیب هواپیما است Flight path شما و Relative wind در خلاف جهت Flight path شما می باشد که در تصویر زیر برای بهتر متوجه شدن در تصویر زیر کامل رسم کردم.



مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .






Angle of attack : زاویه ای است بین Chord line ایرفویل و Relative wind . برای تولید لیفت بسیار مهم است! زیرا هنگامی که Angle of attack افزایش پیدا کند lift نیز افزایش پیدا می کند.



مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .







کنترل نیروی لیفت توسط خلبان


همانطور که گفتیم نیروی لیفت را می توان با افزایش Angle of attack افزایش داد , البته تنها در طول پرواز و در سرعت و حالت مناسب پروازی با افزایش Angle of attack لیفت نیز افزایش پیدا میکند, زیرا همزمان با تغییر دادن آن , Coefficient of lift یا همان CL نیز تغییر میکند.


Coefficient of lift مقدار لیفت در زاویه angle of attack مشخصی را گویند .
تمامی هواپیما ها angle of attack مشخصی در هنگام ماکزیمم لیفت خود دارند که اگر از آن بیشتر شود STALL
رخ می دهد
مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .



بعضی از هواپیماهای آموزشی کوچک Angle of attack indicator ندارد پس باید مراقب باشید زیرا Stall در هر وزن و سرعت و حالتی ممکن است بوجود آید . توجه داشته باشید که هرچه وزن هواپیما بیشتر باشد شما به سرعت بیشتری نیاز دارید تا دچار Stall نشوید. درواقع Stall غلبه وزن بر هوا است پس هرچه وزن شما بیشتر باشد شما باید با سرعت بیشتری نیز پرواز کنید. stall به علت تفکیک و جدا شدن جریان هوا در سطح بالایی بال ها بوجود می آید که نتیجه آن کاهش سریع نیروی لیفت می باشد, استال به سرعت , angle of attack , حالت پروازو یا وزن بستگی دارد.



مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .
سرعت یکی از چندین فاکتور مهم برای تولید کردن نیروی لیفت می باشد,سرعت برای نگه داشتن هواپیما در حالت Straight-and-level لازم است که به حالت فلپ , angle of attack و وزن وابسته است.

رابطه بین Angle of attack و سرعت تولید کردن نیروی لیفت است . در نتیجه شما با کنترل کردن angle of attack و سرعت , لیفت را کنترل می کنید . هنگامی که سرعت کاهش پیدا می کند برای افزایش لیفت باید زاویه حمله ( angle of attack ) را افزایش دهید تا همان نیروی لیفت تولید شود و بر عکس اگر شما بخواهید با همان مقدار لیفت حرکت کنید هنگامی که سرعت افزایش پیدا می کند زاویه حمله را باید کاهش دهید.




استفاده از FLAPS

فلپ برای افزایش دادن توانایی تولید لیفت توسط بال و کاهش دادن سرعت Stall است و به شما این قابلیت را می دهد تا با کم کردن سرعت همچنان حالت ثابت پرواز را داشته باشید و بیاد داشته باشید با جمع شدن فلپ مجددا سرعت استال افزایش پیدا میکند.
فلپ این توانایی را به شما می دهد تا با سرعت کم مخصوصا در زمان تقرب و لندینگ بتوانید پرواز کنید برای مثال فلپ کامل و سرعت کمتر توانایی شما را در هنگام فرود بسیار بیشتر میکند .



فلپ در حالت بسته

مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید . مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .

فلپ باز


مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید . DRAG

همانطور که در مباحث قبلی گفته شد نیروی مقاومت ویا پسا همواره در مقابل نیروی جلوبرنده قرار دارد و متحد با نیروی لیفت می باشد و طبق قانون نیوتن هر عملی یک عکسالعمل در جهت مخالف خواهد داشت و از آنجایی که نیروی رانش باعث جلو رفتن هواپیما میشود افزایش این نیرو باعث افزایش نیروی مقاومت خواهد شد. وجود نیروی مقاومت ویا پسا یک امر اجتناب ناپذیر است ولی کارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپیما سعی میکنند در حین پرواز از مقدار نیروی پسا کاسته شود.
به طوری که هر قدر بالها نازکتر یا محل اتصال اجزا خارجی با بدنه زاویههایی تند نداشته باشد، بخشی از نیروی پسا کاهش مییابد. مانند بالها ، و بخشی از بدنه .
با افزایش نیروی رانش بر سرعت هواپیما افزوده میشود. با افزوده شدن سرعت هواپیما ، جریان هوا نیز افزایش یافته و نیروی مقاومت افزایش مییابد تا بر وزن هواپیما غلبه کند.



WEIGHT


وزن هواپیماها همیشه ثابت نیست و آن به وسیله تجهیزات نصب شده,مسافرین,بار و بنزین تغییر میکند. در طول پرواز هرچه وزن بیشتر باشد سوخت بیشتری نیز مصرف می شود.
نیروی وزن همیشه به سمت زمین می باشد و برای اینکه هواپیما به پرواز درآیند باید بر نیروی جاذبه غلبه کند . همواره در خلاف نیروی Lift میباشد هرزمان که برابر با لیفت شود هواپیما در حالت تعادل قرار میگیرد.


THRUST


نیروی جلوبرنده در جهت مخالف نیروی پسا می باشد که این نیرو به وسیله چرخش ملخ که توسط موتور انجام میشود بوجود می آید. هر تیغه ملخ خود از شکلی از airfoil و بال هواپیما میباشد تا فشار کمتر در اطراف تیغه و فشار بیشتر در پشت آن تولید شود. هنگامی که سرعت هواپیما تغییر نکند به این معنی است که نیروی Thrust & Drag با یکدیگر برابر است.
شما به وسیله Throttle نیروی جلوبرنده را افزایش میدهید و هنگامی که شما قدرت موتور را افزایش دهید نیروی جلوبرنده بر نیروی پسا غلبه می کند و هواپیما تنها در زمانی که نیروی جلو برنده بر نیروی پسا غلبه کند قادر به حرکت به سمت جلو می باشد
Drag

نیروی مقاومت یا پسا به دو صورت خودش رو در پرواز نشون میده:
Parasite Drag - یا مقاومت مزاحم (روی اسم فارسیش اصلاً حساب نکنید!)
Induced Drag
- یا مقاومت القایی (بر خلاف بالایی، اسم فارسیش بسیار کاربرد داره)

اما در تعریف:

Parasite Drag مقاومتی است که از حرکت اجسام در هوا بوجود می آید و البته همیشگی هم هست (عملاً از بین نخواهد رفت هر چند تلاش برای کم کردن آن همیشه وجود داشته)

این نوع مقاومت از ترکیب سه مقاومت کوچکتر بوجود می آید:

Form Drag : که همونطوری که از اسمش پیداست ناشی از شکل جسم متحرک در هواست

Skin Friction Drag
: بر روی سطح خارجی هواپیما همواره آلودگیهایی وجود داره حتی اگر این سطح کاملاً صیقلی به نظر برسه، به عبارت دیگه این آلودگیها از بین نمیره هر چند ممکنه در ابعاد میکروسکوپیک باقی بمونند. در ایر برخورد الیاف هوا با این آلودگی ها مقاومتی در اطراف محل برخورد بوجود میاد که هر چند ناچیز به نظر می رسه اما مهم خواهد بود.

Interference Drag
: مقاومت ناشی از برخورد هوای اطراف سطوح مختلف پروازیست، در واقع این مقاومت از رویارویی هوای عبوری از قسمتهای مختلف هواپیما در محل اتصال این سطوح بوجود میاد. مثل محل اتصال بال و بدنه.

نکته
: به طور کلی Parasite Drag با سرعت هواپیما رابطه مستقیم داره.

--------------------------------------------------------------------------------------

Induced Drag مقاومتی است که به خاطر تولید لیفت در هواپیما بوجود خواهد آمد (تعریف انگلیسی این مقاومت بارا و بارها در امتحانات تکرار شده و یکی از مهمترین مطالب در آیرودینامیک هست)
This type of Drag is a byproduct of Lift


این مقاومت زمانی افزایش پیدا می کند که ما نیاز به تولید لیفت بیشتر در سرعتهای پایین تر داریم و مجبور به استفاده از High Lift Devices مثل فلپ و اسلات هستیم.
پس؛
نکته
: این نوع مقاومت با Angle of Attack رابطه مستقیم داشته و با سرعت رابطه معکوس دارد.
The greater A.O.A, the greater the Induced Drag



-------------------------------------------------------------------------------------
Total Drag
از مجموع Parasite Drag و Induced Drag تشکیل شده و ما اون به نام Drag در جهار نیروی اصلی میشناسیم.

نمودار زیر رابطه بین انواع Drag رو با سرعت به ما نشون می ده،



به طور کلی مبحث Drag از مباحث مهم در آیرودینامیک می باشد.
THREE AXES OF FLIGHT

تمامی مانور ها در پرواز حول محور هایی انجام میپذیرد که این محور ها در هواپیما به نام های Longitudnial , lateral , vertical شناخته میشوند و نقطه ای که این 3 محور در آنجا باهم وجه اشتراک دارند Center of Gravity و یا همان CG نامیده میشود. از انجایی که هر 3 نیرو از این نقطه عبور میکنند پس میتوان گفت هواپیما همیشه حول CG خود پرواز میکند!
Aileron ها حرکت ROLL را حول محور Longitudnial رو کنترل میکنند و Elevator پیچ ( PITCH ) هواپیما را حول محور lateral کنترل میکند و در انتها نیز Rudder وظیفه کنترل YAW حول محور Vertical را بر عهده دارد که حال به بحث این قسمت ها خواهیم پرداخت


مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .

LONGITUDNIAL AXIS

هنگامی که شما در AILERON تغییر حالت ایجاد میکنید سریعا حول محور Longitudnial شروع به roll کردن ویا گردش کردن میکنید و همیشه به یاد داشته باشید که Aileron ها بر خلاف یکدیگر حرکت میکنند و زمانی که یکی از آنها رو به پایین باشد هواپیما به طرف جهت مخالف میچرخد.

چیز دیگری نیست ... تنها اینکه اگر میخواهید چرخش را متوقف کنید فرمان هواپیما را به حالت اولیه برگردانید که به این کار Neutralizing گفته میشود!

و اما LATERAL AXIS
همانطور که قبلا گفتم این محور توسط Elevator ها و کلا بهتر هست بگوییم توسط Horizontal Stablizer یا همان ثابت کننده افقی کنترل میشود.
یعنی با حرکت دادن فرمان به جلو ویا عقب شما پیچ هواپیمارا کنترل میکنید و بیاد داشته باشید که با اضافه شدن پیچ Angle of attack افزایش و با کم شدن پیچ Angle of Attack کاهش پیدا میکند

این رو هم اضافه کنم که Horizontal Stablizer ها همانند بال ها بصورت Airfoil هستند اما با این تفاوت که دقیقا ساختارشان برعکس ایرفویل بالهاست! در بالها سطحی که قوس بیشتری دارد روی بال قرار دارد تا فشار بیشتری در زیر بال ایجاد شود و سرعت بیشتری بر روی بال؛ در حالی که در ثابت کننده افقی هواپیما قوس بیشتر در زیر قرار دارد تا فشار بیشتر بر روی ایرفویل بیاید, که این امر یکی از دلایل STABLE شدن هواپیماست که جلوتر راجع بهش صحبت خواهیم کرد

و آخرین قسمت که Vertical axis میباشد.
شما با استفاده از پدال های رادر که زیر پاهای شما قرار دارد حول این محور حرکت میکنید , در واقع با حرکت رادر هواپیمای شما YAW میکند ( چرخش حول محور Vertical )

مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .

همانطور که در تصویر بالا مشاهده میکنید اگر پدال رادر را به راست فشار دهید رادر انتهایی هواپیما نیز به سمت راست گردش میکند که به دلیل جریان هوا که به رادر فشار وارد میکند هواپیما شروع به گردش به سمت موافق میکند


FORCES ACTING ON A CLIMBING AIRPLANE

برای افزاش ارتفاع تنها افزایش PITCH کافی نیست چراکه هنگامی که پیچ هواپیما و A/A زیاد شود مقاومت بیشتری نیز تولید میشودو به نیروی بیشتری نیز است که این نیرو را باید توسط POWER و با دادن موتور و نیروی بیشتر جبران کرد
اگر شما تنها pitch را افزایش دهید و نیروی موتور را زیادتر نکنید مقداری هواپیمای بالا میرود اما به زودی سرعتتان شروع به کم شدن خواهد کرد و خطراتی که در انتظار خلبان خواهد بود...
و همواره به هنگام افزایش ارتفاع , ارتفاع ما توسط نیروی موتور افزایش پیدا میکند که به آن Excess thrust گفته میشود نه توسط لیفت و نیروی بالابر!

عکس زیر به خوبی این عمل را نشان میدهد , همانطور که ملاحضه میفرمایید مسیر پروازی هواپیما به سمتی است که نیروی موتور هواپیما وجود دارد نه نیروی LIFT!
مهمان گرامی شما نمیتوانید عکس ها و تصاویر را مشاهده کنید. برای ثبت نام و دیدن تصاویر اینجا کلیک نمائید .



ضمن اینکه برای Climb کردن هواپیما دو سرعت در نظر گرفته می شود , Vx و Vy
V به معنای Velocity ( سرعت ) میباشد . Vx به هنگام افزایش ارتفاع بیشترین زاویه افزایش ارتفاع را به ما میدهد یعنی زودترین حالت ممکنی که ما به ارتفاع مورد نظر برسیم و Vy بهترین ریت افزیش ارتفاع را به ما میدهد که ما با بهترین سرعت و بهترین زاویه به ارتفاع مورد نظر برسیم Vx : BEST ANGLE OF CLIMB SPEED
Vy : BEST RATE OF CLIMB SPEED