لود فکتور یا ضریب بار | هوافضای جوان

لود فکتور یا ضریب بار

ضریب بار پارامتری مهم در مهندسی هوافضاست و هنگام طراحی هواپیما یا هر وسیله پرنده‌ی دیگه‌ای، مهندس‌ها باید حسابی بهش توجه کنند و محاسبه‌اش کنند. این پارامتر برای مهندس‌های سازه اهمیت بیشتری داره. عدم توجه به این پارامتر می‌تونه حادثه‌ای بزرگ رو به وجود بیاره. با ما همراه باشید تا در مورد لود فکتور بیشتر بدونید.

از منظر ریاضی ضریب بار همون نسبت نیروی برآی هواپیما به وزن هست که با n نشون داده می‌شه و با عبارت ریاضی زیر بیان می‌شه:

n = L/W

  وزن/ نیروی برآ = ضریب بار

معمولا ضریب بار نشون دهنده میزان شتاب گرانش یا g وارده به هواپیما هم هست و می‌شه گفت که میزان لود فکتور هواپیما با شتاب جی وارد شده به هواپیما قابل احساسه. بنابراین لود فکتور یک (n = 1) نشون دهنده شتاب یک جی هست یا به تعبیر دیگه‌ای نیروی برآ و وزن باهم برابر هستند یعنی هواپیما در حال پرواز کروز یا مستقیم الخطه. میشه اینطور گفت که اگر لود فکتور یک باشه شما حالت معمولی دارید ولی وقتی به بیشتر از یک میرسه احساس سنگینی می کنید و یا وقتی لود فکتور کمتر از یک میشه احساس سبکی خواهید کرد. تقریبا شبیه حالت هایی که با آسانسور بالا یا پایین میرید.

حالا بیایید ببینیم که لود فکتورهای بالا که برای مهندس‌ها اینقدر اهمیت داره چه زمان‌هایی پیش میاد. اگر دقت کنید لود فکتور وقتی بالا میره که ضریب برآ افزایش پیدا کنه. وزن هواپیما پارامتر ثابتی است( اگرچه سوختش در حال کم شدنه ولی ما اینجا وزن رو ثابت فرض می‌کنیم.) بنابراین طبق این رابطه ریاضی در پروازهایی که ضریب برآ افزایش پیدا می‌کنه، ضریب بار هم بیشتر خواهد شد.

در اینجا بهتره که یک رابطه ریاضی جدیدی رو برای ضریب بار معرفی کنیم:

(n = 1 / cos (theta

 کسینوس زاویه تتا / ۱ = ضریب بار

شماتیک مانور هواپیما و ضریب بار ایجاد شده

همونطور که در شکل می‌بینید، هنگامی که هواپیما تحت زاویه تتا چرخش انجام میده، راستای نیروی برآ که همیشه بر راستای افقی هواپیما عمود هست، تحت همین زاویه دوران قرار می‌گیره. نیروی وزن همیشه دارای راستای عمودی به سمت پایینه و برای همین برای باقی موندن هواپیما در حالت افقی، مولفه عمودی بردار نیروی برآ باید با وزن برابر باشه. با یادآوری کوچیکی از مثلثات می‌شه اینطور گفت که اگر نیروی برآیی که تحت دوران قرار گرفته رو روی محور افقی و عمودی تصویر کنیم، دوتا نیروی جدید خواهیم داشت. نیرویی که روی محور عمودی تصویر شده و نیروی وزن رو خنثی می‌کنه و نیرویی که روی محور افقی تصویرش کردیم. در حقیقت نیروی دوم همون نیرویی که هواپیما رو به سمت جهت گردش می‌کشه یا به عبارتی نیرویی جهت خنثی کردن نیروی گریز از مرکز.

پس فهمیدیم که تنها نیروی مقابله کننده با وزن، مولفه عمودی نیروی برآست و بخشی از نیروی برآ صرف کشوندن هواپیما به جهت دور زدن می‌شه. بنابراین نیروی برآ روی بال در هنگام دور زدن از نیروی برآ در حالت عادی هواپیما بیشتره. این موضوع نشون میده که در هنگام گردش، بال، نیروی بیشتر از یک g رو متحمل می‌شه و هر چقدر نیروی برآی مورد نیاز افزایش پیدا کنه، نیروی وارد شده به سازه هم بیشتر خواهد شد. حالا اگه این نیرو از یک میزان حداکثری عبور کنه، ممکنه سازه بال ظرفیت تحمل نیروهای بیشتر از حد مجاز رو نداشته باشه و با مشکل مواجه بشه و حتی بشکنه!

شماتیک مانور هواپیما و ضریب بار ایجاد شده رو می‌تونید در شکل زیر ببینید:

load03

وقتی خلبان هواپیما تصمیم داره دور بزنه، به واسطه استفاده ترکیبی از سطوح کنترلش زاویه مناسب دور زدن یا Bank Angle رو باید ایجاد کنه. اما هواپیمای غیر نظامی به خاطر محدویت‌های سازه‌ای که دارند، نباید این زاویه رو تا حد مشخصی افزایش بدهند چون نیروی زیادی به سازه وارد می‌شه و بسیار خطرساز هست. برای همین برای هر هواپیمایی محدوده مشخصی از ضریب بار تعریف می‌شه:

  • هواپیماهای حمل و نقل تجاری ۱- تا ۲/۵+ (یا بیشتر از ۳/۸+ متناسب با وزن برخاست)
  • هواپیماهای معمولی ۱/۵۲- تا ۳/۸+
  • هواپیماهای سبک چند کاربری ۱/۷۶- تا ۴/۴+
  • هواپیماهای آکروباتیک و مانوری ۳+ تا ۴/۴+
  • هلیکوپترها ۱- تا ۳/۵+

محدوده لود فکتور بعضی از هواپیماهای نظامی هم ممکنه از ۱۰- تا ۱۲+ متغیر باشه. احتمالا براتون سوال پیش اومده لود فکتور منفی چه مفهومی داره؟ مقدار منفی نشون دهنده اینه که هواپیما در حال انجام مانور اینورت یا برعکسه، یعنی نیروی برآ به سمت پایین قرار می‌گیره. اگر به نمودار رنگی زیر دقت کنید می‌بینید که سرعت با ضریب بار رابطه مستقیم داره، در حقیقت طبق رابطه نیروی برآ که در درس‌های آیرودینامیک براتون گفتیم، افزایش سرعت نشون دهنده افزایش برآ هم هست. این نمودار خیلی مهمه و مهندس‌های طراح هواپیما باید حتما برای هواپیمایی که طراحی می‌کنند ترسیمش کنند. این نمودار با سه رنگ مشخص شده که رنگ سبز نشون دهنده ناحیه مجاز پروازه یعنی خلبان می‌تونه در این سرعت‌ها یا لود فکتورها با خیال راحت مانور بده، چیزی شبیه چراغ سبز چهاراه‌ها. رنگ زرد و قرمز به تریب هشدار و ناحیه خطر برای پرواز هستند.

نموار مهم ضریب بار - سرعت

نموار مهم ضریب بار – سرعت

عدم رعایت این محدودیت‌ها حتی ممکنه باعث کنده شدن کامل بال هواپیما هم بشه که این موضوع در سوانح هوایی علی الخصوص برای هواپیماهای آکروباتیک بارها دیده شده.


2 دیدگاه در ”لود فکتور یا ضریب بار

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

لطفا معادله امنیتی را وارد کنید. * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.