ممان آیرودینامیکی | هوافضای جوان

ممان آیرودینامیکی

شکل زیر توزیع فشارِ هوا روی یک ایرفویل رو نشون می ده.

marzie

کار کردن با این تعداد نیرو سخته بنابراین بهتره که به جای اینکه خودمون رو درگیر تک تک این نیروها بکنیم تاثیر کلیِ اونها رو با کمک برآیند گیری روی ایرفویل به دست بیاریم و کارمون رو با اون پیش ببریم. می دونیم که اگه هر کدوم از بردارهایی که تو شکل می بینید رو در سطح کوچیکی که داره روش اثر می کنه ضرب کنیم، و اعداد به دست اومده رو با هم جمع کنیم، نیروی وارد به ایرفویل به دست می یاد. تو بخش توضیح نیروی لیفت و توضیح نیروی درگ یاد گرفتیم که لیفت مولفه عمودی و درگ(در واقع یکی از انواع درگ) مولفه ی افقیِ این نیروه.

گشتاور آیرودینامیکی:

توزیع فشار گفته شده به غیر از وارد کردن نیرو به سمت بالا یا پایین، باعث چرخش ایرفویل هم می شه. برای درک این موضوع بهتره اول راجع به گشتاورِ یک نیرو حرف بزنیم.

این کلمه که از دو قسمت “گشت” و “آور” تشکیل شده به معنیِ عاملیِ که باعث گشتن جسم یا به بیان دیگه چرخیدنِ جسم می شه. نیرو باعث به وجود اومدن گشتاور می شه. مثلا وقتی شما دستگیره ی در رو می گیرید و در رو به سمت خودتون می کشید، در واقع نیروی دست شما داره گشتاوری رو به لولای در وارد می کنه و باعثِ چرخش در حول لولاش می شه. اندازه ی گشتاور(T) یه نیرو به اندازه ی نیرو(F) و فاصله ی نیرو(d) از نقطه ایِ که می خوایم گشتاور رو تو اون نقطه حساب کنیم، بستگی داره و از فرمول زیر به دست می یاد:

T=F*d

برای درک بهتر رابطه ی بین گشتاور و پارامتر فاصله خوبه که یه آزمایش ساده انجام بدیم. یه کتاب رو روی میز بذارید و سعی کنید با انگشتتون اون رو بچرخونید. در مرحله ی اول انگشتتون رو روی نقطه ی میانیِ کتاب قرار بدید. چی می بینید؟ احتمالا کتاب نمی چرخه (یا خیلی کم می چرخه) و فقط به سمت جلو جا به جا می شه در واقع تو این مرحله پارامتر فاصله برابر با صفر( و یا نزدیک به صفر)ست. در مرحله دوم انگشتتون رو به کناره ی کتاب فشار بدید؛ احتمالا می بینید که کتاب هم به سمت جلو جا به جا می شه و هم شروع به چرخیدن می کنه.

 

حالا فرض کنید که گشتاور تک تک نیروهایی که در ابتدای بحث راجع بهشون صحبت کردیم رو حول یک نقطه ی دلخواه، مثلا لبه ی حمله حساب کنیم، به این گشتاور، گشتاور آیرودینامیکی می گن و با M نشونش می دن. گشتاوری که حول لبه ی حمله محاسبه شده رو با MLEنشون می دن. تو هواپیما برآیند گشتاورهای آیرودینامیکی اجزای مختلف( که سهم بال بیشتر از بقیه ست) باعث بالا یا پایین رفتن دماغه ی هواپیما می شه. برای مثال یه مشکلی که گلایدرهای کوچیک دارن اینه که بعد از پرتاب، دماغشون انقدر بالا می ره که استال می کنن، یه راه برای این مشکل اینه که نوک دماغه ی هواپیما یه وزنه قرار داده بشه، که البته این کار باعثِ بد شدن بعضی از پارامترهای عملکردیِ هواپیما می شه.

مرکز فشار:

در واقع مرکز فشار جاییه که اگه گشتاورِ توزیع فشار حول اون نقطه گرفته بشه، مقدارش برابر با صفره. اما چطوری می شه مرکز فشار رو پیدا کرد؟ چیزی که ما در اختیار داریم دو تا نیرو و یه گشتاور حول لبه ی حمله ست که در واقع هر سه ی اینها ناشی از توزیع فشار اولیه هستند. پس برای اینکه چیزی از قلم نیفته و نیرو و گشتاورهای جایگزینِ توزیع فشار شده، دقیقا همون اثر توزیع فشار رو داشته باشن، باید نیروها رو در جایی قرار بدیم که گشتاور حاصل از اون ها حول لبه ی حمله برابر باشه با گشتاور آیرودینامیکی. همونطور که تو شکل زیر می بینید، راستای نیروی درگ از لبه ی حمله می گذره پس با توجه به فرمول گفته شده، تاثیری در میزان گشتاور نداره. اما نیروی لیفت باید در فاصله ای از لبه ی حمله قرار بگیره که گشتاور آیرودینامیکی رو تولید کنه. یعنی باید، تساوی زیر برقرار باشه:

L*x=MLE

x به دست اومده از این معادله، نشون هنده ی مکان مرکز فشار نسبت به لبه ی حمله است.

مرضیه

مرکز آیرودینامیکی:

مشکل مرکزِ فشار اینه که وقتی توزیع لیفت رو ایرفویل عوض بشه( مثلا وقتی زاویه حمله ی ایرفویل تغییر می کنه)، مکانش عوض می شه. (فیلم زیر رو ببینید)

همین مسئله باعث شد نیاز به نقطه ی دیگه ای به نام مرکز آیرودینامیکی احساس بشه. ممان اینرسی حول این نقطه همیشه ثابته.

مکان مرکز فشار و مرکز آیرودینامیکی نسبت به هم و فاصله ی اونها از هم نشون دهنده ی پایداری و یا عدم پایداریِ یه هواپیماست. با جزئیات این موضوع تو درس دینامیکی پرواز آشنا خواهید شد.


2 دیدگاه در ”ممان آیرودینامیکی

  • ۷ مرداد ۱۳۹۴ در ۱:۳۶ ب.ظ
    پیوند یکتا

    از مطلب تون که با حوصله نوشتید ممنونم.
    این بهتر نیست که عناوین بین نوشته ها رو پر رنگ کنید و هم چنین فیلم آموزشی بذارید و یا تهیه کنید؟

    پاسخ
    • ۸ مرداد ۱۳۹۴ در ۷:۱۴ ق.ظ
      پیوند یکتا

      خواهش می کنم:)
      ممنون از اینکه وقت گذاشتید و نظرتون رو گفتید. حتما سعی می کنیم که از فیلم های بیشتری استفاده کنیم.

      پاسخ

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.