درگ موجی | هوافضای جوان

درگ موجی

درگ موجی ، یکی از انواع درگه که همونطور که در درس های قبلی گفتم، علت تولید اون، سرعت زیاده . برای درک بهتر درگ موجی ابتدا توضیح مختصری در مورد عدد ماخ می دیم.

عدد ماخ

ارنست ماخ دانشمند بزرگی از قرن ۱۹ و از کشور استرالیاست. این دانشمند در زمینه های مختلفی از جمله فلسفه و فیزیک سرآمد بوده و کمک های زیادی به پیشرفت دانش آیرودینامیک کرده. ماخ اولین کسی بود که رابطه ی بین رفتار آیرودینامیکی یک وسیله و سرعت اون وسیله نسبت به سرعت صوت رو فهمید. چیزی که امروزه ما به اون عدد ماخ می گیم و با فرمول زیر می شناسیمش:

M=v/a

که در اون v سرعت وسیله و a سرعتِ صوته.

به خاطر وجود این رابطه(رابطه ی بین رفتار آیرودینامیکی و عدد ماخ) دانشمندان جریان ها رو بر اساس عدد ماخ، به صورت زیر تقسیم بندی کردند:

جریان زیر صوتی: به جریانی گفته می شه که در تمام نقاط روی جسم سرعتی کمتر از سرعت صوت داشته باشه. برای اینکه این شرط برقرار باشه باید ماخ جریان آزاد کوچکتر از ۰.۸ باشه. بیشتر هواپیماهای مسافربری در این محدوده قرار می گیرند.

جریان گذر صوتی: جریانی که در بعضی نقاط سرعتش کمتر از سرعت صوت و در بعضی نقاط سرعتی بیشتر از سرعت صوت داره.( یعنی در محدوده ی ماخ ۰.۸ تا ۱.۲). بعضی از هواپیماهای مسافربری مثل بوئینگ ۷۴۷ در این محدوده حرکت می کنند.

جریان مافوق صوت: در تمام نقاط روی جسم ماخ بزرگتر از یک داره(از ماخ ۱.۲ تا ۵)و بعضی از هواپیماهای مسافربری و بعضی از جنگنده ها در این محدوده حرکت می کنند.

جریان ماوراء صوت یا ابر صوتی: جریانی است که سرعت اون چندین برابر سرعت صوته( ماخ ۵ به بالا)و بیشتر، سرعت فضاپیماها در این محدوده قرار می گیره.

هر کدوم از این رژیم ها ویژگی های خاص خودشون رو دارند، ولی چیزی که بیشتر از همه برای فهم درگ موجی مهمه ویژگی مشترک بین جریان گذر صوتی، مافوق صوت و ماورای صوته و اون تولید شاکه.

شوک چیست؟

همه ی ما ترجیح می دیم که وقتی مهمونی می خواد به خونمون بیاد، قبلش با ما تماس بگیره تا بتونیم خودمون و خونه ی خودمون رو برای حضور مهمون آماده کنیم. اما اگه مهمون بی خبر به خونمون بیاد، هول می شیم و شروع می کنیم از این ور خونه به اون ور خونه دویدن و تلاش برای آماده کردن خونه. اینطوری انرژیِ زیادی از دست می دیم و احتمالا وضعیت خونه اونقدر هم که می خوایم عالی از آب در نمی یاد. اما این موضوع چه ربطی به شاک داره؟ هواپیمایی رو تصور کنید که داره تو هوا حرکت می کنه. اگر سرعت حرکت کم باشه( در محدوده ی زیر صوتی) هوایی که جلوی هواپیما قرار داره، قبل از رسیدن هواپیما از اومدن هواپیما خبر دار می شه و خودش رو آماده می کنه. این باعث می شه که خیلی راحت خودش رو با شکل هواپیما تطبیق بده و مثل حالتی که ما از اومدن مهمون با خبریم مشکلی پیش نمی یاد. اما در رژیم های دیگه، این اتفاق نمی افته؛ یعنی هوایی که در جلوی هواپیما قرار داره از حضور اون آگاه نیست و در نتیجه وقتی هواپیما بهش می رسه، مجبورِ خیلی ناگهانی خودش رو با شرایط جدید تطبیق بده. این تغییر ناگهانی در ویژگی های جریان به وسیله ی شاکshock اعمال می شه. شاک ناحیه ی کوچیکی از جریانه ( در حدود ۱۰^-۵ سانتی متر) که در طول اون ویژگی های هوا به شدت و به طور ناپیوسته تغییر می کنند. دما و چگالی و فشار به شدت افزایش ولی ماخ جریان کاهش پیدا می کنه و در بعضی موارد به زیر یک می رسه. چون هوا شفافه این موج ها با چشم غیر مسلح دیده نمی شوند اما مثل حالتی که نور از هوا،که چگالی کمتری داره، به آّب با چگالی بیشتر وارد می شه، می شکنه و باعث می شه که یه مداد به صورت شکسته دیده بشه، وقتی به موج ضربه ای هم بتابه، می شکنه و ما می تونیم به وسیله ی بعضی دستگاه ها مثل سایه نگار ها اونو آشکارسازی کنیم. تصاویر(۱) و (۲) با کمک همین روش و یا روش های مشابه به دست اومدند.

 

2

شکل (۱)

3

شکل (۲)

همونطور که تو شکل ها پیداست شاک ها انواع متفاوتی دارند. در اجسام پخ، شاک از جسم جداست و به صورت منحنیه. ولی در اجسام نوک تیز معمولا شاک به جسم چسبیده و مایله. شاک قائم هم که در شکل ها نیمده، همونطور که از اسمش پیداست مثل شاک مایله فقط به صورت عمودی قرار می گیره این نوع شاک در طبیعت کمتر دیده می شه. فیلم (۱) موجی رو نشون می ده که به خاطر تابش خورشید روی بال هواپیما قابل رویت شده.

دیوار صوتی

وقتی هواپیما می خواد از رژیم زیرصوتی بگذره و وارد رژیم گذر صوتی بشه، همونطور که توضیح داده شد، شاک هایی تشکیل می شه که موجب افزایش درگ تا ۱۰ برابر مقدار قبلی می شن. درگی که به خاطر این شاک ها به وجود می یاد رو درگ موجی می گن. در قدیم این درگِ زیاد و نبودِ روش هایی برای کاهش اون باعث شده که بعضی ها فکر کنند که رفتن به سرعت های بالای صوت خیلی سخت و یا غیرممکنه. در نتیجه ناحیه ی سرعت های نزدیک به سرعت صوت رو به دیواری تشبیه کردند که نمی شه از اون عبور کرد و به اون دیوار صوتی می گویند.

راه هایی برای کاهش درگ موجی

یکی از راه های اجتناب از تولید شاک و در نتیجه درگ موجی، استفاده از بال سوئیپ داره. در شکل (۳) یه طرح شماتیک کشیده شده که بال نقطه چین بدون سوئیپ و بالی که با خط کشیده شده، سوئیپ داره. شکل(۴) هم یک هواپیمای واقعی که بالش دارای سوئیپه رو نشون می ده.

4

شکل (۳)

 

A B-52H from the 96th Bomb Squadron, Barksdale Air Force Base, La., deployed to the 2nd Air Expeditionary Group, Naval Station Diego Garcia, drops away after air refueling training on Dec. 9, 1998. The 96th Bomb Squadron and support personnel from the 2d Bomb Wing, Barksdale Air Force Base, are deployed to Naval Station Diego Garcia, British Indian Island Territory, in support of Desert Thunder. (U.S. Air Force photo by SrA Sarah E. Shaw) (Released)

شکل (۴)

از اونجایی که در تولید شاک، مولفه ی عمودی سرعت جریان مهمه، زاویه دار شدن بال هواپیما باعث می شه که این مولفه کوچیکتر بشه و در نتیجه دیرتر به ماخِ بحرانی( ماخی که برای اولین بار سرعت جریان روی جسم به یک می رسه) برسه و در نتیجه در سرعت های بالاتری شاک تولید بشه و در واقع تولید شاک رو به تاخیر می ندازه. برای همین تقریبا همه ی هواپیماهایی که در ماخ های گذر صوتی پرواز می کنند، بال هاشون سوئیپ داره.

یکی دیگه از روش ها استفاده از قانونِ مساحته. این قانون می گه که اگه تغییرات سطح مقطع هواپیما تدریجی باشه، درگ در نزدیکی ماخ یک تا حدود زیادی کاهش پیدا می کنه. از اونجایی که در قسمت بال های هواپیما سطح مقطع به طور ناگهانی افزایش پیدا می کنه، خوبه که سطح مقطع بدنه در ناحیه ای که بال ها قرار می گیرند، از قسمت های دیگه کوچیکتر باشه. شکل(۵).

area rule

شکل (۵)

البته بازم افزایش ناگهانی سطح رو نمی شه به صورت کامل از بین برد، ولی می شه اونو تعدیل کرد.

 

 

 


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.