ایروپدیا | هوافضای جوان - Part 4

سراشیبی مثبت و منفی در بال (Dihedral & Anhedral)

سراشیبی مثبت و منفی در بال (Dihedral & Anhedral)

معمولاً بالهای هواپیما را طوری طراحی می کنند که پس از نصب و در شرایطی که هواپیما در حالت افقی قرار دارد محور طولی هر بال با سطح افق زاویه ای تشکیل می دهد به طوری که بال از نوک به طرف ریشه و یا برعکس دارای سراشیبی خواهد بود.
image
در این حالت اگر نوک بال بالاتر از ریشه بال باشد آنرا سراشیبی مثبت یا Dihedral و اگر سر بال ها پایین تر از ریشه بال ها باشد آن را سراشیبی منفی یا Anhedral می نامند. همچنین این حالت در مورد سکان های افقی دم نیز صدق می نماید.
image

image

نقش اصلی سراشیبی یا به عبارتی هفتی بال تامین پایداری عرضی هواپیما است. هرگاه هواپیما ناخواسته حول محور طولی به چرخد و در معرض جریان سمتی Slide Slip قرار گیرد بالی که پایین تر قرار گرفته است به دلیل مکانیزم هفتی بال Lift بیشتری نسبت به بالی که بالاتر قرار گرفته تولید می کند و به همین دلیل هواپیما دوباره به حالت اولیه (افقی) بر میگردد.
image
image
به نوعی می توان گفت در هواپیماهای بال بالا High wing به لحاظ قرارگرفتن بال بر روی بدنه هواپیما، شرایط پایداری بسیار افزایش می یابد (در نتیجه مانور پذیری کمتر میشود) و این در حالی است که در هواپیماهای داری بال پایین Low wing به لحاظ قرار گرفتن بال در زیر بدنه شرایط پایداری نسبت به بال بالا کمتر است (و مانور پذیری بیشتر میشود). در مقابل هواپیما هایی مانند ll-76 ، C-5 ، An-225 دارای سراشیبی منفی در بال هستند تا از میزان پایداری آنها تا حدی کاسته شود.

حرکت حول سه محور مختلف (Roll , Yaw , pitch )

حرکت حول سه محور مختلف (Roll , Yaw , pitch )

چرخش (Roll):

حرکت حول محور Xها یا عرضی (Lateral) از طریق Ailerons که در بالها قرار گرفته اند انجام میشود، که باعث می شوند که هواپیما به دور جهتی که دماغه هواپیما به آن اشاره میکند بچرخد به این حرکت چرخش یا رول میگویند. خلبان اهرم هدایت هواپیما را در جهت چرخش مورد نظر حرکت می دهد که میتواند به سمت چپ یا راست باشد.
image
گردش (Yaw) :

حرکت حول محور Zها یا سمتی (Directional) چرخش حول محور عمودی هواپیما و انحراف از مسیر (Yaw) نامیده می شود و توسط سکان متحرک عمودی دم هواپیما یا Rudder کنترل می شود. حرکت Rudder به سمت چپ باعث دور زدن هواپیما به سمت چپ می شود و حرکت Rudder به سمت راست باعث دور زدن هواپیما به سمت راست می شود.
image
پیچش (Pitch) :

حرکت حول محور Yها یا طولی (Longitudinal) هواپیما یا Pitch به هواپیما این اجازه را میدهد تا به سمت پایین و یا به سمت بالا پرواز نماید . این حرکت با نام Pitch شناخته می شود و توسط Elevator تعبیه شده بروی بالچه های کوچک عقب دُم (Horizontal Stabilizer) قابل کنترل است. هنگامی که اهرم هدایت هواپیما را به سمت عقب بکشید هواپیما به سمت بالا حرکت خواهد کرد و هنگامی که آن را به سمت جلو فشار دهید. هواپیما حرکتی به سمت پایین خواهد داشت.
image

اولین هواپیما برای نشان دادن قابل کنترل بودن هواپیما حول هر سه محور گلایدر برادران رایت در سال ١٩٠٢ بوده است. در این خصوص فیلمی از اولین پرواز آنها گذاشه شده است.

معکوس کردن نیروی رانش موتور (Reverse Thrust)

معکوس کردن نیروی رانش موتور (Reverse Thrust)

از نیروی رانش موتور در شرایط معکوس هنگام نشستن و پس از تماس کامل چرخ ها با زمین جهت تولید نیروی Drag و کمک در کم کردن سرعت هواپیمای جت استفاده می شود همانطوری که می دانید خروج گازها از دهانه ی اگزوز موتور جت باعث تولید نیروی می شود که عکس العمل آن باعث حرکت هواپیما به سمت جلو می شود در این شرایط اگر جهت گاز های خروجی از موتور جت را تغییر دهیم نیروی رانشی در جهت مخالف حرکت هواپیما ایجاد می شود که باعث کم شدن سرعت جلو روندگی و متوقف شدن تدریجی و سریع هواپیما می گردد.
File Aug 19, 3 08 59 AM

Buckets Type.


بنابراین واضح است که هواپیما های مجهز به موتور جت به واسطه داشتن توانایی حرکت در سرعت های بسیار بالا در زمان فرود با شرایط حساس رو به رو می شوند زیرا سرعت فرود آنها در مقایسه با هواپیماهای غیرجت زیاد می باشد در موتور جت به واسطه عدم وجود ملخ نمی توان پسای قابل توجهی را انتظار داشت که در این صورت هواپیمای جت جهت فرود به باند طولانی تری احتیاج خواهد داشت برای حل مشکل و متوقف نمودن هواپیما در فاصله کوتاهتری از باند همانگونه که اشاره گردید جریان گازهای خروجی در قسمت اگزوز هواپیما به کمک دریچه هایی از حرکت به سمت عقب منحرف می شود که این امر باعث افت قابل توجه سرعت هواپیما میگردد.

File Aug 19, 3 08 45 AM

Clamshells Type.


File Aug 19, 3 08 31 AM

Cold Stream Type.


با توجه به این که نصب مکانیزم فوق بر روی موتورهای جت با افزایش و وزن و هزینه همراه است ولی امروزه شاهد هستیم که این مکانیزم بر روی جت های کوچک نیز نصب گردیده و باعث شده است که هواپیما های جت بتوانند در مسیر کوتاهتری از باند متوقف شوند، علاوه بر این امتیاز قابلیت مانور هواپیما نیز بر روی زمین بیشتر شده است.

 

اهمیت تخمین وزن اجزاء هواپیما

اهمیت تخمین وزن اجزاء هواپیما

طراحی هواپیما با مسائل مهندسی و بسیار ظریف زیادی همراه است و بنابراین یکی از اهداف طراحی، این است که هرچه ممکن است وزن هواپیما کمتر باشد. هر گونه تخمین غیر دقیق وزن هواپیما و وزن اجزاء آن در مرحله طراحی می تواند به طور کلی پروژه طراحی را به شکست برساند. در طراحی هواپیماهای بزرگ، یک تیم ویژه تخمین وزن اجزاء (و کنترل وزن اجزاء) در نظر گرفته می شود.

image

بیشتر وزن اجزاء هواپیما از نظر وزن به یکدیگر وابسته هستند بنابراین نمی توان یک طرح را برای حمل بیشتر سوخت تغییر داد، بدون اینکه وزن سیستم سوخت رسانی و نیز سازه افزایش داده شوند. به همین ترتیب، نمیتوان طراحی را گسترش داد تا مسافرین بیشتری را حمل کند، مگر اینکه وزن صندلی ها و تجهیزات و در نتیجه سازه را افزایش داد.
image
تخمین هر چه دقیق تر وزن اجزاء می بایست از همان مراحل اولیه طراحی شروع شده و در پایان هر مرحله مجدداً آزمایش و با هر تغییری در هواپیما، اعداد وزن دقیق تر گردند. وزن هواپیما مجموعه ای از وزن های اجزاء است و تخمین وزن دقیق هواپیما و وزن اجزاء هواپیما بسیار با اهمیت می باشد. یکی از دلایل اهمیت تخمین وزن، هزینه می باشد. تخمین وزن اجزاء هواپیما دارای دو هدف عمده است :

١-تخمین وزن کل هواپیما
٢-تخمین مرکز ثقل و چیدن اجزاء

image
اولین هدف نشانگر اهمیت کنترل وزن هواپیما است. قطعاً وزن یک هواپیما با یک ماموریت خاص از حدی نمی تواند کمتر باشد، پس از آن هرچه وزن کمتر شود ابتدا هزینه طراحی و تولید کاهش یافته و سپس افزایش می یابد. کاهش اولیه وزن هواپیما یعنی استفاده بهینه از مواد و طراحی بهینه هواپیما و بنابراین هزینه کاهش می یابد. ولی کاهش بیشتر وزن به معنی کاهش مواد و پیچیدگی طراحی است. چرا که یافتن مواد سبک تر و طراحی هواپیمایی که وزنش بسیار کم باشد کار آسانی نیست و لذا هزینه ساخت و پیچیدگی طراحی بیشتر می شود.

بنابراین یافتن نقطه بهینه وزن و حرکت به آن سمت از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است.
image
در صورتی که طراحی بتواند به طور معقول و با صرف هزینه کم ، وزن هواپیما را کاهش دهد، قطعاً عملکرد هواپیما بهتر خواهد شد از جمله :
– طول باند مورد نیاز جهت برخاستن و فرود کاهش می یابد.
– شدت اوج گیری افزایش می یابد.
– برد طولانی تر می شود.
– سرعت حداکثر افزایش می یابد.
– سرعت واماندگی کاهش می یابد.

به عنوان نمونه در صورتی که در یک هواپیمای GA، وزن حدود ١٠٪‏ افزایش یابد نتایج زیر حاصل میشود :
١-کاهش سرعت ٣٪‏
٢-افزایش سرعت فرود ۵٪‏
٣-کاهش برد ٩٪‏
۴-افزایش طول باند برخاستن ٢٠٪‏
۵-کاهش شدت اوج گیری ٢۴٪‏

از ارقام فوق میتوان نتیجه گرفت تا حدی که بودجه اجازه می دهد باید وزن هواپیما را کاهش داد تا کارایی هواپیما بهتر گردد.

ایرفویل های ناکا (NACA)

ایرفویل های ناکا (NACA)

یکی از منابع مناسب جهت انتخاب ایرفویل بال، ایرفویل های معرفی شده توسط سازمان هوافضای ملی آمریکا (NASA) است. از آن جا که نام قبلی این سازمان، کمیته ملی مشورتی هوانوردی (National Advisory Committee for Aeronautics یا NACA) بود لذا این ایرفویلها به ایرفویلهای ناکا مشهور هستند. سه سری مشهور ناکا، ایرفویل های ۴ رقمی، ۵ رقمی و سری شش (نه شش رقمی!) می باشد.
image

۱- ایرفویل های ۴ رقمی (۴digit) :
این ایرفویل ها از سالهای ١٩٣٠ تا ١٩۴٠ ابداع شدند و سطح بالایی ایرفویل بر اساس دو هذلولی طرح می شوند. این ایرفویل ها که قدیمی محسوب می شوند با ۴ رقم نمایش داده می شوند. که این ۴ رقم هر یک دارای معنی هستند.

ایرفویل های ناکای چهار رقمی مانند NACA 0012 یا NACA 2412
الف : عدد اول از سمت چپ بیانگر خمیدگی برحسب درصد طول وتر است.
ب : عدد دوم از سمت چپ بیانگر محل خمیدگی برحسب دهم طول وتر است.
ج : دو عدد آخر بیانگر حداکثر ضخامت بر حسب درصد طول وتر است.
image

۲- ایرفویل های ۵ رقمی (۵digit) :
این ایرفویل ها با ۵ رقم بیان شده و همزمان با ایرفویل های چهار رقمی معرفی شدند. سطح بالایی ایرفویل آنها از یک منحنی درجه ٣ قبل از ماکزیمم ضخامت و یک خط راست تشکیل شده اند.این ۵ رقم نیز دارای معنی می باشند.

ایرفویل های ناکای پنج رقمی مانند NACA 23012
الف : عدد اول از سمت چپ بیانگر ٢/٣ ضریب برای طراحی تقسیم بر ١٠ است.
ب : دو عدد بعدی بیانگر ٢ برابر فاصله محل خمیدگی بر حسب درصد طول وتر است.
پ : دو عدد انتهایی بیانگر حداکثر ضخامت برحسب درصد طول وتر است.
image
۳- ایرفویل های سری ۶ (۶series):
این ایرفویل ها در ظاهر ۵ رقمی اند و با عدد ۶ شروع می شوند. رقم دوم آنها دارای اندیس بوده و پی از آن معمولاً یک خط فاصله وجود دارد. در این ایرفویل ها که از اوایل دهه ۴٠ معرفی شدند سعی شده است تا جریان را روی ایرفویل آرام نگهدارند لذا این ایرفویلها به ایرفویل های آرام (Laminar airfoil) معروف اند.

ایرفویل های سری شش مانند NACA 65-218
الف : عدد اول از سمت چپ بیانگر شماره مجموعه است
ب : عدد دوم بیانگر فاصله محل فشار کمینه بر حسب دهم طول وتر از لبه حمله است.
پ : عدد بعدی بیانگر یک دهم مقدار ضریب برآی طراحی است.
ت : دو عدد انتهایی حداکثر ضخامت بر حسب درصد طول وتر را نشان میدهد.
image

طول بال و نسبت منظری

طول بال و نسبت منظری

‏Wingspan یا (b و S) :
طول بال های یک هواپیما یا Wingspan همیشه توسط یک خط مستقیم که نوک یک بال را به نوک بال دیگر متصل میکند اندازه گیری میشود که مستقل از شکل بال (Wing Shape) و زاویه انحراف بال (Sweep back or Sweep forward) میباشد.
برای مثال Boeing 777 طول بال هایش ۶۱ متر (۲۰۰.۱۳۱ فوت) میباشد.

image
image

نسبت منظری (Aspect Ratio یا AR):
نسبت منظری، نسبت دهنه بال Wingspan به وتر متوسط آئرودینامیکی بال است. این پارامتر برای دو نوع بال به صورت زیر تعریف می شود.

بال مستطیلی AR= b/C یا AR=S/C

بال ذوزنقه ای AR =b^2/S یا AR=S^2/A
(^ توان )
image
از نظر سه بعدی یک بال کوتاه و چاق از یک بال بلند و نازک (با همان مساحت) پسای بیشتری دارد. نوک بال به دلیل وجود اختلاف فشار بین بالا و پایین (سطح روی بال فشار کمتر و سطح زیر بال فشار بیشتر دارد فشار از جای بیشتر به کمتر می رود) بال ایجاد گردابه کرده و جریان از پایین به بالا فرار می کند.بنابراین هرچه دهنه بال بیشتر باشد این عارضه کمتر بوده و لذا باعث کاهش پسا از نوع القایی و افزایش برآ می شود، بر اساس فرمول زیر :

(Cdi = (Cl^2) / (pi * AR * e که نشان میدهد هرچه نسبت منظری بیشتر باشد پسای القایی کمتر میشود.
image
هرچه AR افزایش یابد وزن افزایش خواهد یافت.
هرچه AR کاهش یابد، پسا افزایش می یابد.
تعیین AR باید سازشی بین کلیه معیارها باشد! مقدار AR در هواپیماهای (General aviation (GA معمولاً بین ۶ تا ٨ در هواپیما های مسافربری حدود ٨ تا ١١ و در هواپیماهای جنگنده بین ١ تا ۴ درجه میباشد.

فرود در هنگام وزش باد جانبی (Crosswind landing)

فرود در هنگام وزش باد جانبی (Crosswind landing)

یکی از مهمترین وظایف سکان عمودی متحرک، ایجاد شرایط امن برای فرود هواپیما در هنگام باد جانبی است. در صورتی که در وقت فرود هواپیما، باد جانبی بوزد و خلبان از روش های ویژه استفاده نکند، هواپیما از باند خارج و سبب بروز خطر خواهد شد. یکی از روش های جلوگیری از خروج هواپیما از باند در چنین شرایطی استفاده از سکان عمودی متحرک است.
image
دلیل خروج هواپیما از باند این است که هواپیما به دلیل داشتن پایداری سمتی، به سمت باد چرخیده و به دلیل انحراف دماغه به طرف باد از باند خارج می شود. با استفاده از سکان عمودی متحرک، هواپیما در برابر این چرخش به سمت باد مقاومت کرده و با چرخش کمی به طرف باد سبب می شود که جهت جمع برداری نیروی محرکه هواپیما و نیروی باد، هم جهت با باند باشد.به چنین حالت فرودی Crabbing گویند.
image
بر طبق قوانین استاندارد ایمنی هوایی، هواپیما باید قادر باشد باد جانبی با سرعت خاصی و جهت خاصی را تحمل کرده و ایمن فرود آید. برای هواپیماهای بسیار سبک، بر طبق قوانین JAR-VLA و بند ٢٣٣ یک هواپیما در هنگام وزش باد جانبی ٩٠ درجه و سرعت باد حداکثر Knot ١٠ باید قابل کنترل باشد (درتمامی سرعت های هواپیما).
image
همچنین بر طبق قوانین FAR (بند ٢٣٣ بخش ٢٣) یک هواپیما در هنگام وزش باد جانبی ٩٠ درجه و سرعت Knot ٢۵ (در تمامی سرعت های هواپیما) بایستی قابل کنترل باشد. واضح است بحرانی ترین حالت هواپیما در چنین شرایطی وقتی است که سرعت حداقل باشد.

اثر نزدیکی به زمین (Ground Effect)

اثر نزدیکی به زمین (Ground Effect)

هواپیما در طول سالها، از اثرات نزدیکی به زمین به صورت های مختلف استفاده کرده است. ولی این استفاده به طور کلی فقط برای قسمت کوتاهی از کل پرواز، مانند مراحل برخاست و فرود بوده است. هواپیماهایی نیز طراحی و تولید شده اند که از اثر نزدیکی به زمین در طول کل پرواز خود بهره برده اند.
این هواپیماها تماماً در نزدیکی زمین پرواز می کنند.
image
پرواز در نزدیکی زمین سبب تغییرات و اثراتی می شود که آنها به طور کلی اثر زمین نامیده می شوند. اثر اصلی نزدیکی به زمین در فرووزش است ولی متعاقباً روی برآ، پسا و گشتاور پیچشی نیز اثراتی می گذارد.
image
تأثیرات زمین هنگامی روی یک هواپیما در نظر گرفته می شود که ارتفاع هواپیما از زمین (یا سطح دریا) کمتر از تقریباً نصف دهنه بال باشد. این اثرات بستگی به عوامل مختلفی از جمله، فاصله هواپیما تا زمین، مساحت بال و سرعت هواپیما دارد این تأثیرات ناشی از برخورد جریان زیر بال با زمین و منعکس شدن یا برگشتن مجدد آنها به سمت هواپیما است.
image
به عبارت دیگر زمین تداخلاتی با گردابهای نعل اسبی(Horseshoe Vortex) که در پشت بال به وجود می آید دارد. برای تحلیل تئوریکی اثر زمین می توان سیستم گرداب نعل اسبی زیر بال ولی با قدرت مخالف با فاصله ای (پایین تر از زمین) برابر با فاصله هواپیما تا زمین در نظر گرفت. به این روش، روش گرداب آینه گویند.

زاویه نصب بال (Wing Setting angle یا Incidence)

زاویه نصب بال (Wing Setting angle یا Incidence)

زاویه بین وتر ریشه بال و خط مرکزی بدنه را زاویه نصب بال (iw) گویند. این زاویه می‌تواند ثابت باشد یعنی بال به بدنه جوش بخورد و یا مثلاً پیچ و مهره شود. همچنین زاویه نصب بال می‌تواند متغیر باشد و در طول پرواز با چرخش بال حول یک محور تغییر کند (مثل هواپیمای Vought F-8 Crusader). این نوع نصب بال به بدنه ایمنی هواپیما را دچار مشکل می‌کند و وزن هواپیما را نیز افزایش می‌دهد.
در صورت متغیر بودن زاویه نصب بال، زاویه نیازی به تعیین ندارد. ولی در صورت انتخاب زاویه ثابت نصب بال، ملاک این زاویه سرعت کروز است. یعنی باید بتواند CL ( ضریب برآ) مورد نیاز در کروز با حداقل پسا را ایجاد کند.
image
زاویه نصب بال باید آن مقدار باشد که :
١-بتواند CL مورد نیاز در سرعت کروز را ایجاد کند.
٢-حداقل CD (ضریب پَسا) در سرعت کروز را ایجاد کند.
٣-بتوان این زاویه را در هنگام برخاستن (T/O) افزایش داد.
۴-در هنگام کروز زاویه حمله بدنه صفر باشد (یا مساوی با زاویه حمله‌ای باشد که پسای بدنه در آن حداقل است)
imageimage
معمولاً این زاویه بین صفر تا ۴ درجه است و حدود ١٠ درجه برای (T/O) هنگام برخاستن هواپیما باقی می ماند.
به طور آماری زاویه نصب بال
١-در هوپیماهای GA دست ساز حدود ١ تا ٣ درجه
٢-در هواپیماهای حمل نقل مسافری حدود ٣ تا ۵ درجه
٣-در هواپیماهای نظامی جنگنده حدود صفر تا ١ درجه است.

ارابه فرود هواپیما (Landing Gear)

ارابه فرود هواپیما (Landing Gear)

به طور کلی ارابه فرود در هواپیما دارای چند وظیفه اساسی می‌باشد این وظایف به طور خلاصه عبارت‌اند از :
١-هواپیما را بر روی زمین در حالت پایدار نگه می‌دارد و مانع از تماس و صدمه دیدن بال و بدنه می‌شود.

٢-نقش شاسی گردان را برای هواپیما بازی می‌کند تا هواپیما بتواند بر روی زمین حرکت و یا بارگیری نماید.

٣-در هنگام فرود، ضربات را جذب می‌کند.

۴-قبل از برخاستن هواپیما از روی زمین امکان افزایش سرعت را فراهم می‌کند.
image
با توجه به وظایف اشاره شده در خصوص ارابه فرود اعتقاد بر این است که این سامانه در هنگام پرواز هیچ نقشی را برعهده ندارد و بنابراین برای کاهش تبعات منفی آن از جمله ایجاد پسا بهتر است این نوع سامانه به نوعی داخل بال و یا بدنه هواپیما جمع شود، با توجه به تنوع موجود در طراحی و ساخت ارابه‌های فرود و تعداد چرخ‌های نصب شده و حتی چیدمان متنوع چرخ‌ها به طور کلی ارابه‌های فرود به ۶ نوع تقسیم‌بندی می‌شوند.
image
image
انواع ارابه فرود :

١)یک چرخ اصلی و یک چرخ کوچک
‏(Single main)

٢)چرخ دم (Tail gear)

٣)چهار چرخ (quadricycle)

۴)دو چرخ اصلی و دو چرخ کوچک (Bicycle)

۵)سه چرخ (چرخ زیر دماغه)
‏(Nose gear یا Tricycle)

۶)چند چرخ (Multi bogey)

صفحه 4 از 7« بعدی...23456...قبلی »