عملکرد هواپیما | هوافضای جوان

۱۱.مانورهای خاص

مانور herbst :

یکی از روشهای دور زدن در جنگنده ها این مانور است. این نوع دور زدن برای مناطقی که فضای کمی وجود دارد مانند مناطق کوهستانی می تونه به کار بیاد و این که در درگیری های هوایی تغییر جهت سریع نیاز باشه. هر هواپیمایی نمی تونه این مانور رو اجرا کنه هواپیماهایی که بردار تراست قابل کنترل و سیستم های کنترل پرواز پیشرفته دارند می تونند چنین مانورهایی رو داشته باشند. اسم دیگه این مانور J-turn است.

این مانور در زاویه حمله های خیلی زیاد انجام می شه و این یعنی افتادن در استال (واماندگی). وقتی که یه هواپیما در استال می افته تقریبا می شه گفت مرگ حتمیه اما این جنگنده ها می تونند خودشون رو کنترل کنند. در حالت استال سطوح کنترلی هواپیما مثل ایلرون کار نمی کنند و کنترل جنگنده با تغییر جهت موتور انجام می شه. تو عکس زیر مراحل انجام مانور رو توضیح داده :

NASA_DFRC_Herbst_manuever_diagram

مطابق عکس بالا مراحل انجام این مانور به ترتیب زیره :

  • خلبان سرعت جنگنده رو به ۰.۵ ماخ یا بیشتر می رسونه
  • شروع به افزایش زاویه حمله می کنه و سرعتش رو کم می کنه
  • با تغییر جهت گاز خروجی موتور جنگنده رو کنترل می کنه (چون سطوح کنترلی از کار افتاده اند)
  • زاویه حمله به حداکثر خود در ۷۰ درجه می رسه
  • جنگنده شبیه به یک مخروط جهت خودش رو عوض می کنه
  • زاویه حمله کم می شه و سرعت زیاد می شه
  • جنگنده در جهت مخالف به حرکتش ادامه می ده

مانور Pugachev’s Cobra :

این مانور که به مانور کبری معروفه اولین بار توسط یه خلبان روسی سال ۱۳۶۸ در یک نمایش هوایی انجام شد. مثل مانور قبل این مانور هم در ناحیه استال می افته چون زاویه حمله ای که می گیره خیلی زیاده. از جمله اتفاقاتی که ممکنه تو این مانور بیفته خاموش شدن موتوره به دلیل این که چرخش سریع جنگنده ممکنه باعث نرسیدن هوا به موتور بشه بنابراین برای که این اتفاق نیفته باید دهانه ورودی هوا طراحی خاصی داشته باشه.

اسم این مانور به دلیل شباهت حرکتش با حرکت مار کبری مانور کبری قرار داده شده. تو این مانور جنگنده از حالت افقی به زاویه حمله های بالا و حتی تا ۱۲۰ درجه می رسه و دوباره به حالت افقی بر می گرده.

800px-Pugachev_Cobra

این مانور هم به توسط هر جنگنده ای قابل انجام نیست. از جمله جنگنده هایی که قابلیت انجام مانور کبری را دارند می شه به سوخو ۲۷ ، اف ۱۶ ، اف ۲۲ ، میگ ۲۹ و … اشاره کرد. فیلم زیر این مانور رو به خوبی نشون می ده.

مانور Kulbit :

این مانور هم توسط یه خلبان روسی برای اولین بار انجام شد. این مانور شگفت انگیز یه دور کامل رو در بر می گیره و جنگنده در فاصله خیلی کمی ۳۶۰ درجه می چرخد. این مانور شبیه به مانور کبری است با این تفاوت که حرکت چرخشی جنگنده در زاویه حمله ۱۲۰ در متوقف نمی شه و دور به صورت کامل زده می شه.

در مجموع جنگنده هایی که قابلیت تغییر جهت گازهای خروجی رو دارند می تونند چنین مانوری رو بزنند. از جمله جنگنده هایی که چنین قابلیتی رو دارند می شه به اف ۲۲ ، سوخو ۳۷ ، سوخو ۳۰ و میگ ۲۹ اشاره کرد.

800px-Su-37_Kulbit

مانو bell  :

مانور بل مانوری است که در اون جنگنده به سرعت صفر می رسه و از عقب به سمت زمین می یاد به دلیل این که سرعت صفر می شه دیگه نیروهایی آیرودینامیکی اثری نداره و خلبان به وسیله تغییر جهت موتور می تونه خودش رو کنترل کنه. بعد از سقوط از پشت به که توسط موتور انجام می شه جنگنده یه چرخش می کنه و به سمت زمین حرکت می کنه تا سرعت بگیره و به حالت عادی خودش برگرده. آخرین مانور فیلم زیر همین مانوره.

 

 

نشست و برخاست

موضوعی که تو این جلسه می‌خواهیم در مورد آن صحبت کنیم، در خصوص عملکرد هواپیما در موقع نشیتن و برخاستن هست. این دو فاز از عملیات هواپیما، خیلی مهمه. چون ۲۳.۴% سوانح هوایی در فاز برخاست، و ۲۴.۱% سوانح نیز در فاز نشستن اتفاق می‌افتد. از این آمار به مهم بودن و مخاطره‌آمیز بودن این دو فاز پی بردید. پس بررسی عملکرد هواپیما تو این دو فاز خیلی مهمه.

فرآیند فاز برخاست به این صورته که هواپیما به اصلاح تاکسی می‌کنه و به ابتدای باند میاد. در این لحظه از برج مراقبت اجازه برخاست می‌گیره. برج مطابق شرایط حرکت سایر هواپیما، اجازه رو به خلبان صادر می‌کنه که حرکت کنه. بعد از اجازه حرکت، خلبان پاش رو ترمز قرار می‌ده و دسته گاز رو تا انتها می‌بره و بعد ترمز رو رها می‌کنه. عملیات تیکاف انجام می‌گیره. همین کار رو بعضی‌ها رو موتور سیکلت هم انجام می‌دن و با موتور تیکاف می‌کنند. پس فهمیدیم که هواپیما یواش راه نمیفته. بعد از رها کردن ترمز هواپیما سرعتش زیاد می‌شه.
f101

 

وقتی هواپیما سرعت می‌گیره، تا برخاست رو انجام بده یه سری سرعت رو رد می‌کنه که اونا اسم دارن. اولین سرعتی که رد می‌کنه، سرعت واماندگیه. تا قبل از این سرعت که اصلاً امکان برخاست وجود نداره. یه مقداری از این طول برخاست، روی زمین صورت می‌گیره و مقدار دیگش رو روی هوا طی می‌کنه. طبق قانون در زمان برخاست، باید یک مانع ۳۵ پایی رو رد کنه. البته این مقدار برای هواپیماهای کوچکه. هواپیماهای بزرگ باید ۵۰ پایی رو رد کنه. یک نقطه در برخاست وجود داره که اگه از اون سرعت رد شد نباید از ترمز استفاده کرد.

یک اتفاق فیزیکی بسیار مهم که تو فاز برخاست اتفاق می‌افته که به اون اثر زمین (ground effect) می‌گن. اثر زمین رو اگه بخواهیم توضیح ساده بدیم اینه که وقتی هواپیما نزدیک به زمینه، یک بالشت هوایی زیر هواپیما به وجود میاد که کمک می‌کنه برخاست سریع‌تر انجام بشه. اما باید حواسمون باشه که تا از زمین فاصله می‌گیریم این بالشت هوایی از بین می‌ره و یه دفه لیفت ما کاهش پیدا می‌کنه. همین اتفاق در فرود به ضرر ماست. چون هواپیما می‌خواهد بشینه ولی اثر زمین که همون بالشت هوایی نمی‌گذاره که بشنیم.

 

f102

 

بعد از بررسی برخاست، فرود رو بررسی می‌کنیم. همون طوری که قبلاً هم نشون دادیم، این فاز خیلی امکان اتفاق سانحه وجود داره. تو این فاز هم مراحلی وجود داره.

f103

 

فرود توسط ارّابه فرود انجام می‌شه و کاری که انجام می‌ده اینه که انرژی هواپیما رو از بین می بره. برای همین، محکم‌ترین جای هواپیماست. چون توی ساختش از فولاد استفاده می‌کنند. مراحل فرود به این ترتیب است، ابتدا باید ارتفاع رو کم کنیم که این رو برج می‌گه که چند باشه. معمولاً این طوره که خلبان موتور رو حالت هرز گرد می ذاره که نیروی تراست کم بشه. بعد خلبان با شیب ۳ درصد به سمت باند در لحظات نزدیک به نشستن دوباره زاویه حمله می‌گیره که به این حرکت فلر (flare) می‌گن. این کار رو خلبان انجام می‌ده تا ارّابه فرود رو به آرومی رو زمین بذار و ارابه فرود دچار آسیب نشه. ابتدا چرخ عقب روی زمین می‌شینه بعد چرخ جلو. بعد از این که چرخ‌ها نشستن، ترمزها رو به کار می‌بره تا سرعت از بین بره.

 

f104

 

 

مانور دور زدن و pull up

پول آپ و دور زدن

تو این جلسه، در مورد ۲ مانور مهم هواپیما صحبت می‌کنیم. مانور دور زدن و پول‌آپ (pull up). مانور دور زدن، همون طوری که از اسمش پیداست برای تغییر مسیر هواپیما به کار میاد. تو جلسه پیش در مورد گشت‌زنی صحبت کردیم و گفتیم بعضی از هواپیما برای جمع‌آوری اطلاعات باید مدتی را در یک منطقه به گشت‌زنی بپردازند. برای این که این کار رو انجام بدن، نیاز دارن که از مانور دور زدن استفاده کنند. یه مثال دیگه برای کاربرد دور زدن هواپیما، اینه که بعضی وقت‌ها پیش میاد که یه هواپیما به فرودگاه مقصد رسیده ولی شرایط برای نشستن فراهم نیست. این هواپیما باید مدتی در اطراف فرودگاه مشغول به دور زدن بشه تا بعد بتونه تو فرودگاه بشینه.

در دور زدن چند پارامتر مهم وجود داره؛ شعاع دور زدن، سرعت دور زدن و سرعت دورانی. در مجموع دو نوع دور زدن وجود داره ۱- دور زدن با ارتفاع ثابت و ۲- دور زدن با تغییر ارتفاع. اکنون دور زدن با ارتفاع ثابت رو بررسی می کنیم. تو دور زدن با ارتفاع ثابت ۳ محدودیت وجود داره؛ ۱- محدودیت موتور، ۲- محدودیت سازه و ۳- محدودیت آیرودینامیکی. هر چه ما بتوانیم با زاویه غلتش بیشتری دور بزنیم، شعاع دور زدن کمتر و سرعت دور زدن و دورانی بیشتر می‌شود. این نشان دهنده مانورپذیری هواپیمای ماست. اما باید دقت داشته باشیم ۳ محدودیتی که گفتیم اجازه نمی‌ده ما زاویه غلتش رو زیاد کنیم. عکس زیر دور زدن رو تو زاویه غلتش‌های مختلف داره نشون میده.

 

f91

 

دور زدن تو ارتفاع ثابت، برای خلبان کار سختیه. چون تو این مانور خلبان باید از پا و هر دو دستش برای کنترل هواپیما استفاده کنه. وقتی یه هواپیما شروع می‌کنه به دور زدن، تمایل به افت ارتفاع داره که خلبان باید با یه دست فرمون رو داشته باشه و با دست دیگه به اصطلاح گاز بده.

نحوه دور زدن به این صورته که لیفت روی یه بال زیادتر از دیگری می‌شه. به همین دلیل یک بال هواپیما بالا میاد و یه بال دیگش پایین میره. برای این که این اتفاق بیفته، از شهپره‌ها (ailron) استفاده می‌کنند. این سطوح کنترلی زوایه حمله رو یه بال زیاد می‌‌کنند و روی یه بال دیگه کم می‌کنن و همین باعث می‌شه لیفت نا متقارن پیش بیاد.

مانور پول‌آپ، به این صورته که هواپیما شیرجه می‌زنه به سمت زمین تا سرعت زیاد بشه. بعد از افزایش سرعت، زوایه حمله می‌گیره و خودش را بالا می‌کشه. این مانور بیشتر برای جلوگیری از سقوط اتفاق می‌افته. البته بعضی موارد دیگه هم استفاده داره که شما تو فیلم زیر می‌بینید.

پ

شماتیک این مانور عکس زیره.

 

f92

 

نحوه اجرای این مانور به این صورته که ابتدا هواپیما با حرکت به سمت زمین، سرعت خودش را زیاد میکنه. بعد از این که سرعتش به مقدار قابل قبولی رسید، با استفاده از دم افقی سر هواپیما را بالا ‌یاره و زوایه حمله می‌گیره که این زاویه حمله باعث می‌شه لیفت هواپیما لیفت بگیره و به سمت بالا حرکت کنه. تو فیلمی که در بالا دید، یکی از موارد استفاده از مانور رو نشون داده. گاهی اوقات اشکال در باند و عدم مساعد بودن شرایط باند باعث می‌شه که خلبان مجبور به عملیات پول‌آپ می‌شه. مثلاً تو فیلم بالا، اگه خلبان این عملیات رو انجام نمی‌داد تقریباً ۴۰۰ مسافر و دو هواپیما از بین می‌رفت.

f93

 

 

گلایدر

تو این جلسه می‌خوام در مورد «گلایدر» و کلاً مفهوم گلاید کردن صحبت کنم. گلاید کردن تو فارسی به صورت سُر خوردن ترجمه شده. از این ترجمه شاید متوجه شدید مفهوم گلاید کردن چیه. گلاید کردن در حقیقت سُر خوردن روی هواست. تو این روش، ما انرژی¬ای رو از یه طریق ذخیره می‌کنیم. بعد از اون انرژی برای سُر خوردن رو هوا استفاده می‌کنید. شاید تا حالا روی برف سُر خورده باشید. برای این کار، شما از یه سر بالایی، بالا می‌رید و بعد پلاستیکی، تیووپی یا سینی¬ای زیر خودتون قرار می‌دید و سُر می‌خورید و پایین می‌یاد. همین حالت رو برای گلایدر هم اجرا می‌کنیم.

ادامه نوشته

 

 

برد و مداومت پروازی

تو این جلسه می‌خواهم در مورد دو فاکتور مهم در هواپیماها صحبت کنیم. اول در مورد برد و سپس در مورد مدامت پروازی.

یادتون هست که در جلسه دوم در مورد پروفیل مأموریت صحبت کردیم. اون جا در مورد فازهای مختلف هواپیما صحبت کردیم و در جلسه پیش هم در مورد فاز صعود حرف‌هایی زده شد. گفته شد بعد از اوج­گیری هواپیما وارد فاز حرکت مستقیم‌الخط می‌شویم و به سمت مقصد حرکت می‌کنیم. مقدار مسافتی رو که می‌توانیم به صورت مستقیم حرکت کنیم، برد هواپیما می‌گویند. دقت داشته باشید اون مقداری رو که به صورت صعود یا نزول حرکت می‌کنه، به عنوان برد هواپیما در نظر نمی‌گیرند و آنچه که به عنوان برد هواپیما ذکر می‌شه تنها مسافت مستقیم‌الخطه.

f71

یک نکته بسیار مهمی در همین فاز وجود داره. شما در فاز کروز دارید بنزین مصرف می‌کنید و این یعنی شما در حال کاهش وزن هستید و چون سرعت ثابته، دیگه مقدار نیروی برا (لیفت) که با وزن برابر بود، برابر نیست و این باعث می‌شه که هواپیما افزایش ارتفاع داشته باشه و اگر مجبور باشیم که تو یه ارتفاع خاصی حرکت کنیم، مجبوریم به صورت دندان ارّه‌ای حرکت کنیم.

f72

بعد از این که برد رو تعریف کردیم حالا باید در مورد مداومت پروازی حرف بزنیم. مداومت پروازی، به معنی مدت زمانی که یه هواپیما می‌تونه به اقدام به چرخ زنی کنه. باز هم تو این قسمت حواسمون باشه مدت زمانی که تو حرکت مستقیم‌الخطیم رو نباید جزء مداومت پروازی در نظر بگیریم.

بسته به مأموریتی که یه هواپیما داره، ممکن مقادیر مدامت پروازی تغییر کنه. معمولاً در هواپیماها مسافربری از این گشت‌زنی برای مواقعی استفاده می‌کنند که در فرودگاه مقصد، امکان نشستن هواپیما وجود نداشته باشه و نیازه که هواپیما مدتی رو اقدام به گشت زنی کنه تا شرایط برای نشستن فراهم بشه. در بعضی از هواپیماها مدت گشت‌زنی بسیار بالاست واین به خاطر مأموریت آن‌هاست. پهپادهایی که به منظور گشت‌زنی طراحی و ساخته می‌شوند، از مداومت پروازی بالایی بر خوردارند. این نوع پهپادها برای داده برداری از یک منطقه خاص اقدام به گشت‌زنی می‌کنند و تصویر برداری می‌کنند. فیلم زیر، برای پهپاد ابابیله که از ناو هواپیمابر تو خلیج فارس فیلم برداری کرده.

تا الآن، نسبتاً با این دو مفهوم آشنا شدید. برای محاسبه این مقدارها روابط مختلفی وجود داره که به علت پیچیدگی آورده نشده‌اند. ولی دقت به این موضوع داشته باشید که ما در یک هواپیما مسافربری، به دنبال بیشترین مقدار برد هستیم و می خواهیم بدانیم هواپیمایی که طراحی کرده­ایم یا می‌خواهیم آن را خریداری کنیم، حداکثر چه بردی را طی می‌کند. همین موضوع در مورد مداومت پروازی نیز صادق است. یعنی در هواپیماهای گشت‌زنی به دنبال بیشترین مداومت پروازی هستیم. نکته‌ای که وجو داره اینه که شرایط پرواز برای رسیدن به بیشترین برد و بیشترین مداومت پروازی فرق می‌کند و این بدان معنا است که برای رسیدن به حداکثر مداومت پروازی در یک زاویه حمله حرکت می‌کنیم که مقدارش با زاویه حمله حداکثر برد فرق می‌کنه.

f73

 

 

عملکرد اوج گیری

تو این جلسه می خوایم در مورد فاز صعود حرف بزنیم. فاز صعود به حرکتی می‌گن که توش هواپیما ارتفاع می‌گیره. هواپیما بعد از این که روی باند بلند شد، وارد فاز صعود می‌شه و ارتفاع می‌گیره تا به ارتفاع مورد نظرش برسه. بعد از اون وارد فاز کروز می‌شه و ادامه مسیر می‌ده. درسته که فقط ۳/۳ % زمان پرواز تو فاز صعود هستیم، ولی باید دقت داشت که ۱۳ % سوانح هوایی تو این فاز داره اتفاق می‌افته. پس باید به دقت بررسی بشه.
اساسی‌ترین نکته تو این فاز، توان مازاده. توان مازاد یعنی چی ؟ همون طور که می دونید برای حرکت هواپیما مقاومت هوا وجود داره که قبلاً اسمش رو درگ گذاشتیم. برای این که بتونیم به این نیرو غلبه کنیم، نیازه تا با موتور، نیروی پیشران تولید کنیم. اگه ما علاوه بر این که بتونیم به درگ غلبه کنیم، نیروی پیشران نیز تولید کنیم، می تونیم اوج‌گیری کنیم و صعود رو انجام بدیم.
سه پارامتر مهم تو اوج¬گیری وجود داره که تو هواپیماهای مختلف و در شرایط پروازی مختلف با هم فرق می‌کنند. این پارامترها به ترتیب نرخ اوج¬گیری، زاویه صعود و زمان صعوده. حالا هر یک از این پارامترها رو تعریف می کنم:
– نرخ اوج¬گیری: این پارامتر، از جنس سرعته و بیان کننده این مفهومه که ما تو یک ثانیه چه مقدار افزایش ارتفاع داریم.
– زاویه اوج¬گیری: این پارامتر، زاویه بین هواپیما و اق رو نشون می‌ده و همون طور که اسمش پیداست از جنس زاویه هستش.
– زمان اوج گیری: این پارامتر، بیان کننده این مفهومه که یه هواپیما تو چند ثانیه به ارتفاع مطلوب و مورد نظر ما می‌رسه.
نرخ اوج گیری توسط موتور هواپیما محدود می‌شه. چون همون طور که تو درس جوّ استاندار گفته شده، با بالا رفتن، چگالی هوا کم می‌شه. پس اکسیژن هوا هم کم می‌شه. بنابراین برای سوختن اکسیژن کم می‌آوریم. بنابراین نمی‌توانیم از یه ارتفاعی بالاتر برویم که به اون ارتفاع سقف پروازی گفته می‌شه.
بر اساس زاویه صعود اوج¬گیری به دو دسته تقسیم می‌شه:
– دسته اول: اوج¬گیری‌هایی که با زاویه صعود کمتر ۱۵ درجه صورت می‌گیره که به اون اوج¬گیری کم عمق گفته می‌شه؛ مثل عکس زیر.

f61

  • دسته دوم: اوج­گیری‌هایی که با زاویه صعود کمتر ۱۵ درجه صورت می گیره که به اون اوج­گیری تند گفته می شه؛ مثل عکس زیر.

f62

بر عکس اوج گیری نزوله. وقتی که هواپیما به مقصدش نزدیک شده باید ارتفاع خودش رو کم کنه و آماده نشستن بشه. از لحاظ عملکردی به این صورته که هواپیما نیاز به قدرت اضافه نیست، بلکه با کم کردن قدرت و کاهش سرعت می‌تونیم ارتفاع خودمون رو کاهش بدیم. نزول هم همون پارامترهایی رو که صعود داشت رو داره. از لحاظ زاویه نیز تو حالت نزول به سه دسته می تونیم تقسیم کنیم که به ترتیب نزول تند، متوسط و کم هستند. تو فیلم زیر، اوج­گیری یه هواپیما رو می‌بینید. البته یه سری مانور دیگه هم داره.

 

 

عملکرد کروز

بسمه تعالی

تو این جلسه می‌خوایم در مورد پرواز افقی بدون شتاب بپردازیمو در مورد ویژگی‌های این نوع پرواز حرف بزنیم. این پرواز بدون شتابه. یعنی توش سرعت تغییر نمی‌کنه. توجه داشته باشید که این نوع پرواز خیلی مهمه. چون اکثر پرواز هواپیما، توی این حالته. یعنی ۶۰ % زمان پرواز، تو این حالت سپری می‌شه. به این حالت حرکت هواپیما کروز هم گفته می‌شه.

ویژگی‌هایی که این حالت پروازی داره اینه که توش همه نیروهای وارد به هواپیما با هم برابرن. نیروهایی که به هواپیما وارد می‌شه چهارتاست. ۱- نیروی برا (لیفت)، ۲- نیروی پسا (درگ)، ۳- نیروی پیشران (تراست) و ۴- نیروی وزن. عکس زیر این نیروها رو نشون می‌ده.

f51

 

تو جلسه اول گفتیم که می‌خوایم با فازهای حرکت هواپیما آشنا بشیم. این حرکت هم یکی از فازهای مهمه حرکت هواپیماست. تو این فاز ما برای رسیدن به بیشترین برد، دنبال این هستیم که نیروی مقاومت هوا رو که به اون نیروی درگ یا پسا گفته می‌شه، به کمترین مقدار خودش برسونیم و همین طور برای این که هواپیما رو روی هوا نگه بداریم، می خوایم نیروی «برا» به بیشترین مقدارش برسه.

با یک سری از روابط ریاضی به این نتیجه می‌رسیم که باید نسبت نیروی لیفت به درگ، به بیشترین مقدار خود برسه. برای این که هواپیما تو این وضعیت حرکت کنه باید تو یه زاویه حمله خاص حرکت کنه. می‌دونید که زاویه حمله، به زاویه میان بدنِ هواپیما و بردار سرعت می‌گن. تو عکس زیر، تغییرات نسبت لیفت به درگ با زاویه حمله رو می‌بینید.

f52

 

نکته‌ای که وجود داره، اینه که برای هر ایرفویل، این نمودار فرق می‌کنه. الان تو مثال بالا، بیشترین نسبت تو زاویه ۵/۶ درجه به دست میاد. یعنی برای هواپیمایی که از این ایرفویل استفاده می کنه، بهتره تو فاز کروز، از تو زاویه حمله ۵/۶ درجه حرکت کنه. ایرفویل به مقطع بال هواپیما می‌گن. تو شکل زیر یه نمونش رو می‌بینید.f53

 

۱۵ % سوانح هوایی تو این فاز از حرکت رخ می‌ده که این موضوع نشون می‌ده باید اتفاقاتی که ممکن است تواین فاز رخ بده رو به دقت بررسی کنیم. یکی از اتفاقاتی که تو این فاز معموله اینه که یکی از موتورهای هواپیما به هر علتی خاموش می‌شه. اصلاً نباید نگران شد، چون تو طراحی هواپیما این موضوع مورد نظر قرار گرفته و هواپیما بر اساس این که اگه یه موتور از دست رفت بشه کنترل کرد، طراحی شده. دُم عمودی که در انتهای هواپیما قرار گرفته، می‌تونه هواپیما رو کنترل کنه تا به نزدیک‌ترین فرودگاه برسیم و بنشینیم.

 

f54

 

همون طور که می‌دونید یکی از ویژگی مهم هواپیما بُرده. این ویژگی نشون میده که ما از کجا به کجا می‌تونیم با این هواپیما حرکت کنیم. این ویژگی مهم بیشتر تو فاز کروز رخ می‌ده. بنابراین برای حساب کردن برد یه هوایپما، مقدار مسافتی که تو این فاز حرکت می‌کنه رو محاسبه می‌کنن. نمودار زیر نمودار خیلی مهمیه. هر هواپیمایی یک چنین نموداری مخصوص خودش داره. این نمودار می‌خواد بگه من چقدر بار داشته باشم و چه قدر برد دارم. دو نقطه شکستگی روی این نمودار می بینید. نقطه شکستگی بالا حالتی رو نشون می‌ده هواپیما بیشترین بار ممکن رو داره. پس باید کمترین مسافت رو طی کنه؛ چون وزنش تو بیشترین حالته. نقطه شکستگی پایین، بیشترین مسافت رو در حالتی که به جای مسافر و بار، سوخت زدیم و باکمون تو بیشترین حالته. عکس زیر این نمودار رو برای چندین هواپیما کشیده و با هم مقایسه کرده. این نمودار در خریدن یه هواپیما خیلی مهمه، چون ما باید بدونیم حالت‌های مختلف عملکرد هوپیما چیه تا متناسب با نیازمون هواپیمای بهتر رو تشخیص بدیم و بخریم.

f55

 

 

سیستم پیشران

همون طور که تو جلسات قبل گفتیم هواپیما از ۳ بخش اصلی تشکیل شده” اولی بال و بدنه، دومی موتور یا سیستم پیش‌رانش و سوم هم سیستم‌های هواپیما مثل ارابه فرود.

این جلسه می‌خوایم در مورد سیستم پیش‌رانش حرف بزنیم و انواع اون رو معرفی کنیم. تو سیستم پیش‌رانش یک سری موارد اهمیت داره مثل این که بدونیم موتور چه مصرف سوختی داره و توی چه ارتفاعی کار می‌کنه، بازدهیش چه طوره و تو چه سرعتی می‌شه از اون استفاده کرد.

انواع موتورهای هواپیما به صورته زیره:

  • پیستونی
  • توربوپراپ
  • توربوفن
  • توربوجت
  • رم­جت
  • اسکرم­جت

حالا می‌خوایم هر یک از موتورهای بالا رو معرفی کنیم و معایب و مزایای اون رو بگیم.

  • موتور پیستونی:

این نوع موتورها مثل موتورهای ماشینه، فقط چون باید سبک باشه از آلیاژهای خاص استفاده می‌کنیم. ولی اصل اون هیچ تغییری نکرده و مثل هم کار می‌کنند. مزیت این نوع موتورها اینه که بازده زیاد و مصرف سوخت خیلی کمی داره. ولی تو ارتفاع زیادی حرکت نمی‌کنه چون چگالی و فشار هوا خیلی کمه. برای جبران این فشار کم و چگالی کم از توربوشارژر استفاده می‌کنیم که فشار رو زیاد کنیم. این نوع موتورها تو سرعت‌های کم حرکت می‌کنند مثل هواپیمای خونگی. عکس زیر یه موتور پیستونی رو نشون میده.

f41

عکس زیر هم یه توبوشارژر رو نشون میده.

f42

f43

    • موتور توربوپراپ و توربوفن

    قبل از اینکه این نوع موتور رو توضیح بدم باید در مورد موتورهای توربینی توضیحاتی رو بدم. موتورهای توربینی از سه بخش تشکیل شده ۱- کمپرسور، ۲- محفظه احتراق، ۳- توربین. نحوه کار کردن موتورهای توربینی این طوری کار می‌کنند که توربین کمپرسور رو می‌چرخونه و کمپرسور هم هوا رو فشار می‌کنه و می‌فرسته تو محفظه احتراق تا با سوخت قاطی بشه و بسوزه و انرژی تولید شده رو بده به توربین که توربین هم بتونه کمپرسور رو بچرخونه. بعضی از موتورها دو تا توربین داره که یه توربین کمپرسور رو می‌چرخونه ولی یکی دیگه ملخ‌ها یا فن رو می‌چرخونه. عکس‌های زیر به ترتیب توربوپراپ و توربوفن رو نشون میده. مزیت این موتورها اینه که مصرف سوخت بیشتری نسبت به پیستونی داره ولی باز هم کمه و تو ارتفاع بیشتری حرکت می‌کنند و مزیت اصلیش اینه که تو سرعت‌های بیشتری حرکت می کنه.

    عکس‌های زیر موتور توربوپراپ رو نشون می ده که رو هواپیما نصب شده.

f44

f45

معمولا هواپیماهای بین‌المللی که مسیرهای طولانی رو طی می‌کنند از موتورهای توربوفن استفاده می‌کنند تا هم مصرف سوخت کمتری داشته باشند هم این که بتونند تو سرعت‌های زیاد حرکت کنند. عکس‌های زیر هم توربوفن رو نشون می‌ده.

f46

f47

  • موتورهای توربوجت

این موتورها توربین اضافی نداره که باهاش فن یا ملخی رو بچرخونه و با جت کار می کنه. یعنی هوا رو با سرعت از خودش خارج می‌کنه و به سمت جلو حرکت می‌کنه. یادتونه که بادکنکی رو که باد می‌کردیم و رها می‌کردی بادش خالی می‌شه و تو هوا حرکت می‌کرد این همون مفهومه جته. این نوع موتورها که بیشتر تو هواپیماهای جنگی استفاده می‌شه مصرف سوخت زیادی داره ولی می‌تونه تو سرعت‌های زیاد حرکت کنه. از لحاظ قیافه شبیه به توربوفن‌ها هستند که فن ندارن.

f48

  • موتور رم­جت و اسکرم جت

این دو نوع موتور بر خلاف موتورهای توربویی از کمپرسور استفاده نمی‌کنن. پس برای فشرده کردن نیاز دارن تا با سرعت‌های خیلی زیاد حرکت کنند تا از فشار خوده هوا استفاده کنند. بنابراین از این موتورها نمی‌شه رو زمین استفاده کرد و باید تو سرعت‌های زیاد روشن کرد. این نوع موتور تو سرعت های زیاد حرکت می‌کنند و مصرف سوخت زیادی دارند. فرق اسکرم و رم­جت اینه که تو اسکرم جت عملیات احتراق تو سرعت‌های بالای صوت انجام می‌شه. این دو تا موتور خیلی به هم شبیهن.

f49

 

 

جو استاندارد

جو استاندارد

همون طور که رو اسم هوایپما اومده، قراره هوا رو بپیماییم. پس باید هوا رو خوب بشناسیم و بدونیم که هوا در ارتفاعات مختلف چه رفتاری از خودش نشون می‌ده. ما به دنبال این هستیم که بدونیم با بالا رفتن مشخصات هوا مثل دما، فشار و چگالی چه تغییراتی رخ می‌ده. برای این که اهمیت این موضوع رو بیشتر نشون بدم چند تا مثال می‌زنم.

خوب می‌دونیم که تو موتور هواپیما، مثل موتور ماشین باید هوا بره. پس غلظت هوا مهمه و با افزایش ارتفاع چگالی تغییر می‌کنه. بنابراین هواپیما که به موتور نیاز داره باید بدونه در هر ارتفاعی چقدر هوا داخل موتورش وارد می‌شه. همین چگالی، روی نیروهای وارد به هوپیما تأثیر داره. یعنی اگه شما یه فضای خلا داشته باشید، هواپیما بدون مقاومت هوا حرکت می‌کنه.

بعضی از موتورها فقط تو یه سری دما کار می‌کنند. پس باید حواسمون به دما هم باشه. یه نکته خیلی مهم هم بگم که این ویژگی‌های هوا، روی هم تأثیر می ذارن. یعنی تغییر دما باعث تغییر در فشار و چگالی می‌شه. حالا دوستانی که سال سوم دبیرستان هستن؛ قانون گاز کامل رو بلدن و می‌دونند که اینها روی هم چه طوری تأثیر می ذارن.

یه مثال دیگه این که ابرها کجا قرار گرفتن؟ ما دوست نداریم تو ابرها حرکت کنیم چون قدرت موتورمون رو کم می‌کنه. اگه تو ابر حرکت کنیم، یعنی داریم تو قطرات ریز آب حرکت می کنیم. اگر طرح درس های مربوط به موتور هواپیما از همین سایت رو بخونید متوجه می­شید هوای ورودی به موتور برای روشن کردن یه آتش توی محفظه احتراق موتور استفاده می‌شه و ورود آب ابرها همراه با هوا، این کار رو مشکل می‌کنه. در ضمن اگر تو ابر باشیم، خلبان دید خوبی نداره و اینکه تو ابرها شرایط هوا خوب نیست و ممکنه بادهای شدید بیاد.

الآن که اهمیت هواشناسی رو فهمیدیم بریم ببنیم هوا چه جوریاست! حتماً تا حالا کوه رفتید و دیدید که هرچه بالاتر می‌رید هوا سردتر می‌شه. تحقیقات و داده بُرداریها نشون داده که به ازای هر کیلومتر که ارتفاع زیاد می‌کنیم حدود ۶ درجه سانتی گراد از دمای هوا کمتر می‌شه. اونایی که کوه‌نورد حرفه‌ای هستند، می‌دونند وقتی آدم به کوه‌های خیلی بلند می‌ره، ممکنه غش کنه! چون تو ارتفاع‌های زیاد چگالی هوا کم می‌شه و همین موضوع باعث می‌‌شه کوه‌نورد نفس کم بیاره. برا همین برا رفتن به کوه‌های بلند باید در ارتفاع‌های مختلف صبر کنیم تا بدنمون به شرایط عادت کنه.

خوب بعد گفتن این مقدمه بریم ببینیم هوا در ارتفاعات مختلف چه تغییری می‌کنه. برای این که تغییرات هوا رو بررسی کنیم نیاز به یک مرجع داریم. یعنی یه روز رو به عنوان استاندار تعیین کنیم و اون رو مورد بررسی قرار بدیم و اگه هوا تغییر کرد بر اساس اون روز استاندارد تغییرات رو اعلام کنیم. روز استاندارد به روزی می گن که دما تو سطح دریا، ۱۵ درجه سانتی گراد باشه. حالا نمودار تغییرات دما در ارتفاع های مختلف به صورت زیره:

f31

همون طور که تو نمودار می بینیم، با افزایش ارتفاع، دما کم می شه تا این که می رسه به ارتفاع تقریبا ۱۱ کیلومتری. بعد از اون دما دیگه ثابت می‌مونه تا ارتفاع تقریباً ۲۰ کیلومتری و سپس زیاد می‌شه. نمودار بالا داره تغییرات دما با ارتفاع نشون می‌ده. اکثر هواپیماهای مسافربری تو لایه اول حرکت می کنند؛ ولی بعضی از هواپیماهای جنگی ارتفاع‌های بالاتر هم پرواز می‌کنند. حالا تغییرات چگالی و ارتفاع رو هم با ارتفاع می‌تونید تو عکس زیر ببینید.

f32

با افزایش ارتفاع، هم چگالی و هم فشار کاهش پیدا می کنه. از یه لحاظ هایی خوبه؛ ولی از یه لحاظ هایی هم بده. مثلاً از دید موتور خوب نیست. یعنی هر چی بالاتر می‌ریم نفس هواپیما می بره و نفس کم می‌یاره. ولی مقاومت هوا که بهش پسا یا درگ می‌گیم کم می‌شه. پس نمی‌شه گفت این اتفاق ۱۰۰ % به نفع ماست یا به ضرر ماست.

اگر تا حالا با هواپیما برواز کردید، شاید از خودتون بپرسید که چرا اثری از این کم شدن فشار یا  سرد شدن دما حس نکردید! جواب این مسأله اینه که هواپیماهای مسافربری طوری ساخته میشن که مسافرها رو از اثرات این کاهش دما و فشار در امان نگه دارند. یعنی یک پمپ هوا با پمپ کردن هوای بیرون هواپیما به داخل، سعی میکنه فشار داخل رو روی مقدار مطلوب نگه داره و یک بخاری هم دمای هوا رو کنترل می‌کنه. اگر این سامانه­ها نبودند مسافرها و خود خلبان از شدت سرما و کمبود هوا بیهوش می‌شدند. برای همینه که تو هواپیماهایی که تو ارتفاع بالا پرواز می‌کنند، امکان پایین کشیدن شیشه­ی پنجره‌ها وجود نداره.

 

 

پروفایل ماموریت

پروفایل مأموریت

در این جلسه می‌خواهیم به مفهومی با عنوان «پروفایل مأموریت» بپردازیم. هر وسیله‌ای که در دنیا ساخته می‌شه، برای انجام کاری تولید شده است. در حقیقت آن وسیله ساخته شده باید یک سری از خواسته‌ها ما را برآورده کنه. از جمله­ی قبل متوجه میشیم که پروفایل ماموریت خود از یک نیاز شروع می‌شه. مثلاٌ برای عدم آسیب به پا هنگام راه رفتن نیاز به کفش هست و کفش با توجه به آن نیاز ساخته می‌شه. فرض کنید، کفشی برای انجام حرکات ورزشی نیاز باشد. پس این، نیاز مأموریت را برای ما تعیین می‌کند و در این مثال خاص این کفش باید بتونه علاوه بر حفاظت پا انعطاف پذیر و راحت نیز باشد تا بتواند مأموریت مورد نظر را انجام بده.

از مثال‌های بالا کمی به مفهوم پروفایل مأموریت نزدیک شدیم. حالا می‌خواهیم این مفهوم را برای مثال‌های هوافضایی به کار ببریم. فرض کنید، یک هواپیما می‌خواهیم تا عملیات گشت‌زنی از منطقه‌ای خاص را برای ما انجام بده. این تعریف مأموریت منجر به پروفایل مأموریت می‌شه. در زیر عکسی از پروفایل مأموریت یک پهپاد گشت‌زن را آورده‌ایم.

f21

همان طور که در تصویر بالا مشاهده می‌کنید، کاری که یک پهپاد گشت‌زنی باید انجام بده، آورده شده. در تصویر بالا مشخص شده  که پهپاد باید ۲۲ ساعت در ارتفاع ۲۲۰۰۰ پایی، اقدام به گشت‌زنی کند.

تصویر زیر یک پروفایل مأموریت هواپیمای ۱۵۰ نفره آورده شده است.

f22

مراحل مختلف پروفایل مأموریت هواپیمای ۱۵۰ نفره به این ترتیب است که ابتدا در فرودگاه آماده برخاست می شود(مرحله ۰-۱). بعد از آمدن به ابتدای باند، عملیات برخاست را انجام می‌دهد (مرحله ۱-۲). پس از برخاست، باید به ارتفاع مورد نظر پروازی برسد (مرحله ۳). پس از رسیدن به ارتفاع مناسب، باید پرواز مستقیم‌الخطی به سمت مقصد داشته باشد(مرحله ۴). پس از نزدیکی به مقصد، باید فرود بیاید (مرحله ۵). در نزدیکی‌های فرودگاه ممکن است متوجه شود که در این فرودگاه نمی‌تواند بنشیند و باید به فرودگاه دیگری برود. بنابراین باید دوباره اوج بگیرد (مراحل ۷،۶و۸). پروازی تا مقصد جدید انجام می‌دهد (مرحله ۹). سپس نزول می‌کند (مرحله ۱۰). ممکن است به دلیل شلوغ بودن باند و ترافیک هوایی مجبور باشد دقایقی را گشت‌زنی کند تا شرایط برای فرود مهیا شود (مرحله۱۱). سپس به زمین می نشیند (مرحله ۱۲). بعد از فرود به مکان مورد نظر در فرودگاه می رود (مرحله ۱۳).

نکته بسیار مهم این است که مأموریت در طراحی هواپیما روی شکل بسیار تأثیرگذار است. برای مثال شکل پرنده با مأموریت اول و دوم به ترتیب زیر است:

f23

f24

تفاوت ها به خاطر مأموریت است.

 

 

صفحه 1 از 212