آشنايي با بالگرد (۲) – آیرودینامیک بالگرد

در بخش اول يك آشنايي مقدماتي با هليكوپتر پيدا كرديم… در اين قسمت قصد داريم كمي با آيروديناميك عمودپروازها آشنا بشويم….آيروديناميك هليكوپتر

خب مستقيم بريم سر پره هاي اصلي بالگرد و قبل از هر چيز ايرفويلي كه در اين پره ها به كار رفته رو بررسي كنيم… ايرفويل هاي پره هاي هليكوپتر به دو دسته متقارن و نامتقارن تقسيم ميشه…

مزيت ايرفويلهاي متقارن اينه كه مركز فشار اونا با تغيير زاويه حمله، تغيير نميكنه و اين امر بسيار مناسب براي محاسبات و طراحي هليكوپتر خواهد بود. همچنين در فرايند ساخت هم هزينه كمتري دارد. اما نسبت به ايرفويلهاي نامتقارن ليفت كمتري توليد مي كند…

ايرفويلهاي نامتقارن (انحنادار) هم همانطور كه ميدونيد هندسه هاي فراواني دارند و شما مي توانيد به راحتي مشخصات اونها رو در اينترنت پيدا كنيد…. اين نوع از ايرفويلها در هليكوپترهايي مثل CH-47 و OH-58 به كار ميرود…

  

از مزيتهاي ايرفويل نامتقارن، نسبت ليفت به درگ بالا و رفتار مناسب در هنگام واماندگي هست… در هليكوپترهاي اوليه از ايرفويلهاي نامتقارن استفاده نمي كردند چون در اين ايرفويلها، با تغيير زاويه حمله، مركز فشار تغيير مي كرد و همانطور كه ميدونيم مركز فشار ايرفويل محل اعمال برايند نيروهاي وارد بر ايرفويل است و با تغيير محل آن گشتاوري به سازه پره ها وارد ميشه… بنابراين نياز به تكنولوژي پيشرفته مواد بود كه در آن زمانها وجود نداشت… اكنون با پيشرفت علم مواد ميشه از ايرفويلهاي نامتقارن هم در ساختار پره هاي هليكوپتر استفاده كرد و راندمان آيروديناميكي بال رو بالا برد.

همچنين از آنجايي كه سرعت در هر مقطع از پره متفاوت هست، شكل ايرفويل ها تغيير مي كنه تا توازن نيروي ليفت در سراسر طول پره برقرار بشه….

پرواز ايستا (Hover Flight):

در اين حالت، هليكوپتر در يك ارتفاع معين، ثابت ايستاده و پره هاي اصلي با ايجاد نيروي برآ بر نيروي وزن غلبه مي كنند… از يك نگاه ديگه ميشه گفت كه پره هاي هليكوپتر هواي بالايي رو به پايين سرعت داده و با تغيير ممنتوم در هواي گذرنده، به آن نيرو وارد مي كنند، طبق قانون سوم نيوتون اين نيرو عكس العملي داره كه همون نيروي برآ هست…. الگوي حركت هوا در پرواز هاور هليكوپتر رو مي تونيد در تصوير زير ببينيد:

اين جريان از بالا به پايين كه از پره هاي هليكوپتر  به صورت عمودي به يه سرعتي عبور مي كنه كه به اين سرعت، سرعت القايي مي گويند. شايد خيلي ها تصور كنند كه زاويه حمله پره ها همان زاويه بين خط وتر و راستاي چرخش پره هاست در حالي كه اين طور نيست.در واقع راستاي باد نسبي كه از روبرو توسط پره ها حس ميشه،  تركيبي از راستاي چرخشي پره ها و راستاي سرعت القايي عمودي هست. همانطور كه در تصوير زير مشاهده مي كنيد، اين موضوع نشان داده شده:

با توجه به اين موضوع، همانند بال سه بعدي در هواپيما، نيروي برآ به صورت كاملا عمودي ايجاد نميشه و  همين موضوع مولفه پساي القايي رو ايجاد مي كنه….

پرواز رو به جلو:

 در پرواز رو به جلو، هليكوپتر نياز به تراست داره… اين تراست باز هم توسط پره هاي اصلي تامين ميشه بدين صورت كه صفحه چرخش به سمت جلو متمايل شده و بردار نيروي برا علاوه بر نيروي بالابرنده، مولفه جلوبرنده هم پيدا مي كنه… در شكل زير مي تونيد ببينيد:

 همچنين يك عدم تقارن سرعت هم در صفحه چرخش پره هاي هليكوپتر وجود داره كه توضيح مبسوط اون در زير اومده:

ناهماهنگی تولید نیروی برا در بالگرد ( Dissymmetry of lift )

 بالگردهایی که یک ملخ اصلی دارند غالبا با مشکلی روبرو هستند و آن عدم برابر بودن نیروی برا در پره های ملخ اصلی بالگرد می باشد.این پدیده بر پرواز جانبی بالگرد تاثیرگذار است. عامل بوجود آمدن این مشکل ، اختلاف سرعت نسبی هوای عبوری از روی پره های ملخ اصلی  بالگرد می باشد.

هنگامی که بالگرد در مسیر خود حرکت می کند ، پره های ملخ اصلی اش دارای سرعت خطی یکسانی نیستند .قبل از توضیح چگونگی ایجاد این پدیده چند اصطلاح را برای شما خوانندگان عزیز شرح می دهیم .

در بالگردها به پره ای که در جهت حرکت بالگرد می چرخد  پره جلو رونده ( advancing blade ) گویند و پره ای را که خلاف جهت حرکت بالگرد می چرخد، پره پس رونده ( retreating blade ) می نامند. از آنجایی که پره جلو رونده همجهت با مسیر حرکت بالگرد است ، دارای سرعت بیشتری نسبت به پره پس رونده  می باشد.این امر باعث می گردد که پره جلو رونده نیروی برای ( lift ) بیشتری نسبت به پره پس رونده تولید می کند . عدم تعادل در ایجاد نیروی برا ، پرواز جانبی بالگرد را دچار مشکل می سازد

این مشکل را می توان با تنظیم زاویه حمله پره ها، حل کرد. به عبارت دیگر پره های ملخ اصلی بالگرد طوری طراحی شده اند که می توانند حول محور افقی خود گردش کنند و زاویه حمله آنها تغییر کند. به طوری که زاویه حمله پره پس رونده بیشتر از پره جلو رونده خواهد شد و به این ترتیب نیروی برا در دو طرف ملخ اصلی متعادل می گردد. این موضوع به زیبایی در انیمیشن زیر نشان داده شده است:

اما اگر این افزایش زاویه حمله بیشتر از حد مجاز باشد حالت  پرخطری ایجاد می گردد که به آن حالت واماندگی پره پس رونده (Retreating blade stall ) گویند. در واقع این واماندگی اصلی ترین عامل محدویت سرعت بالگرد می باشد.

 اما دو پارامتر مهم ديگه كه در هليكوپترها مطرح هست و نمودارهاي آن براي طراحي از اهميت ويژه اي برخوداره، بايد بررسي بشه…. و

ضريب بارگيري پره ها (Blade Loading Coefficient): اين ضريب درواقع حكم همون ضريب برآي بال در هواپيما رو داره و هرچقدر براي پره هاي اصلي هليكوپتر بيشتر باشه نشاندهنده ليفت بيشتر هست… اما اين ضريب به تنهايي معيار قضاوت براي يك هليكوپتر نيست….

پارامتر تكنولوژي (Figure of merit): در بعضي كتابها اين پارامتر رو عدد شايستگي عنوان كردند ولي بنده مناسب ديدم كه پارامتر تكنولوژي رو معادل اين واژه بذارم… در واقع اين پارامتر نسبت حداقل قدرت لازم در حالت تئوري نسبت به قدرت واقعي در حالت واقعي رو بيان مي كنه و هرچقدر اين عدد به يك نزديك باشه نشان دهنده ايده آل بودن پره هاي اصلي اون هست… به عبارتي هيچ وقت در حالت واقعي نميتونيم به عدد ۱ دست پيدا كنيم زيرا چنين حالتي به معني نبود پسا و اتلاف توسط پره هاي روتور هست حال اينكه اينطور نيست…

معمولا اين پارامتر در بهترين حالت خودش به ۰.۸ ميرسه و عدد ۰.۶ هم يك مقدار معقول براي هليكوپترهاست… پس اگه خواستيد هليكوپتري رو بسنجيد يكي از پارامترهاي مهمش همين پارامتر تكنولوژي هست….

خب بعد از مطالعه مطالب فوق شما رو دعوت مي كنم كه به دنياي تصويري هليكوپتر و عملكرد اون وارد بشيد و عملكرد بالگرد رو با عمق جانتون حس كنيد:

مطالب فوق تنها مقدمه اي كوتاه بود بر آيروديناميك هليكوپتر… بر همين اساس برخي از كلمات كليدي هم در اختيار شما قرار داديم… به هر حال صحبت در اين زمينه بسياره… در مطالب بعدي درباره انواع هليكوپتر صحبت خواهيم كرد

كلمات كليدي: هليكوپتر – آيروديناميك بالگرد – تحليل عملكرد چرخ بال – آيروديناميك بالگرد – آيروديناميك پره هاي هليكوپتر – پارامترهاي مهم هليكوپتر – ضريب برآ و پسا در بالگرد – سرعت القايي پره ها –  ناهماهنگي توليد ليفت – ديسك پره ها 

پاسخ دهید

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