پارامترهای تأثیرگذار در انتخاب ایرفویل:
با توجه به مطالبی که در 5 قسمت قبلی آمد، امیدواریم بینش اولیه و جامع درباره ایرفویل پیدا کرده باشید. حال به عنوان یک مهندس آیرودینامیک می خواهیم یک ایرفویل مناسب را از میان انبوهی از ایرفویلهای طراحی شده انتخاب کنیم…. به نظر شما چه پارامترهایی در انتخاب ما موثر است؟ در ادامه این مباحث تا آنجا که مقدوره پارامترهای اصلی را معرفی خواهیم کرد…
متخصصان آیرودینامیک و طراحان هواپیما برای انتخاب ایرفویل مناسب معمولا به چند منحنی مهم که از ایرفویلها بدست می آید توجه می کنند… این منحنی ها به شرح زیر هستند:
1) منحنی تغییرات ضریب برآ به زاویه حمله (Cl-alpha)
2) منحنی تغییرات L/D (یا همان Cl/Cd) به زاویه حمله (L/D-alpha)
3) منحنی تغییرات ضریب گشتاور ایرفویل به زاویه حمله (Cm-alpha)
4) منحنی تغییرات ضریب پسا به ضریب برآ (Cd-Cl)
منحنی تغییرات ضریب برآ به زاویه حمله (Cl-alpha)
این منحنی در قسمتهای قبلی به طور کامل شرح داده شد. سه پارامتر در این نمودار وجود دارد که برای طراحی بال هواپیما حائز اهمیت هست: 1) ضریب برآی ماکزیمم 2) زاویه حمله واماندگی 3) زاویه حمله برآ صفر ( Zero lift angle of attack – زاویه ای که در آن نیروی برآی ایرفویل صفر است…. این زاویه غالبا منفی است)
ضریب برآی ماکزیمم هر چقدر بیشتر باشد هواپیما می تواند در هنگام فرود با سرعت کمتر بنشیند که این خود باعث کوتاه شدن باند فرود می شود… در هنگام برخاست هم هواپیما می تواند زودتر از زمین بلند شود…. علاوه براین بالا بودن ضریب برآی ماکزمیم مصرف سوخت را کاهش داده و هواپیما می تواند محموله بیشتری را حمل کند.
زاویه واماندگی از دیگر مشخصه های مهم ایرفویل است…. هر چه قدر این زاویه بزرگتر باشد جریان دیرتر از روی ایرفویل جدا می شود و پدیده واماندگی دیرتر اتفاق می افتد. این امر برای جنگنده ها که نیاز به مانور بالا دارند حیاتی است. محدوده این زاویه تقریبا 10 تا 15 درجه (بسته به نوع ایرفویل) می باشد.
منحنی تغییرات L/D (یا همان Cl/Cd) به زاویه حمله (L/D-alpha)
پارامتر L/D یا همان نسبت برآ به پسا یکی از مهمترین مشخصه ها ایرفویل و هواپیماست…. این پارامتر معروف به « نسبت کارایی آیرودینامیکی » هست… و معمولا طراحان و متخصصان آیرودینامیک با عبارت L over D آن را تلفظ می کنند. (پس اگر جایی شنیدید تعجب نکنید!)… تلاشهای زیادی شده است که تا می توانند این نسبت را افزایش دهند زیرا افزایش آن به زبان ساده یعنی افزایش نیروی برآ در عین کاهش نیروی پسا…. این تعریف باخودش بسیاری از مشکلات آیرودینامیکی و طراحی را حل می کند! در این منحنی٬ زاویه حمله ای که در آن L/D ماکزیمم می شود٬مهمترین پارامتر است:
این زاویه بسیار با ارزش است …. زیرا اگر بال هواپیما در این زاویه حمله پرواز کند بهترین کارایی را خواهد داشت… به همین دلیل است که این زاویه به عنوان زاویه نصب بال انتخاب می شود…. محدوده این زاویه بین 3 تا 5 درجه برای ایرفویل است. مقدار L/D ماکزیمم هم پارامتر مهم دیگر این منحنی است.
منحنی تغییرات ضریب گشتاور ایرفویل به زاویه حمله (Cm-alpha)
ابتدا باید ذکر شود که این منحنی مربوط به ایرفویل است و ربطی به منحنی تعادل هواپیما ندارد. در منحنی تعادل هواپیما٬ ضریب گشتاور کل هواپیما نسبت به زاویه حمله آن مورد بررسی قرار می گیرد اما در اینجا منظور، ضریب گشتاور ایرفویل نسبت به تغییر زاویه حمله است…. با توجه به تعریف مرکز آیرودینامیکی می توان فهمید که چرا ضریب گشتاور حول مرکز آیرودینامیکی در منحنی زیر ثابت است:
مهمترین پارامتر این منحنی مقدار خود ضریب گشتاور است که یک طراح و متخصص آیرودینامیک مایل است تا می تواند این ضریب را کم کند. زیرا کم بودن آن به طراح اجازه می دهد که تعادل و پایداری بهتری را برای هواپیما به دست بیاورد.
منحنی تغییرات ضریب پسا به ضریب برآ (Cd-Cl)
این منحنی مهترین منحنی یک ایرفویل می باشد. در این منحنی کمترین مقدار Cd را Cdmin و Cl متناظر آن را Cli (ضریب برآی ایده آل)می نامند. در این منحنی سه پارامتر بسیار با اهمیت اند. پارامتر اول مقدار حداقل ضریب پسا (Cdmin) است که هر قدر کمتر باشد مطلوب تر است. پارامتر دوم ضریب برآی ایده آل (Cli- Ideal Lift Coefficeint) که در آن ضریب پسا حداقل است و آخرین پارامتر ضریب برآی طراحی (Cld- Design Lift Coefficeint) که در آن نسبت L/D ماکزیمم است.
برای بدست آوردن نسبت برآی طراحی کافیست از مبدا مماسی به سمت راست منحنی بکشیم. محل تماس این مماس با منحنی همان مقدار Cld می باشد.
