افزايش كارايي آيروديناميكي بال هواپیما

 

براي افزايش نسبت كارايي آيروديناميكي راه­هاي مختلفي وجود دارد كه البته همه آنها در اين پروژه به كار گرفته نمي­شود. بلكه به منظور آشنايي با اين راه­ها به معرفي آنها مي­پردازيم:

۱-كاهش نيروي پسا

۲- انتخاب ايرفويل مناسب

۳ – انتخاب هندسه بال مناسب

۴-زاويه نصب بال

كاهش نيروي پسا

نيروي پسا در حالت سه­ بعدي براي يك هواپيما به سه دسته تقسيم مي­شود، پساي فشاري، پساي اصطكاكي و پساي القايي كه در تصوير زير مشاهده مي­ نماييد:

پسای فشاری و اصطکاکی

اين دو نوع پسا در مجموع به پساي پارازيت معروفند. هر چه قدر جسم نازكتر و مرزهاي آن مطابق با خطوط جريان باشد پساي فشاري كمتر و هرقدر سطح صيقلي و صاف­تري، داشته باشد پساي اصطكاكي آن كاهش مي­يابد.

 براي مثال در شكل زير يك استوانه و يك ايرفويل در مسير جريان قرار داده شده ­اند تا پساي اصطكاكي و فشاري آنها مقايسه شوند:

مشخص است كه مقدار پسای فشاري در استوانه بيشتر از ايرفويل است چون كه مرزهاي شكل مطابق جريان نيست در حالي كه ايرفويل اينگونه نيست و مقدار پسای اصطكاكي سهم عمده­ اي در ايجاد نیروی پسا دارد. تكنولوژي جديد توانسته با به كارگيري سطح­هاي مخصوصي همانند سطح ريبلت، مقدار درگ اصطكاكي را كاهش دهند

در ادامه فیلم زیر را ببینید که در آن با الهام از بال پروانه قصد بهبود بال هواپیما را دارند. یکی از رازهای بال پروانه در سطح آیرودینامیکی آن است که درگ را به صورت چشمگیری کم خواهد کرد!

پسای القايي

همچنين پساي سوم كه از نوع القايي است رابطه مستقيمي با گردابه ­هاي نوك بال دارد. همان طور که می­دانیم سرعت جریان بر روی سطح بال بیشتر از سطح زیرین بال است، این اختلاف سرعت با توجه به قانون برنولی باعث اختلاف فشار می شود، لذا در زیر ایرفویل فشار بیشتر از روی آن گشته، نیرویی به سمت بالا به بال وارد می گردد. این اختلاف فشار باعث می شود که جریان هوا فرصت پیدا کند تا در نوک بال از منطقه پرفشار به منطقه کم ­فشار حرکت کرده، در نتیجه یک جریان گردابه­ اي در نوک بال ایجاد گردد.

 این جریان گردابه­اي باعث ایجاد فرووزش در پشت بال می ­شود که در نوک بال زیاد است و هرچه به سمت ریشه پیش می­ رویم کمتر می­ شود.

فرووزش، جهت سرعت جريان را تغيير داده و و مولفه ­اي در جهت نيروي پسا ايجاد مي­ كند كه به آن پساي القايي مي­ گويند:

فیلم زیر را ببینید:

 اثر نسبت منظري در كاهش پساي القايي

 براي كاهش اين نوع پسا مي ­توان نسبت منظري بال را افزايش داد. زيرا اين عمل مي­تواند قدرت گردابه­ ها را كاهش و در نتيجه جريان فرووزش كمتري ايجاد کند. دليلش اينست كه با افزايش نسبت منظري، بال به حالت دوبعدي يعني ايرفويل نزديك مي­ گردد و واضح است كه در ايرفويل هيچ­گونه پساي القايي وجود ندارد زيرا دو سر ايرفويل را توسط صفحاتي محدود مي­ كنند تا جريان پرفشار زيرين به ناحيه كم­ فشار زبرين نيايد و در نتيجه در بعد سوم جريان ايجاد نگردد.

فیلم زیر هواپیمای مدلی به پرواز در می آید که هم نسبت منظری خوبی دارد و هم سربالک روی نوک بالهایش نصب شده است. می بینید که چطور به نرمی پرواز می کند:

اثر این امر را در نمودار زیر می توان دید. نسبت منظری بالا ضریب برآ را به صورت زیر افزایش می دهد. اگرچه نسبت منظری کم با وجود نیروی برآی کمتر، زاویه واماندگی بیشتری خواهد داشت. این امر برای هواپیماهایی که بدنبال مانورپذیری بالا هستند بسیار مطلوب است. از اینجا می توان فهمید که چرا نسبت منظری هواپیماهای جنگنده و مانورپذیر اینقدر پایین است.

اثر سربالك در کاهش پسای القایی

راه ديگر كاهش قدرت گردابه­ ها (و در نتيجه كاهش پساي القايي) استفاده از سربالك است. كه انواع مختلفي دارد. اين وسايل علاوه بر افزايش راندمان مصرف سوخت، اثر نسبت منظري را بيشتر مي­ كنند و باعث مي­ گردند كه كارايي آيروديناميكي بال افزايش پيدا كند. نمونه­ هايي از اين وسايل در شكل زير آمده است:

 ساخت بال مخروطي يا بيضوي

بال مستطيلي مقدار بيشتري پساي القايي ايجاد مي­ كند در حالي كه اگر بال داراي نسبت مخروطي شود، پساي القايي آن كمتر مي­ شود. براي همين است كه هواپيماهاي مدرن غالبا داراي ساختار بال مخروطي هستند. البته ايده ­آل­ترين شكل بال، بيضوي است كه داراي كمترين پساي القاييست اما به دليل مشكلات ساختي و هزينه ­بر بودن، اين شكل از بال­ها متداول نيست.

انتخاب ايرفويل مناسب

يكي از پارامترهاي بسيار مهم كه نقش زيادي در افزايش كارايي بال دارد، ايرفويل بال است. انتخاب ایرفویلهایی که نسبت L/D آن بالاست، در کاهش مصرف سوخت، زمان پرواز و مسافت بیشتر هواپیما موثر است. البته پارامترهای زیادی در انتخاب پروفیل ایرفویل موثرند. در قسمت انجمن سایت مطالب خوبی در زمینه نرم افزارهای انتخاب و تحلیل ایرفویل قرار داده شده است. برای مشاهده می توانید اینجا کلیک کنید.

 انتخاب هندسه بال مناسب

دو پارامتر مهم در اين قسمت، زاويه عقبگرد و نسبت مخروطي مي­ باشد. زاويه عقبگرد كارايي بال را كاهش مي­دهد. این موضوع در نمودار زیر نشان داده شده است. مشاهده می شود که عقب گرد بال، باعث کاهش ضریب برآ می شود. اگرچه زاویه واماندگی به نحو مطلوبی برای بال عقب گرد افزایش یافته و این امر مطلوبیست.

اما نسبت مخروطي كه همان نسبت وتر نوك بال به وتر ريشه بال مي­ باشد در يك مقدار بهينه مي ­تواند بيشترين نسبت كارايي را فراهم كند. در حالت كلي بهترين هندسه بال، شكل بيضوي است كه به خاطر مشكلات ساختي و هزين ه­بر بودن آنها، از طراحي اين نوع بالها صرف­ نظر مي­ گردد.

5 دیدگاه درباره “افزايش كارايي آيروديناميكي بال هواپیما

  1. فرشید

    البته تاب بال یا twist که به دو دسته هندسی و ایرودینامیکی تقسیم میشه رو از قلم انداختین که به شدت روی کارایی ایرودینامیکی بال تاثیر داره…!!!

    پاسخ
  2. علیرضا

    با تشکر از موضوع خوبتون میخواستم بپرسم میشه چند تا مقاله زبان انکلیسی که حجم در همین راستا معرفی کنید یا لینک دانلودش رو بذارید ؟؟

    پاسخ

پاسخ دهید

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