مکانیک پرواز پرنده (بالزن ۳)

پرواز در حالت گلاید (Gliding)

پرندگان در حالت بالزدن می توانند هر دو نیروی تراست و لیفت را تولید کنند. اما زمانی که بالهای خود را به طور کامل باز و کشیده نگه می دارند، تنها نیروی لیفت تولید می کنند. در چنین حالتی می توان گفت که مکانیک پرواز پرنده مثل یک گلایدر عمل می کند. در گلایدر نیروی تراست از مولفه افقی وزن حاصل می شود و گلایدر کاهش ارتفاع خواهد داد. به عبارت دیگر یک پرنده برای نگه داشتن خود در ارتفاع خاص، باید هم نیروی لیفت و هم نیروی تراست تولید کند. زمانی که پرنده گلاید می کند نیروی تراست وجود نداشته و نیروی گرانش جایگزین آن می شود و پرنده با یک زاویه به سمت پایین روی هوا شناور می شود. این زاویه معروف به زاویه نزول هست و رابطه مستقیم با نسبت لیفت و به درگ دارد.

دریافت فیلم

در مبحث مکانیک سیالات، این نکته تبیین می شود که نسبت L/D (نسبت لیفت به درگ) با عدد رینولدز، افزایش می یابد. همانطور که مشخص است عدد رینولد با ابعاد و سرعت پرنده رابطه مستقیم دارد. بنابراین پرندگان بزرگ که در اعداد رینولدز بالا پرواز می کنند، نسبت لیفت به درگ بالایی خواهند داشت. برای مثل یک نمونه مرغ دریایی با طول بال ۳ متر، نسبت لیفت به درگ ۱۹ دارد. درحالی که یک حشره با طول بال ۶ میلیمتر تنها نسبت L/D بالغ بر ۱.۸  دارد. زمانی که نسبت لیفت به درگ برای یک پرنده کم باشد، باید با زاویه نزول بیشتری کاهش ارتفاع دهد. در گلایدرها کاهش ارتفاع را با اصطلاح rate of sink (نرخ نزول) می شناسند. بحث این موضوع را می توان در شکل زیر دید:

گلایدر و دیاگرام نیروها

همانطور که مشخص است با کاهش نسبت لیفت به درگ، زاویه نزول افزایش می یابد.

دریافت فیلم

پرواز به همراه بالزدن (Powered flight)

نحوه تولید لیفت در پرواز پرندگان بالزن شباهت زیادی به بالگرد دارد. پره های بالگرد حول یک شفت دوران کرده و در برخورد با جریان نسبی نیروی لیفت را تولید می کند. در پرندگان طبیعی نیز بالها حول شانه و به طور تناوبی حرکت می کند و لیفت تولید می شود.

پرندگان برای پرواز سریع تر دامنه بالزدن خود را افزایش می دهند و بالهای خود را به صورت عمودی به مقدار بیشتری بالا و پایین می برند. وقتی پرندگان تمایل به کاهش سرعت داشته باشند بالزدنشان به صورت افقی در می آید.

پرندگان و حشرات الگوهای مختلفی در بالزدن برای تولید لیفت و تراست دارند.  پرندگان بزرگتر الگوی ساده تری دارند مثل مرغ بزرگ دریایی. اما حشراتی مثل مگس و ملخ مسیر نوک بالهایشان در یک فرایند بالزدن انحناهای پیچیده تری دارد.

در ادامه پرواز عقاب را ببینید:

دریافت فیلم

کنترل و پایداری

سطوح کنترلی پرندگان پیشرفته است و قابلیت تغییر هندسی دارد. برای مثال پرنده با تغییر زاویه دم افقی خود جهت حرکت خود را تعیین می کند، فیلم زیر را ببینید:

دریافت فیلم

نکته دیگر در پرواز پایدار پرندگان است. گویی مرکز ثقل آنها دقیقا تنظیم شده است! بالها دارای زاویه دایهدرال متغییر است. زاویه عقب گرد بال ها نیز برای افزایش و کاهش سرعت به بهترین وجه عمل می کنند.

پارامترهای وزنی و عملکردی

نکته قابل توجه دیگر در پرندگان نسبت وزن بال آنها به کل وزنشان است. در جدول زیر اطلاعات باارزشی درمورد نسبت وزنی بال پرندگان مختلف نسبت به وزن بدنشان آمده است. مثلا برای گونه های خفاش نسبت وزن بال به کل حدود ۲۰ درصد است. این نسبت برای پرندگان بزرگتر مثل عقاب و لاشخور نیز در حدود ۲۰ درصد و حتی بیشتر نیز می باشد.

گونه دیگر پرندگان که حشرات می باشند نسبت وزنی بال به کل بدنشان جالب توجه است. گونه های مختلف پروانه نسبت بال به بدنشان به نسبت سنگین تر است و از مقدار ۱۵ درصد تا ۲۵ درصد می باشد. اما در مورد حشراتی مثل زنبور قضیه فرق می کند. این نسبت وزنی در زنبور در حدود ۱ درصد از وزن بدنشان است!

پارامتر نسبت وزن بال به بدنه در صورت بزرگ بودن، انرژی بیشتری از پرنده خواهد برد اما درعین حال مانور پذیری آن را نیز افزایش خواهد داد. برای مثال خفاش ها و پروانه ها از این نسبت وزنی در راستای مانورپذیری بیشتر استفاده می کنند. خفاش ها یکی از گونه های حیرت انگیز در توانایی مانور دادن هستند و مهارت بسیار بالایی در پرواز در محیطهای بسته دارند

وزن بال، وزن کل، دهانه بال، نسبت منظری و ضریب بار برای گونه های مختلف خفاش

وزن بال، وزن کل، دهانه بال، نسبت منظری و ضریب بار برای گونه های پرندگان و حشرات 

11 دیدگاه درباره “مکانیک پرواز پرنده (بالزن ۳)

  1. فرشید

    با سلام
    مطالبی که اخیرا راجع به اجسام بالزن میگذارید سطح بسیار پایینی دارد و درخور سایت شما نیست!
    امروزه بیشتره مباحث و تحقیقات پیچیده در صنعت هوافضا جهان مربوط به پرندگان بالزن میباشد که دارای مطالب بس تامل برنگیزتری است
    شایسته است که اگر قصد ورود به این زمینه را دارید خیلی حساب شده تر و با بار علمیه بالا شروع کنید…
    باتشکر

    پاسخ
    • admin نویسنده پست

      ۱- مباحث مربوط به بالزن سایت اگر کمی صبر کنید به جاهای پیچیدش هم میرسه
      ۲-وقتی یه مبحثی جنبه آموزشی داره پله پله جلو میره و به صنعت روز جهان ربطی نداره

      پاسخ
  2. فرشید

    حرف شما در صورتی درسته که مخاطب سایت شما اکثرا از عوام باشن نه بچه های هوافضا…
    لطفا سیاست خودتونو مشخص کنید
    باتشکر

    پاسخ
    • admin نویسنده پست

      ۱-مخاطب ما هم از عوام هستن هم از دانشجویان سال اول کارشناسی به بالا در نتیجه بسیاری شون هم هنوز مبانی طراحی هواپیما یا مکانیک پرواز رو نخوندن یا نمیدونن.
      ۲-مخاطبین بسیاری از رشته مکانیک هستن که با مبانی بحث باید آشنا شوند.

      پاسخ
  3. SS

    سلام خستنه باشد ،منبع و کتابی در مورد مکانیک پرواز یا آیرودینامیک پرواز پرندگان بالزن رو میشه معرفی کنید؟
    ممنون از سایت پربارتون :)

    پاسخ
  4. SS

    سلام خسته نباشد ،منبع و کتابی در مورد مکانیک پرواز یا آیرودینامیک پرواز پرندگان بالزن رو میشه معرفی کنید؟
    ممنون از سایت پربارتون :)

    پاسخ

پاسخ دهید

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