بال پره دار (Fan wing)
بال پره دار حالتی از بال هواپیماست که در آن تعدادی پره فن در مقابل جریان هوا قرار دارند و علاوه بر ایجاد نیروی پیشرانش، نیروی برا نیز تولید می کنند. در این طرح یک موتور باعث ایجاد چرخش تعدادی پره در سراسر بال می شود این پره ها با حرکت خود و با توجه به محافظی که در زیر و پشت آن قرار دارد باعث ایجاد اختلاف فشار قابل توجهی می شود که این اختلاف فشار در نهایت منجر به تولید نیروی برا می گردد. بک نمونه از این بال در تصویر زیر دیده می شود :
تصویر بال پره دار
در این نوع بال عامل اصلی اختلاف فشار بر خلاف ایرفویل انحنا نیست، بلکه چرخش پره های فن و سرعت دادن به هوا و استفاده از یک حفاظ در پشت این فن عامل اصلی ایجاد اختلاف فشار بالا و پایین بال است. که در تصویر زیر نشان داده شده است :
نحوه عملکرد بال پره ای
جریان در ابتدای بال به دو قسمت تقسیم می شود ،قسمت اولیه به زیر حفاظ رفته و قسمت دوم وارد پره های فن می شود و با افزایش سرعت توسط فن فشار آن کاهش می یابد که در نتیجه آن نیروی برایندی به طور مایل به سمت بالا ایجاد می شود که هم قدرت پیشرانشی دارد و نیروی برا.
این طرح ویژگی های ممتازی دارد، که موجب شده تحقیقات وسیعی بر روی آن شکل بگیرد و از آن به عنوان یکی از طرح های نسل جدید پرنده های بدون سرنشین یاد شود از جمله این ویژگی ها می توان به موارد زیر اشاره کرد :
- نیروی برای این پرنده وابستگی کمی به سرعت جریان ورودی دارد در نتیجه این هواپیما قادر به ایجاد نیروی لیفت و عملیات برخاست در سرعت بسیار پایین می باشد و در دسته بندی هواپیماهای STOL (برخاست و فرود با مسافت کم) قرار می گیرد.
قابلیت برخاست این هواپیما در نمودار زیر بررسی شده است :
توانایی بال چرخنده در برخاست از زمین
این نمودار نشان از برتری این هواپیما نسبت به دیگر پرنده های STOL دارد که در مسافت کمتری قابلیت برخاست دارد.
- کم خطر بودن هواپیما با توجه به عدم وجود پره های شبیه به ملخ هواپیما
- صدای بسیار پایین هواپیما به دلیل کم بودن سرعت نوک پره فن نسبت به سرعت نوک ملخ هواپیماهای دیگر
- قابلیت حرکت و جابجایی با سرعت بسیار پایین (مناسب برای جابجایی بار در مناطق بین شهری)
- شرایط استال متفاوت با بالهای عادی به دلیل وجود فن ، با توجه به افزایش انرژی جریان توسط فن استال به تاخیر می افتد
با توجه به ویژگی های فوق این نوع هواپیما بسیار مورد توجه قرار گرفته است. اولین پرواز این نوع هواپیما در سال 1998 انجام گرفته و پس از آن تحقیقات وسیعی در مورد وضعیت آیرودینامیکی این طرح بال انجام صورت پذیرفته است. در نتیجه این تحقیقات عامل بسیار مهمی خودنمایی می کند که عبارت است از نسبت سرعت نوک پره فن به سرعت هواپیما (TSR) . نمودار های مختلف آیرودینامی با توجه به این نسبت رسم شده است. به طور مثال نموداز ضریب نیروی برای بیشینه نسبت به TSR به صورت زیر است :
نمودار ضریب برا به پارامتر TSR
البته باید توجه داشت که افزایش سرعت پره ها موجب افزایش درگ نیز می شود و نمودار نیروی برا به درگ به صورت زیر رسم می شود :
نمودار ضریب برا به درگ در سرعت های مختلف
این نمودار نشان می دهد که نسبت سرعت در نزدیکی های 5 مناسب می باشد.
تحقیقات اخیر در مورد این طرح بال موجب طراحی و ساخت نمونه های آزمایشی شده است که می توان به هواپیمای Farnborough که دارای چهار فن می باشد اشاره کرد این هواپیما در سال 2010 ساخته شده، که در تصویر زیر قابل مشاهده است :
تصویر هواپیمای Farnborough
اولویت طراحی این هواپیما با توجه به سرعت پایین آن در حوزه هواپیماهای بدون سرنشین در قسمت دیده بانی و باربری می باشد.
یکی از طرح های آینده برای این هواپیما به صورت یک هواپیمای بدون سرنشین باری طراحی شده است که در شکل زیر قابل مشاهده است :
طرح پهپاد آینده بال پره دار
اطلاعات طراحی این هواپیما به صورت زیر است :
طرح هواپیمای بدون سرنشین با بال پره دار
| وزن خالی | 300 kg |
| وزن بیشینه | 600 kg |
| دهانه بال | 10 m |
| نسبت وزن به مساحت بال | 60 kg/m2 |
| دهانه روتور | 8 m |
| قطر روتور | 50 cm |
| موتور | 2 X 40 hp |
| سرعت پرواز | 40 kt IAS (60 at 6000 m) |
نکته دیگر آیرودینامیکی مربوط به این نوع هواپیما که در سالهای اخیر مورد توجه قرار گرفته است طرح دم این هواپیماست که با توجه به وجود پیشرانش در کل راستای بال باید طرح جدیدی برای بازدهی بالای دم این هواپیما ارائه می شد که در نتیجه تحقیقات طرح دم OHS مورد توجه قرار گرفته است. در این طرح دم هواپیما در راستای نوک بال و به سمت بیرون هواپیما قرار گرفته است که موجب بالا رفتن راندمان دم هواپیما می شود که در تصویر زیر نشان داده شده است :
طرح دم هواپیما با بال پره دار