دانلود فیلم, طراحی هواپیما و موشک

آشنایی با بالگرد (۲) – آیرودینامیک بالگرد

در بخش اول یک آشنایی مقدماتی با هلیکوپتر پیدا کردیم… در این قسمت قصد داریم کمی با آیرودینامیک عمودپروازها آشنا بشویم….آیرودینامیک هلیکوپتر

خب مستقیم بریم سر پره های اصلی بالگرد و قبل از هر چیز ایرفویلی که در این پره ها به کار رفته رو بررسی کنیم… ایرفویل های پره های هلیکوپتر به دو دسته متقارن و نامتقارن تقسیم میشه…

مزیت ایرفویلهای متقارن اینه که مرکز فشار اونا با تغییر زاویه حمله، تغییر نمیکنه و این امر بسیار مناسب برای محاسبات و طراحی هلیکوپتر خواهد بود. همچنین در فرایند ساخت هم هزینه کمتری دارد. اما نسبت به ایرفویلهای نامتقارن لیفت کمتری تولید می کند…

ایرفویلهای نامتقارن (انحنادار) هم همانطور که میدونید هندسه های فراوانی دارند و شما می توانید به راحتی مشخصات اونها رو در اینترنت پیدا کنید…. این نوع از ایرفویلها در هلیکوپترهایی مثل CH-47 و OH-58 به کار میرود…

  

از مزیتهای ایرفویل نامتقارن، نسبت لیفت به درگ بالا و رفتار مناسب در هنگام واماندگی هست… در هلیکوپترهای اولیه از ایرفویلهای نامتقارن استفاده نمی کردند چون در این ایرفویلها، با تغییر زاویه حمله، مرکز فشار تغییر می کرد و همانطور که میدونیم مرکز فشار ایرفویل محل اعمال برایند نیروهای وارد بر ایرفویل است و با تغییر محل آن گشتاوری به سازه پره ها وارد میشه… بنابراین نیاز به تکنولوژی پیشرفته مواد بود که در آن زمانها وجود نداشت… اکنون با پیشرفت علم مواد میشه از ایرفویلهای نامتقارن هم در ساختار پره های هلیکوپتر استفاده کرد و راندمان آیرودینامیکی بال رو بالا برد.

همچنین از آنجایی که سرعت در هر مقطع از پره متفاوت هست، شکل ایرفویل ها تغییر می کنه تا توازن نیروی لیفت در سراسر طول پره برقرار بشه….

پرواز ایستا (Hover Flight):

در این حالت، هلیکوپتر در یک ارتفاع معین، ثابت ایستاده و پره های اصلی با ایجاد نیروی برآ بر نیروی وزن غلبه می کنند… از یک نگاه دیگه میشه گفت که پره های هلیکوپتر هوای بالایی رو به پایین سرعت داده و با تغییر ممنتوم در هوای گذرنده، به آن نیرو وارد می کنند، طبق قانون سوم نیوتون این نیرو عکس العملی داره که همون نیروی برآ هست…. الگوی حرکت هوا در پرواز هاور هلیکوپتر رو می تونید در تصویر زیر ببینید:

این جریان از بالا به پایین که از پره های هلیکوپتر  به صورت عمودی به یه سرعتی عبور می کنه که به این سرعت، سرعت القایی می گویند. شاید خیلی ها تصور کنند که زاویه حمله پره ها همان زاویه بین خط وتر و راستای چرخش پره هاست در حالی که این طور نیست.در واقع راستای باد نسبی که از روبرو توسط پره ها حس میشه،  ترکیبی از راستای چرخشی پره ها و راستای سرعت القایی عمودی هست. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، این موضوع نشان داده شده:

با توجه به این موضوع، همانند بال سه بعدی در هواپیما، نیروی برآ به صورت کاملا عمودی ایجاد نمیشه و  همین موضوع مولفه پسای القایی رو ایجاد می کنه….

پرواز رو به جلو:

 در پرواز رو به جلو، هلیکوپتر نیاز به تراست داره… این تراست باز هم توسط پره های اصلی تامین میشه بدین صورت که صفحه چرخش به سمت جلو متمایل شده و بردار نیروی برا علاوه بر نیروی بالابرنده، مولفه جلوبرنده هم پیدا می کنه… در شکل زیر می تونید ببینید:

 همچنین یک عدم تقارن سرعت هم در صفحه چرخش پره های هلیکوپتر وجود داره که توضیح مبسوط اون در زیر 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 دیگه که در هلیکوپترها مطرح هست و نمودارهای آن برای طراحی از اهمیت ویژه ای برخوداره، باید بررسی بشه…. و

ضریب بارگیری پره ها (Blade Loading Coefficient): این ضریب درواقع حکم همون ضریب برآی بال در هواپیما رو داره و هرچقدر برای پره های اصلی هلیکوپتر بیشتر باشه نشاندهنده لیفت بیشتر هست… اما این ضریب به تنهایی معیار قضاوت برای یک هلیکوپتر نیست….

پارامتر تکنولوژی (Figure of merit): در بعضی کتابها این پارامتر رو عدد شایستگی عنوان کردند ولی بنده مناسب دیدم که پارامتر تکنولوژی رو معادل این واژه بذارم… در واقع این پارامتر نسبت حداقل قدرت لازم در حالت تئوری نسبت به قدرت واقعی در حالت واقعی رو بیان می کنه و هرچقدر این عدد به یک نزدیک باشه نشان دهنده ایده آل بودن پره های اصلی اون هست… به عبارتی هیچ وقت در حالت واقعی نمیتونیم به عدد 1 دست پیدا کنیم زیرا چنین حالتی به معنی نبود پسا و اتلاف توسط پره های روتور هست حال اینکه اینطور نیست…

معمولا این پارامتر در بهترین حالت خودش به 0.8 میرسه و عدد 0.6 هم یک مقدار معقول برای هلیکوپترهاست… پس اگه خواستید هلیکوپتری رو بسنجید یکی از پارامترهای مهمش همین پارامتر تکنولوژی هست….

خب بعد از مطالعه مطالب فوق شما رو دعوت می کنم که به دنیای تصویری هلیکوپتر و عملکرد اون وارد بشید و عملکرد بالگرد رو با عمق جانتون حس کنید:

مطالب فوق تنها مقدمه ای کوتاه بود بر آیرودینامیک هلیکوپتر… بر همین اساس برخی از کلمات کلیدی هم در اختیار شما قرار دادیم… به هر حال صحبت در این زمینه بسیاره… در مطالب بعدی درباره انواع هلیکوپتر صحبت خواهیم کرد

کلمات کلیدی: هلیکوپتر – آیرودینامیک بالگرد – تحلیل عملکرد چرخ بال – آیرودینامیک بالگرد – آیرودینامیک پره های هلیکوپتر – پارامترهای مهم هلیکوپتر – ضریب برآ و پسا در بالگرد – سرعت القایی پره ها –  ناهماهنگی تولید لیفت – دیسک پره ها 

نوشته های مشابه

1 دیدگاه در “آشنایی با بالگرد (۲) – آیرودینامیک بالگرد

  1. سجاد شیری گفت:

    سلام خیلی ممنون بابت توضیحاتی که در مورد کارکرد روتور داده اید همانطور که اشاره کردید توضیحات در مورد روتور بسیار است و حتی گاهی مواقع اتفاقاتی در در حالت پرواز رخ میدهد که حتی نمیتوان با پیشرفته ترین نرم افزار ها و پیچیده ترین محاسبات فیزیکی آن را اثبات نمود بنده به مدت 8 سال در زمینه هلیکوپتر و بویژه روتور هلیکوپتر کارکردم و با تغییر در ساختار عملکرد روتور در حالت فوروارد توانستم یک روتور جدید طراحی و بسازم در مقیاس روتور بل 407 همانطور که میدانید حدود هفت ایراد در تمامی هلیکوپتر ها وجود دارد از قبیل صدای بالای بلید لرزش کابین خستگی قطعات مصرف بالای سوخت به دلیل استال بلید در مواقع فشار بیش از حد به سایکلیک استال یا واماندگی بلید و یا آئتروتیشن دشوار و نامتعادلی بار بر روی بلید که منجر به دشوار بودن پرواز توسط افراد مبتدی میشود که تمامی این مشکلات به دلیل وجود ادونسینگ ریتریتینگ بلید یا همان lead_lag است که میتوان گفت این روش تنها راه فوروارد است که از زمان تولد هلیکوپتر وجود دارد که بدون این روش عملا هلیکوپتر نمیتواند به جهات حرکت کند اما حقیر با حدف این روش و با تلفیق سیستم تیلت روتور های تک روتوره توانستم روتور جدیدی را بسازم که تمامی این ایراد ها را برطرف میکند برای اثبات این ادعا مجبور به ساخت این روتور شدم و تمامی تست های آن موفقیت آمیز بوده است و به دنبال یک تکنسین روتور برای گفتگو هستم لطفا در صورت تمایل با بنده تماس بگیرید با تشکر

دیدگاهتان را بنویسید

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