دانلود فیلم

افزایش کارایی آیرودینامیکی بال هواپیما

 

برای افزایش نسبت کارایی آیرودینامیکی راه­های مختلفی وجود دارد که البته همه آنها در این پروژه به کار گرفته نمی­شود. بلکه به منظور آشنایی با این راه­ها به معرفی آنها می­پردازیم:

1-کاهش نیروی پسا

2- انتخاب ایرفویل مناسب

3 – انتخاب هندسه بال مناسب

4-زاویه نصب بال

کاهش نیروی پسا

نیروی پسا در حالت سه­ بعدی برای یک هواپیما به سه دسته تقسیم می­شود، پسای فشاری، پسای اصطکاکی و پسای القایی که در تصویر زیر مشاهده می­ نمایید:

پسای فشاری و اصطکاکی

این دو نوع پسا در مجموع به پسای پارازیت معروفند. هر چه قدر جسم نازکتر و مرزهای آن مطابق با خطوط جریان باشد پسای فشاری کمتر و هرقدر سطح صیقلی و صاف­تری، داشته باشد پسای اصطکاکی آن کاهش می­یابد.

 برای مثال در شکل زیر یک استوانه و یک ایرفویل در مسیر جریان قرار داده شده ­اند تا پسای اصطکاکی و فشاری آنها مقایسه شوند:

مشخص است که مقدار پسای فشاری در استوانه بیشتر از ایرفویل است چون که مرزهای شکل مطابق جریان نیست در حالی که ایرفویل اینگونه نیست و مقدار پسای اصطکاکی سهم عمده­ ای در ایجاد نیروی پسا دارد. تکنولوژی جدید توانسته با به کارگیری سطح­های مخصوصی همانند سطح ریبلت، مقدار درگ اصطکاکی را کاهش 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 القایی

همچنین پسای سوم که از نوع القایی است رابطه مستقیمی با گردابه ­های نوک 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 ای در نوک بال ایجاد گردد.

 این جریان گردابه­ای 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 جریان را تغییر داده و و مولفه ­ای در جهت نیروی پسا ایجاد می­ کند که به آن پسای القایی می­ گویند:

فیلم زیر را ببینید:

 اثر نسبت منظری در کاهش پسای القایی

 برای کاهش این نوع پسا می ­توان نسبت منظری بال را افزایش داد. زیرا این عمل می­تواند قدرت گردابه­ ها را کاهش و در نتیجه جریان فرووزش کمتری ایجاد کند. دلیلش اینست که با افزایش نسبت منظری، بال به حالت دوبعدی یعنی ایرفویل نزدیک می­ گردد و واضح است که در ایرفویل هیچ­گونه پسای القایی وجود ندارد زیرا دو سر ایرفویل را توسط صفحاتی محدود می­ کنند تا جریان پرفشار زیرین به ناحیه کم­ فشار زبرین نیاید و در نتیجه در بعد سوم جریان ایجاد 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 سربالک در کاهش پسای القایی

راه دیگر کاهش قدرت گردابه­ ها (و در نتیجه کاهش پسای القایی) استفاده از سربالک است. که انواع مختلفی دارد. این وسایل علاوه بر افزایش راندمان مصرف سوخت، اثر نسبت منظری را بیشتر می­ کنند و باعث می­ گردند که کارایی آیرودینامیکی بال افزایش پیدا کند. نمونه­ هایی از این وسایل در شکل زیر آمده است:

 ساخت بال مخروطی یا بیضوی

بال مستطیلی مقدار بیشتری پسای القایی ایجاد می­ کند در حالی که اگر بال دارای نسبت مخروطی شود، پسای القایی آن کمتر می­ شود. برای همین است که هواپیماهای مدرن غالبا دارای ساختار بال مخروطی هستند. البته ایده ­آل­ترین شکل بال، بیضوی است که دارای کمترین پسای القاییست اما به دلیل مشکلات ساختی و هزینه ­بر بودن، این شکل از بال­ها متداول نیست.

انتخاب ایرفویل مناسب

یکی از پارامترهای بسیار مهم که نقش زیادی در افزایش کارایی بال دارد، ایرفویل 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 این قسمت، زاویه عقبگرد و نسبت مخروطی می­ باشد. زاویه عقبگرد کارایی بال را کاهش می­دهد. 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 مخروطی که همان نسبت وتر نوک بال به وتر ریشه بال می­ باشد در یک مقدار بهینه می ­تواند بیشترین نسبت کارایی را فراهم کند. در حالت کلی بهترین هندسه بال، شکل بیضوی است که به خاطر مشکلات ساختی و هزین ه­بر بودن آنها، از طراحی این نوع بالها صرف­ نظر می­ گردد.

نوشته های مشابه

5 دیدگاه در “افزایش کارایی آیرودینامیکی بال هواپیما

  1. علی گفت:

    مطالب خوبی میزاربد دمتون گرم

  2. علیرضا گفت:

    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 ؟؟

  3. سینا گفت:

    عالی بود مرسی

  4. فرشید گفت:

    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…!!!

    1. admin گفت:

      بله، حق با شماست

دیدگاهتان را بنویسید

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