تغییر ایرفویل و کمبر

به مقطع هر جسمی که در جریان هوا قرار می­گیرد، ایرفویل گویند. ایرفویل­هایی که در شکل مشاهده می­کنید، مقاطعی هستند که در بال هواپیما و یا در پره­های ملخ موتور استفاده می­گردند و ایجاد نیروی برآ می­کنند.

روش دیگر برای افزایش کارایی آیرودینامیکی در بال نغییر ایرفویل یا کمبر آن است. با توجه شرایط متفاوت پروازی و تغییرات سرعت و زاویه حمله ، تغییرات ایرفویل قابلیت کاهش پسا و جلوگیری از جدایش بال را فراهم می سازد. همچنین با توجه به سرعت هواپیما می توان با تغییر ایرفویل در شرایط مختلف پرواز نیروی برای مورد نظر را تامیین کرد.

یکی از روش های تغییر ایرفویل، استفاده از فلزات حافظه دار است. با بکار بردن این فلزات در عملگرها می توان با فرمان های الکتریکی عملکرد لازم را بدست آورد. می توان با تغیررات نقطه ای و استفاده از پوسته قابل انعطاف این روش را بر روی یک بال عملیاتی کرد :

تغییر ایرفویل با اعمال جابجایی نقطه ای

در این روش مواد به کار رفته در پوسته بسیار مهم می باشند چراکه پوسته نباید قابلیت باربری خود را از دست بدهد. در نتیجه برای اینکه اطمینان لازم سازه ای وجو داشته باشد تنها قسمت کوچکی از پوسته انعطاف پذیز انتخاب می شود و جابجایی های مد نظر بر روی آن اعمال می شود :

مکانیزم تغییر ایرفویل

ساختار مورد استفاده در این روش نیز تا کنون بر روی مواد لانه زنبوری با ضریب پواسون صفر تمرکز داشته است

روش دیگر تغییر ایرفول در بال های موسوم به variform  انجام می گیرد. این طرح برای افزایش برد و کارایی پهپادهای برد بلند معرفی شده است. در این طرح بال هواپیما با تغییر شکل ایرفویل خود و کاهش نیروی پسا قابلیت پرواز طولانی تری دارد. نکته اصلی در این روش استفاده از مخازن سوخت برای انجام عملیات تغییر شکل ایرفویل است.

در این روش عموما ایرفویل دارای دو شکل در طول پرواز است که از ایرفویل مناسب برای برخاست و اوجگیری آغاز و به ایرفویل مناسب برای کروز و کاهش پسا ختم می شود. به طور مثال در تصویر زیر ایرفویل از NACA 23015 به FX 60-126 تغییر شکل می دهد :

تغییر شکل ایرفویل

نقش اصلی در تغییرات را مخازن سوخت موجود در بال هواپیما بر عهده دارد این مخازن باید به گونه ای باشند که انعطاف لازم جهت ایجاد تغییرات در پوسته بال را داشته باشند :

چیدمان مخازن سوخت جهت تغییر شکل ایرفویل

و در نتیجه آن می توان به مرور و با استفاده از مخازن بال شکل ایرفویل را به صورت خودکار بدون نیاز به مکانیزم های منترلی پیچیده به شکل مورد نظر تبدیل کرد که در نتیجه آن کارایی بال برای دوحالت پروازی بالا می رود :

کاهش پسا در تغییر ایرفویل

موانع بسیاری برای این طرح وجود دارد که مهمترن ان ضعف مواد موجود است که قابلیت تغییر کلی در سراسر بال را ندارند.مورد دیگر تغییرات ممتد ایرفویل است که احتمال اختلال کارایی کنترلی و آیرودینامیکی را در فاز تغییر شکل افزایش می دهد.

بال های کمانشی (buckle wing)

روش دیگر تغییر بال استفاده از بال های کمانشی (buckle wing) است. این نوع بال دارای دو حالت اصلی پروازی می باشد. در حالت اول بال یه صورت بالهای معمول برای مداوت پروازی و برد بلند طراحی شده است. در حالت دوم بال به قسمت تقسیم شده و هرکدام با ایرفویل های نازک شرایط را برای پروازهای مانوری هموار می سازند.

طرح بال کمانشی

در این نوع طرح بر خلاف طرح قبل هواپیما قابلیت این را دارد که ایرفویل های متفاوتی را انتخاب کرده و با توجه به ماموریت هواپیما از پیش آن را تعیین کند :

طرح های متفاوت ایرفویل

این طرح نیر در حال حاضر دارای مشکلاتی است که از جمله آن می توان به دشواری جداسازی دو بال اشاره کرد و همچنین پرکردن فضای خالی ایرفویل ها در زمان جمع بودن بال. اما ویژگی های منحصر به فرد این نوع بال در عدم نیاز به مکانزم های کنترلی پیچیده و عملکرد بسیار مثبت برای پهپادهای عملیاتی هنوز این طرح را در مراکز تحقیقاتی مختلف نگه داشته است.

بال با الگوی ماهی

این نوع و ایرفویل با الگوگیری از ستون فقرات ماهی طراحی شده است و قابلیت تغییر کمبر را دارد. این بال از یک پوسته کامپوزیتی با ماتریس قابل ارتجاع و تعدادی تیر خمشی در راستای کرد تشکیل شده است :

ساختار بال ماهی شکل

در نتیجه یان بال قابلیت انعطاف و افزایش کمبر را دارد که در نتیجه آن افزایش نیروی برا نسبت به وجود فلپ قابل مشاهده است :

ضریب برا در بال ماهی شکل

این بال دارای یک شفت در درون ایرفویل است که قایلیت تغییر شکل را برای آن فراهم می آورد :

ساختار ریب بال ماهی شکل

       ویژگی اصلی این گونه ایرفویل نسبت به روش های قبلی سبک بودن آن است چراکه تعداد قطعات اضافی به حداقل رسیده و ریب ها علاوه بر ایجاد استحکام خاصیت تغییر شکل را نیز ایجاد می کنند :

قابلیت انعطاف بال ماهی شکل