طراحی آیرودینامیکی لب تاپ

چگونه هواپیما ها پرواز می کنند

The basic principles of why and how airplanes fly apply to all airplanes, from the Wright Brothers' first machine Wright Flyer to a modern Stealth Bomber, and those principles are the same for radio control and full size airplanes alike.Aerodynamic forces

Essentially there are 4 aerodynamic forces that act on an airplane in flight; these are lift, drag, thrust and gravity (or weight).

In simple terms, drag is the resistance of air (the backward force), thrust is the power of the airplane's engine (the forward force), lift is the upward force and gravity is the downward force. So for airplanes to fly and stay airborne, the thrust must be greater than the drag and the lift must be greater than the gravity (so as you can see, drag opposes thrust and lift opposes gravity).

This is certainly the case when an airplane takes off or climbs. However, when it is in straight and level flight the opposing forces of lift and gravity are balanced. During a descent, gravity exceeds lift and to slow an airplane drag has to overcome thrust. 
The picture below shows how these 4 forces act on an airplane in flight:

Thrust is generated by the airplane's engine (propeller or jet), gravity is a natural force acting upon the airplane and drag comes from friction as the plane moves through air molecules. Drag is also a reaction to lift, and this lift must be generated by the airplane in flight. This is done by the wings of the airplane...

The generation of lift is a widely discussed and sometimes disputed theory, but there are some key factors that nobody argues. A cross section of a typical airplane wing will show the top surface to be more curved than the bottom surface. This shaped profile is called an 'airfoil' (or 'aerofoil') and the shape exists because it's long been proven (since the dawn of flight) that an airfoil generates significantly more lift than opposing drag.

During flight air naturally flows over and beneath the wing and is deflected upwards over the top surface and downwards beneath the lower surface. Any difference in deflection causes a difference in pressure ('pressure gradient') and because of the airfoil shape the pressure of the deflected air is lower above the airfoil than below it, hence the wing is 'pushed' upwards by the higher pressure beneath.

One of the argued theories of lift generation is related to Newton's 3rd Law of Action & Reaction, whereby the air being deflected downwards off the lower surface of the wing creates an opposite reaction, effectively pushing the wing upwards. This may well be the case but it's the pressure difference between both surfaces that is the primary factor of lift generation.

Above: the general movement of air over an airfoil

If you want to generate some lift yourself, try holding a sheet of paper in front of your face and blowing hard over its top surface. The air molecules above the sheet get deflected differently to those below as you blow, so a pressure gradient appears and the higher pressure below the paper pushes it up. Of course, the physics behind proper lift generation over an airplane wing are somewhat more complex, but the end result is the same.

Above: have a go at generating some lift yourself!

The faster a wing moves through the air, so the actions are exaggerated and more lift is generated. Conversely, a slower moving wing is less efficient at lift generation. It's important to note, though, that different wing designs (airfoil and shape) generate lift more (and less) efficiently than other designs at different speeds, depending on what the plane has been designed for.

A direct reaction to lift is drag and this too increases with airspeed. So airfoils need to be designed in a way that maximizes lift but minimizes drag, in order to be as efficient as possible.

A crucial factor of lift generation is the Angle of Attack - this is the pitch angle at which the wing sits in relation to the horizontal airflow over it. As the Angle of Attack increases so more lift is generated, but only up to a point until the smooth airflow over the wing is broken up and so the generation of lift cannot be sustained. When this happens the sudden loss of lift results in the wing stalling and the weight of the airplane cannot be supported any longer. When a stall occurs a sudden loss of altitude is inevitable unless the pilot rectifies the situation immediately by increasing the airplane's airspeed.
Airplane control surfaces

For an airplane to be controllable, control surfaces are necessary. The 4 main surfaces are ailerons, elevator, rudder and flaps as shown below:

To understand how each works upon the airplane, imagine 3 lines (axis - the blue dashed lines in the picture above) running through the plane. One runs through the center of the fuselage from nose to tail (longitudinal axis), one runs from side to side (lateral axis) and the other runs vertically (vertical axis). All 3 axis pass through the Center of Gravity (CG), the airplane's crucial point of balance.

When the airplane is in forward flight it will rotate around each axis when movement to any control surface is made by the pilot. The table below shows the appropriate actions...Action: Axis: Controlled by:
Roll Longitudinal Ailerons
Pitch Lateral Elevators
Yaw Vertical Rudder


The following sections explain how each control surface effects the airplane...
Ailerons

Located on the trailing edge (rear) of the wing, the ailerons control the airplane's roll about its longitudinal axis. Each aileron moves at the same time but in opposite directions i.e. when the left aileron moves up, the right aileron moves down and vice versa. 
This movement causes a slight decrease in lift on the wingtip with the upward moving aileron, while the opposite wingtip experiences a slight increase in lift. Because of these subtle changes in lift the airplane is forced to roll in the appropriate direction i.e. when the pilot moves the stick left, the left aileron will rise and the airplane will roll left in response to the change in lift on each wing. 
The ailerons are controlled by a left/right movement of the control stick, or 'yoke'.
Rudder

The rudder is located on the back edge of the vertical stabilizer, or fin, and is controlled by 2 pedals at the pilot's feet. When the pilot pushes the left pedal the rudder moves to the left. The air flowing over the fin now pushes harder against the left side of the rudder, forcing the nose of the airplane to yaw round to the left.
Elevators

The elevators are located on the rear half of the tailplane, or horizontal stabilizer. Like the ailerons they cause a subtle change in lift when movement is applied which raises or lowers the tail surface accordingly. In addition, air hitting deflected elevators does so in the same way as it hits the rudder i.e. with an exaggerated effect that forces the airplane to pitch upwards or downwards. 
Moving the elevator up (pulling back on the yoke) will cause the airplane to pitch its nose up and climb, while moving them down (pushing forward on the yoke) will cause the airplane to pitch the nose down and dive. Elevators are linked directly to each other, so work in unison unlike ailerons.
Flaps

Flaps are located on the trailing edge of each wing, usually between the fuselage and the ailerons, and extend downward (and often outward) from the wing when put into use. The purpose of the flaps is to generate more lift at slower airspeed, which enables the airplane to fly at a greatly reduced speed with a lower risk of stalling. When extended further flaps also generate more drag which slows the airplane down much faster than just reducing throttle. 
Although the risk of stalling is always present, generally speaking an airplane has to be flying very slowly to stall when flaps are in use at, for example, 10 degrees deflection. Obviously though stall speeds and safe airspeeds vary from airplane to airplane.

So all these factors are why and how airplanes fly. Radio control model airplanes can of course be more simple - for example, just have rudder and elevator control or perhaps just rudder and motor control. But the same fundamental principles always apply to all airplanes, regardless of size, shape and design.

آیرودینامیک یا تئوری پرواز

منبع:   Arteshi.com

آیرودینامیک کلمه‌ای یونانی است متشکل از ایرو به معنای "هوا" و داینامیک به معنای "در حال حرکت".بدین خاطر به آیرودینامیک تئوری پرواز می‌گویند که تمامی پرندگان و وسایل پرنده برای پرواز از این اصل استفاده می‌کنند.
آیروداینامیک (AERO DYNAMIC) یعنی داشتن حداقل مقاومت هوای در حال حرکت.
هوا یا اتمسفر چیست؟ 
هوا یا اتمسفر یا جو زمین که تا شعاع 500 مایلی اطراف زمین را فرا گرفته است از ترکیب 78% گاز نیتروژن – 21% اکسیژن و 1% مابقی گازهای موجود در هوا می‌باشد.
اگر اتمسفر اطراف زمین را بصورت یک استوانه در نظر بگیریم مولکول‌های هوا در پایین به مراتب متراکم‌تر از هوای بالا هستند. هرچه بالاتر رویم از غلظت و تراکم مولکول‌های هوا کاسته می‌شود و فاصله‌اش از زمین بیشتر می‌شود.

 عواملی که باعث تغییر غلظت مولکولی هوا می‌شوند : (تراکم مولکولی را کم می‌کنند)
1- دما : در یک ارتفاع ثابت هر چقدر مقدار دما را افزایش دهیم غلظت مولکولی هوا کم می‌شود.
2- رطوبت : در یک ارتفاع ثابت هرچه بخار آب به هوا اضافه کنیم غلظت مولکولی کم خواهد شد. یعنی رطوبت بیشتر تراکم مولکولی هوا را کم می‌کند.
توجه : هوا یا اتمسفر زمین خاصیت چسبندگی هم دارد. اگر دست خود را در هوا تکان دهیم حس می‌کنیم که هوا در بالا و پایین و تمام دست ما در حال جریان است و جدا نمی‌شود. این خاصیت هوا در پرواز خیلی کمک می‌کند چون این خاصیت هوا موجب می‌شود که غلظت آن تغییری نکند و مولکول‌های هوا از هم باز نشوند.
3- کاهش فشار هوا نیز از عواملی است که غلظت مولکولی هوا را کم می‌کند. یعنی در یک ارتفاع مشخص هرچه فشار هوا را کاهش دهیم غلظت مولکولی هوا کم می‌شود.
4- خاصیت مشترک هر دو عامل فشار هوا و دما
اگر هر دوی این عوامل پیش آید باعث کم‌شدن غلظت و تراکم مولکولی هوا می‌شود.
نکته : رطوبت که عامل کاهش غلظت مولکولی هواست فقط در پرواز هواپیماهای ملخ‌دار تاثیر می‌گذارد و غلظت مولکول‌ها را کم می‌کند چون هواپیمای ملخ‌دار موتور جت ندارند.
و در مورد خاصیت چسبندگی اینکه هرچه چسبندگی هوا بیشتر باشد غلظت مولکولی هوا نیز بیشتر است.
 انواع هوا

1- هوای استاندارد: هوایی است که در محلی در کنار دریا در 40 درجه عرضی شمالی جغرافیا بدون رطوبت با درجه حرارت بعلاوه 15 درجه سانتیگراد و فشار 92/29 اینچ جیوه یا 76 سانتیمتر جیوه یا 7/14 پاوند بر اینچ مربع یا 1013 میلبار می‌باشد.
توضیح اینکه در حالت طبیعی همچنین هوایی وجود ندارد چون در کنار دریا رطوبت خیلی زیاد است.
 92/29 اینچ جیوه = 76 سانتیمتر جیوه = 7/14 پاوند بر اینچ مربع = 1013 میلبارد
این فشار استاندارد بازاء هر یک هزار پایی که از سطح زمین دور می‌شویم 1 اینچ جیوه کاهش پیدا می‌کند. بعنوان مثال اگر در سطح دریا فشار 92/29 است در ارتفاع 4 هزار پایی فشار هوا 92/25 اینچ جیوه می‌شود.
تقریبا" تا ارتفاع 50 هزار پایی این مقادیر ثابت است. از 50 هزار پا به بالا بخاطر کاهش شدید غلظت مولکولی هوا دیگر این مقادیر و فرمول‌ها ثابت نبوده و تغییر می‌کند.
درجه حرارت هوا بازاء هر هزار پایی که از سطح زمین دور می‌شویم 2 درجه سانتیگراد کاهش پیدا کرده و خنک‌تر می‌شود. (البته در شرایط استاندارد)
گفتیم که هوا دارای خاصیت چسبندگی است یعنی هر چقدر هوا غلیظ‌تر باشد پرواز بهتر است.
هنگامی که هواپیما می‌خواهد بلند شود به یک طول باند مشخص با توجه به وزن خود نیاز دارد و هر چقدر غلظت مولکولی هوا کمتر شود نیاز به طول باند بیشتری می‌باشد.
تاریخچه آیرودینامیک
اساس آیرودینامیک براساس آزمایشی که بر روی لوله ونتوری (ventury) انجام شد، اصل ایرودینامیک بوجود آمد. ونتوری لوله‌ایست که قطر داخلی لوله در تمام طول سطح یکسان نیست. این آزمایشها توسط دانشمند ایتالیایی بنام برنولی انجام شد.

این دانشمند فشارسنج‌هایی را تعبیه کرد و در داخل لوله کار گذاشت. با دمیدن هوایی با یک سرعت ثابت بداخل لوله ونتوری مشاهده شد که هرچه قطر داخلی لوله کمتر باشد فشار ایستایی (STATIC) در آن نقطه کمتر است. و هرچه پرنده سرعت بیشتری داشته باشد فشار ایستایی در آن منطقه کاهش پیدا می‌کند. (اصل ایرودینامیک)
استاتیک فشار ایستایی هوا را اندازه‌گیری می‌کند. هرچه سرعت هوا بیشتر باشد فشار ایستایی کمتر و هرچه فشار هوا کمتر فشار ایستایی بیشتر است.
در پرواز هواپیماها اصطلاحی به نام باد نسبی (Relative Wind) وجود دارد. هواپیما در داخل هوا حرکت می‌کند این حرکت حرکت نسبی است. هوایی که از روی سطوح فرامین پروازی هواپیما عبور می‌کند باد نسبی است و سرعت هواپیما هم سرعت نسبی است زیرا هواپیما نسبت به باد سرعت پیدا می‌کند.
در داخل هواپیما لوله‌ای بنام پیتواستاتیک (Pitot Static) وجود دارد. محل آن در دماغ هواپیماست جایی که اولین برخورد باد با هواپیما با آن است . کار آن اندازه‌گیری فشار هوای در حال حرکت است.
پیتوت دینامیک (Pitot Dynamic) فشار هوای در حال حرکت را اندازه‌گیری می‌کند.
پیتوت استاتیک (Pitot Static) فشار ایستایی هوا را اندازه‌گیری می‌کند.

برخی از نشان‌دهنده‌های هواپیما که با این دو سیستم کار می‌کنند :
1- ارتفاع‌سنج Atimiter Indicator
2- سرعت‌سنج Air Speed Indicator
3- سرعت‌سنج عمودی Vertical Speed Indicator
تنها نشان‌دهنده‌ای که با هر دو سیستم پیتوت دینامیک و پیتوت استاتیک کار می‌کند سرعت‌سنج هواپیما (Air Speed) می‌باشد.
دو نشان‌دهنده دیگر فقط فشار ایستایی (Static) را نشان می‌دهند.
طرز کار نشان‌دهنده‌ها
1- ارتفاع‌سنج : ارتفاع‌سنج هواپیما از فشار استاتیک استفاده می‌کند. این نشان‌دهنده بشکل محفظه مانندی است که داخل آن یک دیافراگم است. به این دیافراگم، لوله استاتیک متصل است.
فرض می‌کنیم در شرایط هوای استاندارد هستیم. در سطح دریا که حداکثر تراکم و غلظت مولکولی هوا قرار دارد دیافراگم در حداکثر باز بودن خود قرار دارد. ارتفاع در سطح دریا صفر است. وقتی به‌تدریج سیال اوج می‌گیرد و بالا می‌رود فشار استاتیک هوا کم شده و هوای داخل دیافراگم کم و تخلیه می‌شود بندریج و دیافراگم بسته‌تر می‌شود. هرچه ارتفاع بالا رود فشار هوا کم می‌شود و کلا" سیال دوست دارد که از یک هوای پرفشار بداخل هوای کم فشار رود.
اصل کار ارتفاع‌سنج هواپیما اندازه‌گیری فشار ساکن هوای اطراف هواپیما می‌باشد.
2- سرعت‌سنج : همانطور که گفتیم سرعت‌سنج با هر دو سیستم استاتیک و دینامیک کار می‌کند. در واقع هم فشار دینامیک و هم فشار استاتیک در نشان‌دادن سرعت موثر می‌باشند.
هرچه نیروی رانش بیشتر شود فشار وارده بر سر لوله پیتوت که در دماغ هواپیما قرار دارد بیشتر شده و در یک سطح معین اختلاف فشار دینامیک و استاتیک بیشتر شده روی نشان‌دهنده عددی را نشان می‌دهد که آن سرعت هواپیماست هرچه اختلاف فشار دینامیک و استاتیک بیشتر باشد سرعت هواپیما بیشتر می‌شود.
3- سرعت‌سنج عمودی : این نشان‌دهنده مانند بقیه نشان‌دهنده‌ها با فشار استاتیک کار می‌کند (محفظه‌ای است و در داخل آن محفظه دیافراگم قرار دارد که لوله استاتیک به آن وصل است.)
اساس کار سرعت‌سنج عمودی براساس فشار استاتیک می‌باشد. بدین شکل که لوله‌ای که از فشارسنج استاتیک هواپیما گرفته می‌شود بداخل محفظه سرعت‌سنج عمودی متصل است. در خود دیافراگم سوراخی تعبیه شده است. در حالت اوج‌گیری بعلت کاهش فشار استاتیک دیافراگم باز شده و در روی نشان‌دهنده صعود هواپیما را به نرخ پا در دقیقه نشان می‌دهد. و بالعکس.
سرعتهای هواپیما
 1- سرعت نشان‌دهنده Indicator Air Speed : سرعتی است که ما روی نشان‌دهنده می‌بینیم.
2- سرعت واقعی هواپیما True Air Speed : و درجه حرارت روی این سرعت اثر می‌گذارد . هرچه غلظت مولکولی ما پایین‌تر باشد و درجه حرارت افزایش پیدا کند سرعت واقعی هواپیما افزایش پیدا می‌کند. در هوای دارای غلظت مولکولی کم و در دو ارتفاع با یک سرعت ثابت سرعت واقعی بیشتری داریم.
3- سرعت زمینی هواپیما Round Speed : سرعتی است که سایه هواپیما بر روی زمین سیر می‌کند. مقدار باد موجود در ارتفاع بر روی این سرعت تاثیر بسزایی دارد در واقع این باد است که اثر مستقیم بر سرعت زمینی دارد.
وقتی هواپیما در حال پرواز است محاسبه سرعت هواپیما تماما" براساس سرعت زمینی است.
نیروهای وارده بر هواپیما
عملا" چهار نیرو بر هواپیما وارد می‌شود :
1- نیروی رانش Thrust
2- نیروی مقاومت (پسا) Drag
3- نیروی برا Lift
4- نیروی وزن (جاذبه) Gravity
1- نیروی رانش نیرویی است که در جهت حرکت هواپیما و توسط موتور هواپیما تولید می‌شود.
2- نیروی مقاومت (پسا) در جهت خلاف حرکت هواپیما ایجاد می‌شود و نتیجه حرکت هواپیما در داخل سیال است.
3- نیروی برا در جهت بالا بردن هواپیما بکار رفته و نتیجه حرکت بال هواپیما درون سیال است.
4- نیروی وزن یا جاذبه برخلاف جهت نیروی برا بوده و نتیجه اثر جاذبه زمین بر روی هر شیئی است.
نیروی رانش نسبت مستقیمی با نیروی مقاومت (پسا) دارد هرچه نیروی رانش و سرعت بیشتری داشته باشیم نیروی مقاومت بیشتری خواهیم داشت. نیروی رانش با بیشتر گاز دادن بیشتر می‌شود.
برای بوجود آوردن نیروی برا لازم است که سطوح پروازی طوری طراحی شود که ضمن داشتن حداقل مقاومت در مقابل جریان هوا نیروی برای کافی جهت بلند شدن از سطح زمین را نیز داشته باشد. بدین منظور Air Foil (بال هواپیما) طراحی شد که سطح بالایی آن بیشتر از سطح زیرین آن می‌باشد. با توجه به این طراحی و خواص چسبندگی سیالات ، باد نسبی که در لبه حمله A/F شکافته می‌شود باد نسبی روی A/F سرعت بیشتری نسبت به سطح زیرین آن دارد و با توجه به قانون برنولی (فشار کمتر سرعت بیشتر) از این رابطه نیروی برا تشکیل می‌شود.
90 درصد از نیروی برای بوجود آمده ، از فشار کم سطح روی A/F می‌باشد.
یکی از راههای افزایش نیروی برا افزایش نیروی زاویه حمله می‌باشد. در این حالت جهت برخورد باد نسبی به لبه حمله بال تغییر پیدا کرده و در واقع بادی که از روی A/F عبور کرده همچنان مسافت بیشتری را طی می‌کند در نتیجه سرعت بالاتر بر روی A/F و فشار استاتیک کمتر که نهایتا" Lift بیشتری به ما می‌دهد.
لبه حمله بال را نمی‌توان به مقدار نامحدود اضافه کرد زیرا در اثر افزایش بی‌اندازه زاویه لبه حمله باد نسبی که از روی A/F عبور کرده متلاطم می‌شود و دیگر آن خاصیت موردنظر افزایش برا را ندارد که اگر A/F در این حالت بماند به نقطه واماندگی (Stall) نزدیک می‌شود. نیروی مقاومت به دو دسته تقسیم می‌شود :
1- نیروی مقاومت بوجود آمده (Induce Drag) که در اثر حرکت هواپیما بوجود می‌آید.
2- نیروی مقاومت بوجود آمده در اثر اصطکاک با هواپیما (Skin Fraction Drag) این نیروی مقاومتی است که در اثر ناهمواریهایی که در روی بدنه و بال هواپیما - زاویه نصب بال - محل نصب پنجره و درب‌های هواپیما بوجود می‌آید.
 عوامل تکان خوردن هواپیما
1- تاثیر دما روی سطوح مختلف : یکی از عواملی که باعث بالا و پائین رفتن هواپیما بطور ناگهانی در پرواز نزدیک به سطح زمین می‌شود اثر دما روی سطوح مختلف می‌باشد. معمولا" این تشعشعات حرارتی تا ارتفاع دو هزار پایی از سطح زمین محسوس است. از دو هزار پا به بالا معمولا" حس نمی‌شود.
2- دود حاصل از سوختن جنگل و دود حاصل از کارخانه‌ها و ...
چون این دودها نیروی بالارونده دارند و اگر به هواپیما برخورد کنند هواپیما را به ناگهان تکان می‌دهند.
3- حرکت کردن پشت هواپیمای سنگین‌تر از خود .
 علت تکانهای هواپیما در ارتفاع بالا
1- تغییر ناگهانی سمت و جهت باد
2- عوامل جوی
3- منطقه پروازی
محورهای هواپیما (محورهای فرضی)
بطور کلی هواپیما حول 3 محور حرکت می کند :
1- محور طولی Longitudinal Axis
این محور خطی فرضی است که از نوک هواپیما به انتهای آن کشیده می‌شود. گردش حول محور طولی باعث می‌شود که هواپیما عمل گردش به چپ یا راست را انجام دهد. به این عمل ROLLمی‌گویند.
2- محور عرضی Horizontal Axis
این محور خطی فرضی است که از نوک یکبال به نوک بال دیگر آن وصل می‌شود. گردش حول محور عرضی هواپیما باعث خواهد شد هواپیما بالا و پایین برود. به این عمل PITCH می‌گویند. (Pitch up/down)
3- محور عمودی Vertical Axis
این محور خطی فرضی است که از مرکز ثقل هواپیما (Center of Gravity – C/G) می‌گذرد و دو نقطه دیگر را در یک نقطه قطع می‌کند. حرکت حول محور عمودی سبب می‌شود هواپیما بطور افقی گرایش به چپ یا راست داشته باشد. به این عمل YAW (گرایش) گفته می‌شود.
گرایش یا سر خوردن به سمتی را YAWگویند. در حالت yaw فقط دماغ هواپیما به سمت چپ و یا راست تغییر می‌کند و محور عمودی ثابت است.
مرکز ثقل هواپیما نقطه‌ایست فرضی بر روی محور طولی هواپیما که تمامی وزن هواپیما در آن متمرکز است و نقطه تعادل نیز نامیده می‌شود.
سطوح فرامین پروازی
بطور کلی سطوح فرامین پروازی به دو دسته تقسیم می‌شوند :
1- سطوح فرامین پروازی اولیه Primary Flight Control
2- سطوح فرامین پروازی ثانویه Secondary Flight Control
* سطوح فرامین پروازی اولیه عبارتند از سطوحی که باعث پرواز هواپیما حول سه محور خود می‌شوند :
الف) شهپرها Ailerons
ب) سکان افقی Elevator
ج) سکان عمودی Rudder ( دو نوع است : ثابت ، متحرک )
د) ثبات‌دهنده‌ها Stabilizer
شهپرها : زائده‌هایی هستند در دو سر بال ( قسمت پشت دو سر بال ) که بطور عکس نسبت به یکدیگر حرکت کرده و باعث گردش هواپیما حول محور طولی می‌گردد. نوع و طرز کار شهپرها در هر هواپیما فرق می‌کند و تنها هواپیمای بوئینگ 707 است که بصورت کابلی باقی مانده است. در بوئینگ 727 و 747 در هر بال دو شهپر وجود دارد آنکه در نوک بال است برای سرعت‌های پایین و دیگری برای سرعت‌های بالا استفاده می‌شود.
سکان افقی : زائده‌هایی در انتهای بالچه عقب هواپیماست که باعث می‌شود هواپیما حول محور عرضی حرکت کند. سکان افقی برخلاف شهپرها هر دو در جهت هم حرکت می‌کنند.
به هنگام Take off و Landing مورد استفاده قرار گرفته و باعث می‌شوند عقب هواپیما سنگین‌ شده و نوک هواپیما بالا بیاید.
سکان عمودی متحرک : زائده‌هایی در قسمت انتهایی سکان عمودی ثابت می‌باشد که باعث می‌شود هواپیما حول محور عمودی حرکت کند. Rudder فقط حول محور عمودی حرکت می‌کند.
ثبات‌دهنده‌ها : A/F است که در قسمت انتهایی هواپیما قرار داشته و مرتبط با سکان افقی هواپیما بوده و هواپیما را حول محور عرضی کنترل می‌کند و همچنین کمک‌دهنده سکان افقی می‌باشند.
 * سطوح فرامین ثانویه سطوحی هستند که در پیشبرد بهتر کنترل پروازی کمک می‌کنند که عبارتند از :
الف) فلپ‌ها Flap
ب) Speed Brake یا Lift Pumper
ج) Slat یا Leading Edge Flap Ano
فلپ‌ها Flap : زائده‌هایی هستند در قسمت پشت بال که جهت افزایش سطح ایرودینامیکی بال و در نتیجه افزایش نیروی برا در یک سرعت مشخص می‌باشد.
فلپ‌ها بالا و پایین نمی‌شوند بلکه بصورت کشوئی داخل بال شده و خارج می‌شوند. هنگامی که هواپیما روی باند نشست فلپ‌ها بیرون‌ آورده شده و باعث کاهش سرعت می‌شوند.
Speed Brake یا Lift Pumper : عموما" برای کاهش سرعت هواپیما چه در هوا و چه در روی زمین بکار گرفته می‌شوند متشکل از زائده‌هایی نصب شده بر روی بال یا دم هواپیما می‌باشند. speed brake بر روی دم هواپیماست و lift pumper بر روی بال هواپیماست که موقع فرود باز شده و مقداری از سرعت هواپیما را می‌کاهد.
Slat یا Leading Edge Flap Ano : زائده‌هایی هستند که در لبه حمله بال قرار دارند که آنها هم جهت افزایش سطح ایرودینامیک و در نتیجه افزایش برا مورد استفاده قرار می‌گیرند. معمولا" هواپیماهای سنگین دارای آن می‌باشند. شماره‌گذاری یا درجه‌بندی نداشته و هنگام بلند شدن و فرود آمدن فقط مورد استفاده قرار می‌گیرند.
 ملخ هواپیما
نیروی رانش ایجاد می‌کند نیروی Lift مثبت به سمت جلو را ایجاد می‌کند. وقتی که ملخ می‌چرخد هوا را می‌شکافد و هوا از روی A/F عبور کرده و نیروی Lift ایجاد کرده و هواپیما را به جلو می‌برد.

آیرودینامیک به زبان ساده

اجزای تشکیل دهنده هواپیما:
1-fuselage

2-empennage

3-wing

4-landing gear

5- power plant

fuselage:

به بدنه ی اصلی هواپیما گفته میشود که محل قرار گیری cabin مسافر

و cockpit پرواز است.

empennage:

در قسمت دم هواپیما اجزای مختلفی قرار دارد که اصلی ترین این قسمت

ها ستکان عمودی و ستکان افقی هستند. قسمت عقب ستکان عمودی

متحرک بوده و در چرخش دماغه هواپیما به چپ و راست کاربرد دارد.ستکان

های افقی که به دو دسته ی ستکان افقی تمام متحرک و نیمه متحرک 

تقسیم میشوند که کار آنها بالا و پایین کردنم دماغه هواپیما است.در انتهای

ستکان افقی متحرک و عمودی متحرک صفحات کوچکی قرار گرفته اند که به

آنها برگه های تنظیم یاtrim tab میگوییم.

کار این برگه ها تصحیح نمودن جزئی مسیر وارتفاع به کار میرود وفشار کاری

خلبان را کاهش میدهد.

wing:

به بال هواپیما میگوییم و وظیفه ی آن تولید نیروی بالا برنده است.به هواپیما

های تک بال mono plane و به هواپیماهای دوبال BI plane میگوییم.

landing gear:

وزن هواپیما را بر روی زمین تحمل کرده وتعداد آنها بستگی به نوع هواپیما دارد

معمولا هواپیماهای سبک تعداد ارابه های فرودشان سه عدد بوده و در هواپیما

های سنگین تعداد بیشتر است.

چرخهای فرود به دو دسته تقسیم میشوند:

1-چرخ دماغه 2-چرخ دم

چرخ دم بیشتر در هواپیماهای قدیمی کاربرد داشته و باعث میشود تا ملخ

هواپیما با زمین برخورد نکند و هواپیما میتواند در باند های خاکی و غیر آماده 

فرود آید.یکی از معایب این چرخ ها این است که خلبان هنگام taxi کردن باید

از پهلو ها باند را نگاه کندو از جلو دید ندارد.

چرخ ها خود به دو دسته ی ثابت و جمع شونده تقسیم میشوند. چرخهای

ثابت در هواپیماهای سبک که دارای سرعت و ارتفاع پروازی کم هستند کاربرد

دارد. چرخ های جمع شونده در هواپیماهای سنگین که سرعت و ارتفاع پروازی

آنها بالاست کاربرد دارند.

shock struts:

ضربه های ناشی از فرود را تحمل میکند و هم چنین چرخ هارا به بدنه وصل می

نماید.بر دو نوع هستند: 1- فنری 2- روغنی

power plant:

واحد تولید نیرو که شامل موتور و اجزای آن مانند ملخ و درپوش محافظ موتور می

باشدنیروی الکتریکی هواپیما و یک سری از آلات دقیق را نیز تامین مینماید.

اگر هواپیما تک موتوره باشد single engineبین موتور و بدنه ی هواپیما قسمتی

وجود داردبه نامfire wall که وظیفه ی این قسمت عایق نمودن بدنه در برابر حرارت

موتور است.

نیروهای وارد بر هواپیما:

1-lift: به طرف بالا اعمال شده وبه خاطر تاثیر جریان هوا بر روی بال ها ایجاد میشود

این نیرو هواپیما را برروی هوا نگه میدارد.

2-weight: خلاف جهت نیروی lift اعمال شده و موجب پایین رفتن هواپیما میشود.

3-thrust: هواپیما را به سمت جلو میبرد و عامل ایجاد این نیرو موتور هواپیما است.

4-drag: خلاف جهت حرکت هواپیما است و روبه عقب اعمال میشود و عوامل مختلفی

از جمله اصطحکاک بدنه هواپیما با مولکولهای هوا کوجب شکل گیری این نیرو میشود.

قانون برنولی:

با افزایش سرعت یا velocity در یک سیال فشار داخلی interpressure کم میشود 

برای مشاهده ی عمل کرد این پدیده میتوان از لوله ای استفاده نمود که قسمت

میانی آن باریک تر از دو سر آن باشد. این لوله مخصوص به نام لوله ventori نامیده

میشود. وقتی به اصل برنولی در حد گسترده تری نگاه میکنیم متوجه میشویم که

لازم نیست هوا از داخل لوله عبور نماید بلکه هر سطحی که باعث تغییر در جریان 

هوا شود اثری مانند لوله ی ventori می گذارد.

در طراحی بال از اصل قانون برنولی استفاده میکنیم انحنای قسمت بالایی بیشتر از

انحنای پایینی بال بوده و در نتیجه هوا با سرعت بیشتری از روی سطح بال عبور می

نماید با افزایش فشار سرعت هوا بر روی سطح بال اختلاف فشار بین بالای بال و پایین

بال بیشتر شده و در نتیجه نیرویی رو به بالا به وجود می آید این اختلاف فشار اساسی

ترین عامل به وجود آورنده lift است.

airfoil:

به سطح مانند بال هواپیما گفته میشود که هنگام عبور جریان هوا از خود واکنش

نشان میدهد.

leading edge (لبه ی حمله):

اولین قسمت بال است که با جریان و مولکولهای هوا برخورد می کند.

trailing edge (لبه ی فرار):

محلی که مولکولهای هوا سطح بال را ترک نموده همچنین این قسمت محل

تلاقی و برخورد جریان هوایی است که از زیر و روی بال عبور نموده است.

chord line (وتر بال):

خط فرضی است که همیشه مستقیم بوده و لبه ی حمله را به لبه ی فرار متصل

میکند.
camber (انحنا):

عبارت اند از قوسهای سطح بالاو پایین airfoil البته باید توجه داشت که قوس

سطح بالا از سطح پایین بیشتر است.

Relative wind (باد نسبی):

باد نسبی حرکت جریان های هوا نسبت به بال می باشد.

Angle of attack (زاویه حمله):

زاویه بین chord line وجهت relative wind است این زاویه در تولید نیروی lift 

نقش اساسی ایفا می کند.

عوامل لازم در طراحی airfoi

1-شکل ظاهری بال plan form

2-انحنا camber

3-نسبت منظری aspect ratio

4-مسافت بال wing area

Types of wing(انواع بال):

1-بال مستطیل شکل straight

2-بال بیضی شکل elliptical

3-بال مخروطی tapered

4-بال متمایل به عقب sweptback - delta

بال مستطیل شکل straight:

دارای خصوصیات مناسبی در سرعت های پایین است واز نظر اقتصادی ساخت

آن با صرفه می باشد ولی عیب آن به خاطر وزن زیاد وایجاد نیروی پسا زیاد است.

بال بیضی شکل elliptical:

وزن کمتر و نیروی پسا (drag) کمتری تولید میکند ولی این بالها در پروازهایی که

سرعت هواپیما پایین است قدرت کتری دارد هم چنین بالهای بیضی شکل هزینه ی

بیشتری صرف تولید آنها می شود.

بال مخروطی tapered:

وزن قابل قبول- پسای کم- پایین بودن هزینه ی ساخت - قابلیت های خوب پروازی

در سرعت های پایین از امتیازات این نوع بالهاست.
بال متمایل به عقب sweptback ,delta:
در هواپیماهایی با قابلیت بالااستفاده میشود ودر سرعت های بالا کارایی بسیار
خوبی دارند ولی در سرعت های کم مناسب نیستند.

نسبت منظری aspect ratio:

عبارت اند از نسبت طول بال به عرض بال.

مساحت بال wing area:

عبارت اند از مساحت کلی سطوح بال . از آنجا که در بیشتر هواپیماها بال نمیتواند 

مقدار زیادی نیروی برا تولید کند داشتن مساحت لازم مکاقی به منظور خنثی کردن

وزن هواپیما ضروری می باشد. 

کنترل نیروی لیفت توسط خلبان:

تا کنون فقط از آن دسته از عوامل موثر بر نیروی لیفت بحث کردیم که به 

وسیله ی طراحی هواپیما کنترل می شود.خلبان می تواند زاویه حمله و سرعت

هواپیما را تغییر دهد ویا با استفاده از flap ها شکل بال ها را تغییر دهد. البته باید 

این نکته را به یاد داشت که اگر نیروی لیفت افزایش پیدا کند نیروی drag نیز افزایش

پیدا میکند.

تغییر زاویه حمله:

خلبان هواپیما میتواند زاویه حمله وتغییرات آن را مستقیما کنترل نماید ودر پروازها

با سرعت معمولی با افزایش زاویه حمله باعث افزایش نیروی لیفت می گردد.در حین

پرواز با جلو وعقب بردن فرمان هواپیما میتوان زاویه حمله را تغییر داد وبدین صورت

ضریب نیروی لیفت را بالا برد.

coeficient of lift:به دلیل ارتباط میان ضریب نیروی لیفت وزاویه حمله از ضریب لیفت برای سنجش

لیفت استفاده می شود معمولا مقدار این ضریب را در آزمایشگاه های تونل باد 

مشخص می کنند وبستگی به شکل airfoil وزاویه حمله دارد.هواپیما زاویه حمله 

مشخصی دارد که بیشترین مقدار نیروی لیفت در آن زاویه تولید میشود.
stall speed:

زمانی به وجود می آید که جریان هوا از سطح بالای بال جدا میشود این جدایی

باعث کاهش ناگهانی نیروی لیفت می شود صرف نظر از سرعت وضعیت پروازی

و وزن هواپیما stall همیشه در زاویه ی حمله ی مشخص اتفاق می افتد.

نکته: عاوه بر زاویه حمله بیش از حد تعیین شده عوامل دیگری نیز در stall هواپیما

نقش دارند که میتوان به وزن هواپیما وصاف بودن سطح بال اشاره نمود.

نکته:هواپیماهای مختلف علائم stall مختلفی دارند در اکثر هواپیما ها پیدایش stall

امری تدریجی است. اولین علائم توسط دستگاههای هشدار دهنده اعلام stall ویا با

لرزشهای مختصر در هواپیما مشخص میشود. 

فلپ وانواع آن:اگر از فلپ ها به طور صحیح استفاده گردد میزان نیروی لیفت که بال تولید میکند زیاد

شده و در نتیجه سرعت stall کاهش می یابد.

به کمک فلپ ها میتوان با سرعت کم پرواز نمود وکنترل کافی وقابل قبول بر بیروی لیفت

داشت.این نکته را به خاطر باید داشت که با جمع کردن فلپ ها سرعت stall دوباره افزایش

می یابد.

فلپ های متداول در هواپیما:

1- plain flap

2-split flap

3- slotted flap

4-fowler flap
plain flap: به وسیله لولا به انتهای بال وصل میشود.هنگامی که فلپ ساده به سمت

پایین انحنا پیدا میکند قوس بال را افزایش داده و همچنین خط وتر بال را تغییر میدهد که

این دو عامل موجب افزایش مقدار نیروی لیفت بال میشود.

split flap: به سطح زیرین بال لولا شده وموجب افزایش نیروی لیفت میشود ولی drag 

تولید شده ی آن از فلپ های ساده بیشتر است زیرا در قسمت زیرین بال نصب میشود و

توربولانس ایجاد میکند.

slotted flap: از نظر شکل ظاهری شبیه فلپ ساده است. این نوع فلپ علاوه بر تغییراتی

که در انحنا خط وتر ایجاد میکند باعث میشود بخشی از هوای متراکم و پرفشار سطح زیرین

بال از طریق شکاف فوقانی هدایت شود این عمل به جریان هوای سطح فوقانی فلپ سرعت

بخشیده و در نتیجه مقدار نیروی لیفت افزایش پیدا می کند..

fowler flap: این نوع فلپ توسط سیستم پیچیده ای از ریل ها و قرقره ها به بال متصل شده

است این نوع فلپ هنگامی که کامل شود هم زمان که پایین می آید به سمت عقب نیز حرکت 

می کند. حرکت رو به عقب فلپ باعث افزایش مساحت کلی بال می شود.

این نوع فلپ ها از نظر کارایی بهترین نوع فلپ هستند و هم چنین از نظر قیمتی گران تر از سایر

فلپ ها هستند.
slot و slat:

صفحاتی هستند که جریان پرفشار سطح زیرین بال را به قسمت بالای بال منتقل میکند

و موجب پایین آوردن سرعت stall میشود. به این علت که جدا شدن مولکولهای هوا از سطح

بالای بال به تعویق می اندازد.

landing edge flap:

مانند فلپ های لبه فرار عمل نموده و سطح بال را افزایش می دهند و در نتیجه تولید نیروی

لیفت می نماید.

spoiler:

سطوحی هستند که در هنگام لمس کردن چرخ های اصلی هواپیما با سطح باند مورد 

استفاده قرار میگیرند.این سطوح موجب میشود که نیروی لیفت ایجاد شده بر روی سطح بال

کاهش یابد در هنگام landing وزن هواپیما را از بالها به چرخ های هواپیما می کند و موجب 

ایستادن هواپیما در مسافت کمتری می شوند
aircraft:

نه تنها شامل هواپیما بلکه گلایدرها و بالن ها نیز می شود که همگی قابلیت پرواز دارند

طبقه بندی وسایل پرنده:

تاکنون فقط درباره هواپیما aearplan صحبت کرده ایم اما در حقیقت گروه بسیار وسیعی

از وسایل پرنده وجود دارند..

برای تقسیم بندی وسایل پرنده به گروه های یکسان سازمان هوانوردی فدرال دوسیستم

را پایه گذاری کرد..این دو سیستم بر اساس سه معیار طبقه بندی شده است:

1- category

2-class

3-type

در تقسیم بندی وسایل پرنده هر طبقه کاربرد هواپیما ومحدودیت های عملیاتی آن را مشخص

میکند اکثر هواپیماهای آموزشی در دو طبقه ی:

1-normal 

2-utility 

قرار میگیرند.

هواپیماهای دارای گواهینامه utility:

میتواند در حین پرواز فشارهای بیشتری را نسبت به هواپیماهای دارای گواهینامه نرمال

تحمل کند.

هواپیماهای طبقه acrobatic :

به دلیل استحکام بیشتر آنها نسبت به دو گروه قبل محدودیت کمتری دارند.

هواپیمای طبقه commuter:

شامل هواپیماهایی که برای حمل تعداد محدود مسافر کمتر از 19 نفر به کار میرود.

هواپیماهای مسافربری transport:

این هواپیماها از نظر وزن و ظرفیت تعدادمسافر محدودیت کمتری دارند

wing let:

صفحاتی هستند که بر روی بال ها ودر دو سربال نصب می شوند. این صفحات به

صورت ثابت بوده و موجب میشوند که جریانات حلقوی سر بال (vortex ) کاهش یابد

از مزایای نصب این صفحات میتوان از کاهش مصرف سوخت به دلیل کاهش drag وبالا

رفتن قدرت مانور هواپیما اشاره کرد.

thrust revers:

در بعضی از هواپیماهای که دارای موتور جت میباشند بعد از عمل landing وتماس

چرخها با زمین صفحاتی بر روی انتهای موتور و اگزوز باز می شوند وموجب انحراف 

گازهای خروجی شده. این عمل موجب توقف سریع تر هواپیما بر روی باند می گردد.

wing fences:

صفحات عمود و ثابتی هستند که بر روی بال نصب شده وموجب یک نواختی جریان هوا

بر روی سطح بالای بال می گرددند بیشتر در هواپیماهایی کاربرد دارند که از بال رو به عقب

استفاده میکنند.

منبع : بزرگترین مرکز هوافضا و هوانوردی ایران

مقدمه اي بر آيروديناميك

 --> براي آنكه جسمي به هوا بلند شود‏ بايد نيرويي برابر يا بزرگتر از وزن آن و در جهت مخالف بر آن وترد شود. اين نيرو را نيروي برآ (lift) مينامند.

---> وسيله اي كه هواپيما براي معلق ماندن در هوا از آن بهره ميگيرد ، بال هواپيماست.

---> براي آنكه هواپيما در حالت افقي (level flight) به پرواز ادامه دهد ، بايستي نيروي برآيي برابر با وزن كل هواپيما توسط بالهاي آن توليد شود.

---> نيروهايي كه توسط جريان هوا توليد ميشود ، نيروهاي آيروديناميكي ناميده ميشود.

ماهيت فيزيكي نيروي برآ :

قانوني كه توسط دانشمند سوئيسي ، دنيل برنولي ( Bernoulli) ارائه شد ، در توضيح بالا رفتن اجسام كاربرد وسيعي دارد ( البته عامل ديگري در ايجاد نيروي برآ دخيل است كه بعدا راجع به آن توضيح داده ميشود، اين عامل توسط اصل كواندا توجيه ميشود.) . جالب اين است كه برنولي در تمام عمرش حتي چيزي در مورد هواپيما نشنيده بود. وي فقط سعي داشت تا اختلاف فشاري را كه توسط توده ي سيال در حال حركت اعمال ميشود ، نشان دهد، مطالعات او بيشتر بر روي جريان آب صورت گرفت . شكل ساده ي معادله ي برنولي به صورت زير است:

1/2*p*V^2 فشار ديناميكي ناميده ميشود و p فشار استاتيك است. كه v سرعت سيال و p چگالي سيال ميباشد. بنابراين : 

P(static) +1/2pV^2 = Constant
فشار استاتيك فشاريست كه از سوي توده ي هواي ساكن اعمال ميشود ( يا هر سيال ديگري به غير از هوا ) ، حال اگر سيال ، داخل مخزن در جريان باشد ، باز مقداري فشار استاتيك بر ديوارها اعمال ميگردد اما در اين صورت سيال داراي يك فشار ديناميكي نيز خواهد بود . براي درك فشار ديناميكي دست خود را جلوي جريان آب ، سد كنيد ، نيرويي كه به دست شما وارد ميشود در اثر همين فشار ديناميكي است.

نكته ي حائز اهميت در معادله ي برنولي، كه فشار استاتيك و ديناميك را به هم ربط ميدهد اين است كه ميزان فشار اعمال شده از هر سيال مقدار ثابتي است. بنابراين هر چه سرعت سيال افزايش يابد بر مقدار فشار ديناميكي افزوده شده و به همان ميزان از فشار استاتيكي كاسته ميشود ( اين پيامد را در فرمول بررسي كنيد)

پيوستگي (continuity):

براي توضيح علت تغيير سيالات ، به اصل ديگري كه " قانون يا معادله ي پيوستگي " ناميده ميشود. ميتوان استثنا كرد. اين قانون در واقع همان اصل بقاي ماده است كه در مورد سيالات نيز صدق ميكند. طبق اين اصل در جرياني از يك سيال ، مقدار حاصل ضرب چگالي و سرعت آن سيال در مساحت سطح مقطع همواره مقدار ثابتي است . يعني :
[/align]

p*A*V = constant
اگر سرعت سيال خيلي كمتر از سرعت صوت باشد ، ميزان چگالي آن همواره ثابت است ، بنابر اين ميتوان آن را از معادله حذف كرد. 

لوله هاي ونتوري ( venturi tubes) :

لوله ي ونتوري در ايجاد مكش يا كاهش فشار كاربرد دارد . به اينگونه كه با عبور جريان از داخل لوله ، طبق قانون پيوستگي به علت كاهش مساحت در قسمت گلوگاه ف سرعت جريان در اين قسمت ، منجر به كاهش فشار ميشود و اين كاهش فشار به نوبه ي خود موجب ايجاد مكش در محل اتصال لوله ي فلزي خواهد شد.

آزمايش ها:1 - يك قرقره ي نخ معمولي كوچك انتخاب كنيد ، تكه ي كوچكي از يك مقوا را بريده و از وسط آن سنجاق ته گردي عبور دهيد و مقوا را طوري زير آن نگه داريد كه سنجاق ته گرد در سوراخ وسط قرقره قرار گيرد . حال از سوراخ بالاي قرقره در درون آن بدميد. نتيجه ي حاصل را گزارش كنيد و در مورد علت پديده به تفصيل شرح دهيد.

2 - دو توپ پينگ پنگ را توسط نخي از يك سطح آويزان كنيد ، سپس توسط يك منبع هواي فشرده ، به وسط آنها بدميد. نتيجه ي حاصل را گزارش كنيد و در مورد علت پديده به تفصيل شرح دهيد.

3 - جريان هوا در يك لوله ي ونتوري در مقطع پهن آن كه سطح مقطع 6 فوت مربع است‏ سرعتي معادل 100 فوت بر ثانيه دارد. در مقطع باريك اين لوله ‏سطح مقطع 4 فوت مربع مي گردد. اگر چگالي هوا 0.002378 slog/ft^2 باشد‏ سرعت هوا در اين مقطع باريك چه قدر است. فشار ديناميكي در اين نقطه چه قدر است؟


(گزيده اي از كتاب آيروديناميك به زبان ساده انتشارات امام حسين(ع))
منتقل شده از:www.aerospaceusr.ir


تاليف : آرش خانباشي


تايپ و ويرايش ادبي: فاطمه ابراهيمي

منشا نیروهای ایرودینامیکی

نیروهای ایرودینامیکی چگونه ایجاد میشوند؟

در شکل زیر ازمایش برنولی را می بینید

اقای برنولی با اندازه گیری فشار و سرعت هوای جاری داخل یک لوله در یافت که در یک جریان یکنواخت با افزایش سرعت هوا فشار هوا کاهش می یابد

و این کار را با استفاده از یک لوله که در وسط لوله مقطع کاهش می یافت انجام داد

با ایجاد جریان در داخل لوله و اندازه گیری فشار و سرعت هوا مشخص شد که در ناحیه وسط لوله که مقطع کاهش یافته سرعت جریان افزایش و فشار هوا کاهش می یابد.

(از این خاصیت در کابراتور ماشینهای بنزینی برای مکش بنزین به داخل ورودی هوا و ترکیب هوا و سوخت استفاده می شود)

معادله برنولی رفتار یک سیال را در حالت جریان یکنواخت توضیح می دهد:

v^2 \over 2}+gy+{P \over \rho}=constant} 

v = fluid velocity along the streamline 

g = acceleration due to gravity on Earth 

y = elevation in the direction of gravity 

P = pressure along the streamline 

rho = fluid density

 

وضعیت جریان روی یک صفحه تخت:

وقتی یک صفحه تخت را درون یک جریان هوا قرار می دهیم جریان هوا در مجاورت صفحه وضعیت متفاوت پیدا میکند

چرا که هوای مماس صفحه به علت لزجت (چسبندگی) بناچار باید بر روی صفحه بماند واین تفاوت سرعت هوای مماس و هوای ازاد باعث ایجاد ناحیه ای میشود که لایه های هوا به ارامی بر روی هم می لغزد سرعت هوا نسبت به صفحه از صفر تا سرعت نسبی هوا و صفحه تغییر می کند به این ناحیه لایه مرزی گفته می شود

با جریان هوا بر بروی صفحه بعد از طی فاصله ای جریان هوای لایه ای به هم می ریزد و جریان مغشوش ایجاد می شود

 

در جلو ی صفحه جریان لایه ای شکل می گیرد . ناحیه بعد ناحیه گذارو سپس ناحیه جریان مغشوش است.

شکل زیر جریان هوا حول یک استوانه دوار را نشان می دهد:

 وقتی یک استوانه در داخل یک جریان هوا به گردش در اید به علت ایجاد اختلاف فشار در دو طرف استوانه یک نیروی ایرودنامیکی روی استوانه و عمود بر جریان ایجاد میشود.

برای ایجاد نیرو برای پرواز هر شکلی مناسب نیست . تجربه های مخترعین و ازمایشات مختلف دانشمندان باعث ایجاد مقاطع با هندسه مشخص شد که ایرفویل نامیده می شود

شکل زیر مقاطع (ایرفویل) مختلفی را نشان می دهد که در پرنده های مختلف استفاده شده است

شکل زیر وضعیت فشار هوا را در اطراف ایرفویل نشان میدهد. این تفاوت فشار هوا باعث ایجاد نیروهای ایرودینامیکی می شود

با تغییر زاویه محور ایرفویل نسبت به جریان هوا وضعیت فشار اطراف ایرفویل عوض می شود و مقدار نیروی ایرو دینامیکی و جهت ان عوض میشود زاویه های مثبت باعث ایجاد نیرو ی مثبت و زوایای منفی باعث نیروی منفی می شود

با تجزیه این نیروها در راستای جریان دو نیرو به دست میاید

به نیروی عمود بر جریان نیروی برا (بالابر یا لیقت) و به نیروی مقاوم خلاف جریان پسا (یا درگ) می گویند

منبع : پر پرواز

سطوح کنترل

شکل زیر سه سطح کنترل اصلی هواپیما را نشان میدهد:

 Ailron :هر هواپیما داراری دو شهپر در دو طرف بال می باشد که همیشه خلاف هم حرکت می کند و باعث غلت حول محور طولی شده و به همراه رادر باعث میشود هواپیما به چپ و راست حرکت کند

 Elevator 

بالابر یکی از سطوح کنترل اصلی هواپیما است که معمولا در عقب و بر روی دم قرار دارد و با حرکت ان به سمت بالا و پایین هواپیما وضعیت دماغه پایین و دماغه بالا میگیرد و به دنبال ان هواپیما پایین و یا بالا میرود

 

Rudder

سکان عمودی یکی از سطوح کنترل اصلی هواپیما است که معمولا در عقب و بر روی دم قرار دارد و حرکت ان به سمت چپ و راست باعث گردش هواپیما حول محور قاِیم به راست و چپ می شود

 

Elevon

در هواپیما های دارای بال مثلثی که بال تا نزدیکی انتهای بدنه عقب امده بالابر و شهپر با هم ترکیب می شود یعنی در عمل تنها دو سطح کنترل طرفین بال هم کار شهپر و هم کار بالابر را انجام می دهد

بدین صورت که وقتی این دو سطح بطور مساوی و موافق هم حرکت می کند کار بالابر و وقتی این دو سطح بطور مساوی و مخالف هم حرکت می کند کارشهپر را انجام می دهد

 

Ruddervator

 در هواپیماهای دارای دم V شکل دو سطح کنترل که بر روی دو نیمه دم قرار می گیرد کار بالابر و سکان عمودی را بصورت همزمان به عهده میگیرد

بدین صورت که وقتی این دو سطح بطور مساوی و موافق هم حرکت کند کار بالابر و وقتی این دو سطح بطور مساوی و مخالف هم حرکت کند کار سکان عمودی را انجام می دهد

شهپر ها و سطوح آیرویینامیکی دیگر روی بال یک هواپیمای مسافربر بزرگ

Wingtip 
Low Speed Aileron 
High Speed Aileron 
Flap track fairing 
Krüger flaps 
Slats 
Three slotted inner flaps 
Three slotted outer flaps 
Spoilers 
Spoilers Air-brakes

منبع : پر پرواز

نیروهای ایرودینامیکی

نیروهای ایرودینامیکی

به علت جاذبه زمین همه اجرام به سمت مرکز زمین کشیده می شوند

ولی چگو نه است که یک پرنده می تواند در هوا معلق بماند

رازی وجود ندارد چرا که همه میدانیم عامل این موضوع بال پرنده است

ولی ایا فقط بال کافی است

نه: چرا که پرنده ای که در هوا به راحتی پرواز میکند درون اب این توانایی را ندارد

پس سیالی که پرنده در ان می پرد هم مهم است

مثلا ایا یک گنجشک میتواند تا هر ارتفاعی بالا رود

نه: چراکه هر چه بالا برویم غلظت هوا کم می شود و همانطور که پرنده در سیال غلیظی چون اب توان پرواز ندارد به هوای رقیق ارتفاعات بالا نیز نمی تواند برسد

پس: جاذبه زمین (وزن) پرنده را به پایین و نیروی بال ان را به بالا می برد

Lift: نیروی بالابر

Weight:نیروی جاذبه زمین (وزن)


Airfoil:

برای بالا رفتن در هوا نیاز به وسیله ای داریم که شکل خاصی (همچون بال چرنده ) داشته باشد با یک مقطع خاص . به این مقطع بالواره یا ایرفویل می گویند

در اثر حرکت هوا بر روی بال یک نیروی ایرودینامیکی ایجاد می شود که در دو راستای جریان و عمود بر ان تجزیه می شود

 

Drag:

به موِِِءلفه نیرویی که در راستای جریان قرار دارد و با حرکت مخالفت می کند نیروی پسا یا درگ می گوییم

 

Lift:

به موِِِءلفه نیرویی که در عمود بر جریان هوا است و با عث بالا رفتن می شود نیروی بالابر (برا ) یا لیفت می گوییم

 

تعادل نیروها:

برای اینکه یک پرنده بتواند در هوا پرواز کند باید جریان هوا بر روی بال ایجاد شود که به دنبال این حرکت نیروی درگ نیز ایجاد می شود که باید بگونه ای بر ان غلبه کرد برای اینکار می توان از نیروی پیشران موتور و یا مؤلفه وزن استفاده کرد

Glider:

در هواپیما های هواسر (که بدون نیاز به موتور در هوا پرواز می کنند) از مؤلفه وزن برای غلبه بر نیروی پسا استفاده میشود

منبع : پر پرواز