آیرودینامیک پرواز

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: آیرودینامیک پرواز

برادران رایت توانستند با استفاده از نبوغ و خلاقیت خود در دهم دسامبر ۱۹۰۳ که آرزوی دیرینه بشر را که پرواز بود تحقیق بخشند و از زمانی که اسحاق نیوتن فیزیکدان انگلیسی ، نیروی جاذبه را کشف کرد، فکر پرواز و غلبه بر نیروی جاذبه در انسان شدت بیشتری یافت. برادران رایت که یک مغازه تعمیرات دوچرخه داشتند، همیشه در فکر پرواز بودند.

● تاریخچه
برادران رایت توانستند با استفاده از نبوغ و خلاقیت خود در دهم دسامبر ۱۹۰۳ که آرزوی دیرینه بشر را که پرواز بود تحقیق بخشند و از زمانی که اسحاق نیوتن فیزیکدان انگلیسی ، نیروی جاذبه را کشف کرد، فکر پرواز و غلبه بر نیروی جاذبه در انسان شدت بیشتری یافت. برادران رایت که یک مغازه تعمیرات دوچرخه داشتند، همیشه در فکر پرواز بودند.
آنها بر اساس اطلاعات و مطالعات که در مورد پرواز داشتند به ساخت بالها و طراحی هواپیما پرداختند. سپس یک تونل باد کوچک ساخته و اجزای آیرودینامیکی هواپیمای خود را که از طراحی کاملا نوین و پیشرفته برخوردار بود، آزمایش کردند. و اولین پرواز قابل کنترل هواپیما را انجام دادند. زمانی که هواپیما به پرواز در می آید تحت تاثیر نیروهای آیرودینامیکی قرار می گیرد.
● نیروی آیرودینامیکی
نیروی آیرودینامیک در اثر وزش باد بر روی یک جسم تولید می شود. این جسم می تواند تیر چراغ برق ، یک آسمان خراش ، پل ، هواپیما و یا کابل برق فشار قوی باشد. اما بازتاب نیروی آیرودینامیکی که ایجاد می شود، بستگی به شکل این جسم خاص که در معرض وزش باد قرار گرفته است. اگر هم پهن و دارای زاویه تند باشد در برابر باد مقاومت می کند و در جهت وزش باد خم می شود. اما اگر دارای زوایای خمیده و یا نیم دایره باشد، مقاومت کمتری نسبت به سایر اجسام خواهند داشت. نیروهای آیرودینامیکی شامل چهار نیرو می شود، که این نیروها عبارتند از :
● نیروی برا (LIFT)
نیروی برا ، نیرویی است که باعث بالا رفتن هواپیما یا هلیکوپتر و اجسام برنده ایجاد می شود. برای اینکه این نیرو ایجاد شود باید جسم مورد نظر شکل خاصی داشته باشد، مطلوب ترین شکل می تواند به صورت یک قطره آب و یا یک جسم که یک طرفش نیم دایره و طرف مقابل آن زاویه تند داشته باشد. اگر این جسم به گوشه ای در جریان هوا قرار گیرد که باد از سمت جسم که حالت نیم دایره دارد بوزد و از طرف مقابل که زاویه تندی دارد جسم را ترک کند، نیروی برا ایجاد خواهد شد. وقتی که مولکولهای هوا با لبه جلوی بال برخورد می کند، تعدادی به سمت بالا و تعدادی به سمت پایین بال متمایل می شوند. هر دو گروه مولکولها می بایستی در انتهای بال همزمان به یکدیگر برسند. چون بالای بال هواپیما انحنای بیشتری دارد و مسافت آن نسبت به زیر بال بیشتر است.
در نتیجه مولکولهایی که از سطح بالایی عبور می کنند. می بایستی با سرعت بیشتری حرکت کنند تا با مولکولهای سطح پایین همزمان به انتهای بال هواپیما برسند. این عمل باعث کاهش فشار هوا در سطح بالا نسبت به سطح پایین بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولی وقتی که سرعت هوا در سطح بالای بال بیشتر از سطح پایینی آن باشد، فشار در سطح بالایی کم می شود. حال که فشار هوا در قسمت بالای بال کاهش می یابد و یک خلا نسبی ایجاد می شود که جسم را به طرف خود می کشد. این خلا نسبی همان نیروی برا می باشد که باعث بالا رفتن هواپیما می شود. هر چقدر سرعت هواپیما بیشتر باشد مقدار خلا نسبی نیز بیشتر می شود.
● نیروی وزن (WEIGHT)
زمانی که ما روی زمین قرار گرفته ایم وزن ما بطور عمود بر مرکز زمین وارد می شود. وزن ما باعث قرار گرفتن روی زمین و نیز جاذبه ای که برما وارد می شود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نیوتن ، نیروی جاذبه ای که بر جسم ما وارد می شود برابر با یک خواهد بود.
برای اینکه هواپیما به پرواز درآیند باید بر نیروی جاذبه غلبه کند. وزن همیشه در جهت مخالف نیروی برا است.
● نیروی رانش (THRUST)
وقتی جسمی از زمین بلند شده و در فضا قرار می گیرد، باید نیروی رانش کافی داشته باشد. به عبارت دیگر نیروی رانش باعث می شود تا هواپیما به طرف جلو حرکت کرده و جریان لازم را ایجاد کند. جریان ایجاد شده تولید نیروی برا این کار را خواهد کرد. در هواپیما نیروی رانش بوسیله موتور فراهم می شود.
● نیروی پسا (DRAG)
- طبق قانون نیوتن هر عملی یک عکس العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دلیل اینکه نیروی رانش باعث جلو رفتن هواپیما می شود. افزایش این نیرو باعث افزایش نیروی پسا خواهد شد. وجود نیروی پسا یک امر اجتناب ناپذیر است ولی کارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپیما سعی می کنند در حین پرواز از مقدار نیروی پسا کاسته شود.
- شکل هواپیما ، هر قدر بالها نازکتر یا محل اتصال اجزا خارجی با بدنه زاویه هایی تند نداشته باشد، بخشی از نیروی پسا کاهش می یابد. بستگی به شکل خاص اجزایی که در تولید نیروی برا نقش دارند. مانند بالها ، و بخشی از بدنه . برای اینکه هواپیما بتواند سرعت های کم به اندازه کافی نیروی برا و در سرعت های زیاد از تولید نیروی پسا کاسته شود بالهای آن را به گونه ای مناسب طراحی می کنند.
- پس متوجه می شویم که با افزایش نیروی رانش بر سرعت هواپیما افزوده می شود. با افزوده شدن سرعت هواپیما ، جریان هوا نیز افزایش یافته و نیروی برا افزایش می یابد تا بر وزن هواپیما غلبه کند. با افزایش نیروی برا و رانش بر میدان نیروی پسا نیز افزوده خواهد شد. اما زمانی که هواپیما در مسیر پرواز قرار می گیرد کلیه نیروها به حالت تعادل در آمده و هواپیما با سرعت ثابتی به پرواز خود ادامه می دهد.