نیروی برآ در هواپیما

در هواپیما اختلاف فشار هوائی كه از روی بال و زیر بال می‌گذرد ایجاد نیروی برآر می‌كند و با خنثی شدن نیروی وزن، هواپیما به پرواز درمی‌آید....

بر هواپیمائی كه در حال پرواز یك‌نواخت و مستقیم است چهار نیرو وارد می‌شود:

نیروی پیش‌رانش كه هواپیما را به جلو می‌برد.

نیروی برآر ناشی است از شكل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا و هواپیما را به بالا می‌برد.

نیروی پسار یا نیروی مقاوم هوا كه جهت آن رو به عقب هواپیما است و همواره در مقابل نیروی پیش رانش قرار دارد و مقدار آن بستگی به شكل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا دارد.

نیروی وزن كه هواپیما را به پائین می‌كشاند.

نیروی پیش‌رانش در خلاف جهت نیروی پسار است و نیروی وزن هواپیما در خلاف جهت نیروی برا قرار دارد. اگر نیروی پیش‌رانش بزرگ‌تر از نیروی پسار یا مقاومت هوا نباشد هواپیما دچار واماندگی خواهد شد و همچنین برای پرواز باید نیروی برآر از نیروی وزن بیشتر باشد تا هواپیما بتواند از زمین بلند شده و پرواز كند. وزن هواپیما ثابت است (بدون در نظر گرفتن وزن سوخت) ولی در شرایط مختلف پرواز نیروهای دیگر (نیروی برار و نیروی پسار و نیروی پیش‌رانش) ممكن است تغییر نمایند. مثلاً در هنگام اوج گیری كه زاویه هواپیما نسبت به افق بیشتر است نیروی پسار هم بیشتر خواهد بود. اگر توان موتور یا نیروی پیش‌رانش نتواند نیروی پسار ایجاد شده در اثر افزایش زاویه پرواز هواپیما را جبران كند، هواپیما دچار واماندگی خواهد شد. همچنین نیروی برار هم با افزایش سرعت هواپیما افزایش خواهد یافت و با ارتفاع گرفتن هواپیما در اثر رقیق شدن هوا (در صورت ثابت بودن سرعت هواپیما) كاهش می یابد.

برآر یا نیروی برآر، نیرویی است كه در اثر حركت ماهیواره در شاره (سیال) ایجاد می‌شود. پرواز هواپیما در اثر نیروی برآری است كه حاصل از شكل مقطع آیرودینامیكی بال‌ آن است، كه اصطلاحاً مقطع ماهیواره دارند، نیروی برآر بال هواپیما به عواملی مانند سرعت هواپیما، مساحت بال، چگالی هوا، و شكل ماهیوارهٔ بال بستگی دارد و مطابق با فرمول زیر محاسبه می‌شود.

كه در این فرمول:

ρ( V^2) S C(L) = 2L

L نیروی برآر هواپیما،
ρ چگالی هوا،
V سرعت پرواز هواپیما،
S مساحت بال، و
(C(L ضریب برآر است.
برآر را در فارسی «برآ» هم می‌گویند. واژه «برآر» پیشنهاد فرهنگستان است

پسار برآیند تمام نیروهائی است كه هنگام حركت جسم صلب در شاره در جهت مخالف حركت آن عمل می‌كنند. این نیرو را معمولاً مقاومت هوا نیز می‌گویند، هرچند این اصطلاح دقیق نیست. پسار القایی درگ القایی نوعی از نیرو میباشد كه در اثر نیروی برا بوجود می آید.هنگامی كه بال با زاویه حمله صفر پرواز میكند نیروی پسا ر القایی نداریم و پسار موجود تماما یك نیروی اضافی و صرفاً مقاوم است.هنگامی كه زاویه حمله افزایش مییابد بال یك نیرو ایجاد میكند,مولفه هایی از این نیرو كه با باد نسبی موازی است پسار القایی نامیده میشود. همان طور كه میدانید وقتی كه بال نیروی لیفت ایجاد میكند جریان باد را بصورت یك مسیر منهنی منحرف میكند.نیروهای منتجه هنگامی كه با هم جمع شوند نیروی عكس العمل كل را تشكیل میدهند.اگر نیروی عكس العمل كل درست عمود بر جریان نسبی باد باشد آن وقت نیروی لیفت بدون پسار القایی خواهد بود.اما عملا هیچگاه میگوید كه بال با بوجود آوردن down wash نیروی لیفت ایجاد میكند.به عبارت دیگر با عبور هوا از روی بال جریان هوا به سمت پایین منحرف میشود.نیروی لیفت نیروی عكس العمل در برابر این حركت به سمت پایین میباشد.پس down wash منشا اصلی وجود درگ القایی است. عوامل موثر بر روی پسار القایی 1)نمای افقی بال نمای افقی بال مهم‌ترین فاكتور طراحی برای تعیین مقدار پسار القا شده است.معمولاً پیش بینی میشود كه یك بال با پهنای بلندتر جریان باد را بیشتر به سمت پایین منحرف میكند تا یك بال با پهنای كوتاهتر.این خود up wash بزرگ‌تری را در جلوی بال ایجاد میكند اما اگر طول بال را بلندتر انتخاب كنیم آنگاه كمترین نیروی درگ القایی را خواهیم داشت. 2)زاویه حمله با افزایش زاویه حمله نیروی لیفت بیشتری خواهیم داشت و در نتیجه در انتهای بال down wash بیشتری خواهیم داشت.با افزایش یافتن down wash میدان فشاری كه دور بال در حال چرخش است و گرداب های نوك را نیز در بر میگیرد قدرت بیشتری پیدا میكند كه باعث افزایش up wash و در مهایت درگ القایی میگردد. 3)زاویه sweep هواپیمای دارای بالهای جارویی(همگرا)در موقعیت استال جریان هوای بیشتری را به سمت بالها همگرا میكند.این عمل به بزرگ‌تر شدن up wash در جلوی بال جارویی نسبت به بالهای مستقیم می انجامد و در نتیجه آن زاویه درگ القایی و همچنین زاویه حمله بزرگ‌تر در هنگام استال خواهیم داشت. با محاسبات ریاضی نه چندان پیچیده میتوان فرمولی را برای محاسبه درگ القایی ارایه كرد: D(i)=[2]W2/#peV2b2 با عرض پوزش قرارداد های زیر را درباره فرمول بالا بپذیریدچون كه علایم جدیدی در ریاضیات اختراع كردم چون كامپیوترم برنامه فرمول نویسی نداشت: i داخل پرانتز به عنوان زیروند است برای D و در مجموع D با زیروند i معرف درگ القایی است. 2 داخل كروشه ضریب است وبجز آن هر عددی كه میبینید معرف توان است. W وزن هواپیماست برحسب نیوتون. / یعنی تقسیم.

همان عدد پی است كه هیچ شباهتی با نماد یونانی آن ندارد.

p همان رو یا چگالی هوا است بر حسب Kg/m2. V سرعت هواپیماست برحسب Km/h. b طول بال برحسب m و e عدد كارایی اسوالد است كه برای بالهای بیضوی 1 وبرای سایر بالها بین0.7 تا 0.9 است برحسبN2h2m/Km2Kg(كه باز هم اعداد توان هستند)عنوان پیوند. واژه «پسار» از پیشنهادات فرهنگستان است و در بیشتر متن‌های هوانوردی فارسی به آن «پسا» می‌گفتند.هواپیما با بال ثابت بیشتر هواپیماهای امروزی به‌ویژه هواپیماهای مسافری در این دسته جای دارند.

منظور از بال ثابت آن است كه بال هواپیما (بر خلاف هلیكوپتر) فقط در اثر پیش‌رانش نیروی برآر ایچاد می‌كند. اگرچه بال در بعضی هواپیماها برای جاگیری كمتر یا ملاحظات هواپویشی ممكن است باز و بسته شود ولی این‌گونه هواپیما را نیز دارای بال ثابت می‌شمارند چون باز وبسته شدن بال ایجاد نیروی برآر نمی‌كند.هواپیما با بال ثابت

بیشتر هواپیماهای امروزی به‌ویژه هواپیماهای مسافری در این دسته جای دارند.

منظور از بال ثابت آن است كه بال هواپیما (بر خلاف هلیكوپتر) فقط در اثر پیش‌رانش نیروی برآر ایچاد می‌كند. اگرچه بال در بعضی هواپیماها برای جاگیری كمتر یا ملاحظات هواپویشی ممكن است باز و بسته شود ولی این‌گونه هواپیما را نیز دارای بال ثابت می‌شمارند چون باز وبسته شدن بال ایجاد نیروی برآر نمی‌كند.

شهپرهای هواپیماها در چند نوع هستند از جمله شهپرهای برآفزا كه به افزایش نیروی برآ (نیروی بالابرنده) در پرواز كمك می‌كنند و شهپرهای برآكُش كه از نیوری برآ جلوگیری می‌كنند.


منبع : سایت شبكه فیزیك هوپا