آيروديناميك پرواز

آيروديناميك پرواز

تاريخچه

برادران رايت توانستند با استفاده از نبوغ و خلاقيت خود در دهم دسامبر 1903 كه آرزوي ديرينه بشر را كه پرواز بود تحقيق بخشند و از زماني كه اسحاق نيوتن فيزيكدان انگليسي ، نيروي جاذبه را كشف كرد، فكر پرواز و غلبه بر نيروي جاذبه در انسان شدت بيشتري يافت. برادران رايت كه يك مغازه تعميرات دوچرخه داشتند، هميشه در فكر پرواز بودند.

آنها بر اساس اطلاعات و مطالعات كه در مورد پرواز داشتند به ساخت بالها و طراحي هواپيما پرداختند. سپس يك تونل باد كوچك ساخته و اجزاي آيروديناميكي هواپيماي خود را كه از طراحي كاملا نوين و پيشرفته برخوردار بود، آزمايش كردند. و اولين پرواز قابل كنترل هواپيما را انجام دادند. زماني كه هواپيما به پرواز در مي*آيد تحت تاثير نيروهاي آيروديناميكي قرار مي*گيرد.

نيروي آيروديناميكي

نيروي آيروديناميك در اثر وزش باد بر روي يك جسم توليد مي*شود. اين جسم مي*تواند تير چراغ* برق ، يك آسمان خراش ، پل ، هواپيما و يا كابل برق فشار قوي باشد. اما بازتاب نيروي آيروديناميكي كه ايجاد مي*شود، بستگي به شكل اين جسم خاص كه در معرض وزش باد قرار گرفته است. اگر هم پهن و داراي زاويه تند باشد در برابر باد مقاومت مي*كند و در جهت وزش باد خم مي*شود. اما اگر داراي زواياي خميده و يا نيم*دايره باشد، مقاومت كمتري نسبت به ساير اجسام خواهند داشت. نيروهاي آيروديناميكي شامل چهار نيرو مي*شود، كه اين نيروها عبارتند از :

نيروي برا (lift)

نيروي برا ، نيرويي است كه باعث بالا رفتن هواپيما يا هليكوپتر و اجسام برنده ايجاد مي*شود. براي اينكه اين نيرو ايجاد شود بايد جسم مورد نظر شكل خاصي داشته باشد، مطلوب*ترين شكل مي*تواند به صورت يك قطره آب و يا يك جسم كه يك طرفش نيم*دايره و طرف مقابل آن زاويه تند داشته باشد. اگر اين جسم به گوشه*اي در جريان هوا قرار گيرد كه باد از سمت جسم كه حالت نيم*دايره دارد بوزد و از طرف مقابل كه زاويه تندي دارد جسم را ترك كند، نيروي برا ايجاد خواهد شد. وقتي كه مولكولهاي هوا با لبه جلوي بال برخورد مي*كند، تعدادي به سمت بالا و تعدادي به سمت پايين بال متمايل مي*شوند. هر دو گروه مولكولها مي*بايستي در انتهاي بال همزمان به يكديگر برسند. چون بالاي بال هواپيما انحناي بيشتري دارد و مسافت آن نسبت به زير بال بيشتر است.

در نتيجه مولكولهايي كه از سطح بالايي عبور مي*كنند. مي*بايستي با سرعت بيشتري حركت كنند تا با مولكولهاي سطح پايين همزمان به انتهاي بال هواپيما برسند. اين عمل باعث كاهش فشار هوا در سطح بالا نسبت به سطح پايين بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولي وقتي كه سرعت هوا در سطح بالاي بال بيشتر از سطح پاييني آن باشد، فشار در سطح بالايي كم مي*شود. حال كه فشار هوا در قسمت بالاي بال كاهش مي*يابد و يك خلا نسبي ايجاد مي*شود كه جسم را به طرف خود مي*كشد. اين خلا نسبي همان نيروي برا مي*باشد كه باعث بالا رفتن هواپيما مي*شود. هر چقدر سرعت هواپيما بيشتر باشد مقدار خلا نسبي نيز بيشتر مي*شود.

نيروي وزن (weight)

زماني كه ما روي زمين قرار گرفته*ايم وزن ما بطور عمود بر مركز زمين وارد مي*شود. وزن ما باعث قرار گرفتن روي زمين و نيز جاذبه*اي كه برما وارد مي*شود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نيوتن ، نيروي جاذبه*اي كه بر جسم ما وارد مي*شود برابر با يك خواهد بود.

براي اينكه هواپيما به پرواز درآيند بايد بر نيروي جاذبه غلبه كند. وزن هميشه در جهت مخالف نيروي برا است.

نيروي رانش (thrust)

وقتي جسمي از زمين بلند شده و در فضا قرار مي*گيرد، بايد نيروي رانش كافي داشته باشد. به عبارت ديگر نيروي رانش باعث مي*شود تا هواپيما به طرف جلو حركت كرده و جريان لازم را ايجاد كند. جريان ايجاد شده توليد نيروي برا اين كار را خواهد كرد. در هواپيما نيروي رانش بوسيله موتور فراهم مي*شود.

نيروي پسا (drag)

- طبق قانون نيوتن هر عملي يك عكس*العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دليل اينكه نيروي رانش باعث جلو رفتن هواپيما مي*شود. افزايش اين نيرو باعث افزايش نيروي پسا خواهد شد. وجود نيروي پسا يك امر اجتناب ناپذير است ولي كارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپيما سعي مي*كنند در حين پرواز از مقدار نيروي پسا كاسته شود.

- شكل هواپيما ، هر قدر بالها نازكتر يا محل اتصال اجزا خارجي با بدنه زاويه*هايي تند نداشته باشد، بخشي از نيروي پسا كاهش مي*يابد. بستگي به شكل خاص اجزايي كه در توليد نيروي برا نقش دارند. مانند بالها ، و بخشي از بدنه . براي اينكه هواپيما بتواند سرعت*هاي كم به اندازه كافي نيروي برا و در سرعت*هاي زياد از توليد نيروي پسا كاسته شود بالهاي آن را به گونه*اي مناسب طراحي مي*كنند.

- پس متوجه مي*شويم كه با افزايش نيروي رانش بر سرعت هواپيما افزوده مي*شود. با افزوده شدن سرعت هواپيما ، جريان هوا نيز افزايش يافته و نيروي برا افزايش مي*يابد تا بر وزن هواپيما غلبه كند. با افزايش نيروي برا و رانش بر ميدان نيروي پسا نيز افزوده خواهد شد. اما زماني كه هواپيما در مسير پرواز قرار مي*گيرد كليه نيروها به حالت تعادل در آمده و هواپيما با سرعت ثابتي به پرواز خود ادامه مي*دهد.