-
آیرودینامیك پرواز
تاریخچه
برادران رایت توانستند با استفاده از نبوغ و خلاقیت خود در دهم دسامبر 1903 كه آرزوی دیرینه بشر را كه پرواز بود تحقیق بخشند و از زمانی كه اسحاق نیوتن فیزیكدان انگلیسی ، نیروی جاذبه را كشف كرد، فكر پرواز و غلبه بر نیروی جاذبه در انسان شدت بیشتری یافت. برادران رایت كه یك مغازه تعمیرات دوچرخه داشتند، همیشه در فكر پرواز بودند.
آنها بر اساس اطلاعات و مطالعات كه در مورد پرواز داشتند به ساخت بالها و طراحی هواپیما پرداختند. سپس یك تونل باد كوچك ساخته و اجزای آیرودینامیكی هواپیمای خود را كه از طراحی كاملا نوین و پیشرفته برخوردار بود، آزمایش كردند. و اولین پرواز قابل كنترل هواپیما را انجام دادند. زمانی كه هواپیما به پرواز در می‌آید تحت تاثیر نیروهای آیرودینامیكی قرار می‌گیرد.
نیروی آیرودینامیكی
نیروی آیرودینامیك در اثر وزش باد بر روی یك جسم تولید می‌شود. این جسم می‌تواند تیر چراغ برق ، یك آسمان خراش ، پل ، هواپیما و یا كابل برق فشار قوی باشد. اما بازتاب نیروی آیرودینامیكی كه ایجاد می‌شود، بستگی به شكل این جسم خاص كه در معرض وزش باد قرار گرفته است. اگر هم پهن و دارای زاویه تند باشد در برابر باد مقاومت می‌كند و در جهت وزش باد خم می‌شود. اما اگر دارای زوایای خمیده و یا نیم‌دایره باشد، مقاومت كمتری نسبت به سایر اجسام خواهند داشت. نیروهای آیرودینامیكی شامل چهار نیرو می‌شود، كه این نیروها عبارتند از :
نیروی برا (lift)
نیروی برا ، نیرویی است كه باعث بالا رفتن هواپیما یا هلیكوپتر و اجسام برنده ایجاد می‌شود. برای اینكه این نیرو ایجاد شود باید جسم مورد نظر شكل خاصی داشته باشد، مطلوب‌ترین شكل می‌تواند به صورت یك قطره آب و یا یك جسم كه یك طرفش نیم‌دایره و طرف مقابل آن زاویه تند داشته باشد. اگر این جسم به گوشه‌ای در جریان هوا قرار گیرد كه باد از سمت جسم كه حالت نیم‌دایره دارد بوزد و از طرف مقابل كه زاویه تندی دارد جسم را ترك كند، نیروی برا ایجاد خواهد شد. وقتی كه مولكولهای هوا با لبه جلوی بال برخورد می‌كند، تعدادی به سمت بالا و تعدادی به سمت پایین بال متمایل می‌شوند. هر دو گروه مولكولها می‌بایستی در انتهای بال همزمان به یكدیگر برسند. چون بالای بال هواپیما انحنای بیشتری دارد و مسافت آن نسبت به زیر بال بیشتر است.
در نتیجه مولكولهایی كه از سطح بالایی عبور می‌كنند. می‌بایستی با سرعت بیشتری حركت كنند تا با مولكولهای سطح پایین همزمان به انتهای بال هواپیما برسند. این عمل باعث كاهش فشار هوا در سطح بالا نسبت به سطح پایین بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولی وقتی كه سرعت هوا در سطح بالای بال بیشتر از سطح پایینی آن باشد، فشار در سطح بالایی كم می‌شود. حال كه فشار هوا در قسمت بالای بال كاهش می‌یابد و یك خلا نسبی ایجاد می‌شود كه جسم را به طرف خود می‌كشد. این خلا نسبی همان نیروی برا می‌باشد كه باعث بالا رفتن هواپیما می‌شود. هر چقدر سرعت هواپیما بیشتر باشد مقدار خلا نسبی نیز بیشتر می‌شود.
نیروی وزن (weight)
زمانی كه ما روی زمین قرار گرفته‌ایم وزن ما بطور عمود بر مركز زمین وارد می‌شود. وزن ما باعث قرار گرفتن روی زمین و نیز جاذبه‌ای كه برما وارد می‌شود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نیوتن ، نیروی جاذبه‌ای كه بر جسم ما وارد می‌شود برابر با یك خواهد بود.
برای اینكه هواپیما به پرواز درآیند باید بر نیروی جاذبه غلبه كند. وزن همیشه در جهت مخالف نیروی برا است.
نیروی رانش (thrust)
وقتی جسمی از زمین بلند شده و در فضا قرار می‌گیرد، باید نیروی رانش كافی داشته باشد. به عبارت دیگر نیروی رانش باعث می‌شود تا هواپیما به طرف جلو حركت كرده و جریان لازم را ایجاد كند. جریان ایجاد شده تولید نیروی برا این كار را خواهد كرد. در هواپیما نیروی رانش بوسیله موتور فراهم می‌شود.
نیروی پسا (drag)
- طبق قانون نیوتن هر عملی یك عكس‌العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دلیل اینكه نیروی رانش باعث جلو رفتن هواپیما می‌شود. افزایش این نیرو باعث افزایش نیروی پسا خواهد شد. وجود نیروی پسا یك امر اجتناب ناپذیر است ولی كارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپیما سعی می‌كنند در حین پرواز از مقدار نیروی پسا كاسته شود.
- شكل هواپیما ، هر قدر بالها نازكتر یا محل اتصال اجزا خارجی با بدنه زاویه‌هایی تند نداشته باشد، بخشی از نیروی پسا كاهش می‌یابد. بستگی به شكل خاص اجزایی كه در تولید نیروی برا نقش دارند. مانند بالها ، و بخشی از بدنه . برای اینكه هواپیما بتواند سرعت‌های كم به اندازه كافی نیروی برا و در سرعت‌های زیاد از تولید نیروی پسا كاسته شود بالهای آن را به گونه‌ای مناسب طراحی می‌كنند.
- پس متوجه می‌شویم كه با افزایش نیروی رانش بر سرعت هواپیما افزوده می‌شود. با افزوده شدن سرعت هواپیما ، جریان هوا نیز افزایش یافته و نیروی برا افزایش می‌یابد تا بر وزن هواپیما غلبه كند. با افزایش نیروی برا و رانش بر میدان نیروی پسا نیز افزوده خواهد شد. اما زمانی كه هواپیما در مسیر پرواز قرار می‌گیرد كلیه نیروها به حالت تعادل در آمده و هواپیما با سرعت ثابتی به پرواز خود ادامه می‌دهد.
