گلايدرها؛هواپيماهاي بي موتور(2)

عملکرد گلايدرها

همانطور که مي دانيم چهار نيرو به يک هواپيماي معمولي وارد مي شود:

1- نيروي برآ: که به وسيله ي بالها تامين مي شود. بال ها با خنثي کردن اثر وزن، با عث بالا رفتن هواپيما و نگهداشتن آن در هوا مي شوند

2- نيروي جلوبرنده: که به وسيله ي موتورها به وجود مي آيد. و با غلبه بر لختي هواپيما و سپس نيروي پسآ(درگ) حرکت رو به جلوي هواپيما را موجب مي شود.

3- نيروي پسآ

4- نيروي وزن

اگر نيروي پسآ بيشتر از نيروي پيشرانش باشد، هواپيما شروع به کم کردن سرعت مي نمايد و اگر نيروي پيشرانش بيشتر از نيروي پسآ باشد، هواپيما شتاب گرفته و سرعت آن رو به افزايش مي رود.

همچنين اگر نيروي برآ بيشتر از وزن باشد، هواپيما به سمت بالا حرکت مي کند و در غير اين صورت شروع به کم کردن ارتفاع مي نمايد.

همانطور که در ابتدا نيز اشاره کرديم، گلايدر فاقد موتور مي باشد و عملاً فاقد نيروي پيشرانش مي باشد، پس چه عاملي باعث حرکت گلايدر به سمت جلو مي شود؟

حقيقت اين است که مولّفه اي از وزن گلايدر باعث حرکت آنها به سمت جلو مي شود .

اگر خود را خلبان گلايدر فرض کنيم و از ديد او حرکت را مدّ نظر قرار دهيم، نيروي پسآ را به سمت عقب ، برآ را به سمت بالا و وزن را به سمت پايين و متمايل به جلو خواهيم يافت.

بنابراين وزن داراي مولّفه ي رو به جلويي خواهد بود که همان باعث غلبه بر نيروي مقاومت هوا و حرکت گلايدر به سمت جلو مي شود و مولفه ي ديگر وزن (مولّفه ي عمودي آن) توسط برآ خنثي مي شود.

با توجّه به نيروي مقاومت هوا در گلايدر، مولّفه ي افقي نيروي وزن بايد بيشتر از نيروي پسآ باشد تا علاوه بر غلبه کردن بر آن باعث حرکت گلايدر به سمت جلو شود.

بايد توجّه داشت که اگر نيروي برآي کمي داشته باشيم، مولّفه ي عمودي وزن باعث سريعتر رسيدن گلايدر به زمين و در نتيجه کاهش مداومت پروازي مي شود.

براي آنکه بتوانيم مداومت پروازي بالايي داشته باشيم، بايد نيروي برآ را افزايش و نيروي پسآ را کاهش دهيم. در اين صورت برآيند بردار پسآ و برآي ما به سمت بالا، باعث خنثي کردن اثر وزن و در نتيجه باقي ماندن گلايدر در هوا مي شود. همچنين بايد توجه داشت که زاويه ي پرواز گلايدر نسبت به زمين از حد نرمال خارج نشود زيرا برد پروازي را کاهش مي دهد.

نيروي برآ بايد به اندازه اي باشد که مولّفه ي عمودي وزن را خنثي کرده و در عين حال، مولّفه ي افقي وزن بايد به قدري باشد که بر نيروي پسآ غلبه کند.

برآي بيشتر و پسآي کمتر باعث زاويه ي کمتر گلايدر نسبت به زمين مي شودو در نتيجه برد پروازي آن را افزايش مي دهد.

هرچه نسبت برآ به پسآ کمتر باشد گلايدر با سرعت بيشتري ارتفاع کم مي کند و بالعکس هرچه نسبت برآ به پسآ بيشتر باشد، گلايدر افقي تر پرواز کرده و با سرعت کمتري ارتفاع کم خواهد کرد.

از اين بحث استفاده کرده و نسبت گلايد را تعريف مي کنيم: نسبت گلايد بيان مي کند که در ازاي هر فوت (يا متر) کاهش ارتفاع، گلايدر چند فوت (يا متر) به جلو پرواز مي کند. يا به بياني ديگر، نرخ کاهش ارتفاع را بيان مي کند. همچنين نسبت گلايد با نسبت برآ به پسآ برابر مي باشد. و همانطور که مي دانيم زاويه ي گلايد برابر با آرکتانژانت برآ به پسآ مي باشد.

يک گلايدر با طرّاحي مطلوب مي بايست داراي نسبت گلايد بالاي 30 باشد (يعني نيروي برآ در آن 30 برابر نيروي پسآ باشد) و حتّي در انواع بهتر گلايدر، نسبت گلايد چيزي برابر با 60 مي باشد.

مطالب مهمي که در بحث بالا دستگيرمان شد، در طرّاحي گلايدر (با توجّه به اينکه بالا بودن مداومت پروازي مدّ نظرمان است) بايد حدّ اکثر برآ و حدّ اقل پسآ را داشته باشيم که در اين صورت نسبت گلايد بالايي خواهيم داشت و در نتيجه گلايدر به صورت تقريباً افقي پرواز خواهد کرد که در نهايت برد پروازي بالايي را شامل مي شود. بايد توجه داشت که مداومت پروازي بالا، برد پروازي زيادي را نيز به همراه دارد. اما چگونه همچين گلايدري را طرّاحي کنيم؟

1- براي داشتن حدّ اکثر برآ: مي توانيم از بالهاي بزرگ و با مساحت زياد استفاده کنيم. البتّه دوباله ساختن نيز در افزايش برآ تاثير بسزايي دارد امّا چون سطح بادخور را زياد مي کند، پسا ي فشاري نيز افزايش مي يابد. بنا بر اين اين روش چندان توصيه نمي شود. همچنين مي توان با استفاده از فلپ و يا انحنا دادن سطح رويي بال، نيروي برآي بيشتري فراهم آورد.

2- براي داشتن حدّاقل پسآ: برآوردن اين شرط کمي پيچيده تر است. زيرا عوامل متعدّدي بر پسآ تاثير مي گذارند. يکي از آنها پساي فشاري است که به سبب اصطکاک سازه ي گلايدر و جدايش جريان به وجود مي آيد. براي کاهش اين نوع از پسآ دو راهکار وجود دارد:

1- مساحت تمام سطوح (به جز بالها) را کاهش دهيم

2- سطح بادخور را کاهش دهيم

يعني گلايدر از نماي روبه رو مساحت کمتري داشته باشد.

و امّا بيشترين منشاء نيروي پسآ ، گردآبه هاي نوک بال مي باشد. براي آنکه اثر اين گردآبه ها را کاهش دهيم لازم است هواپيما را با نسبت منظري بالا بسازيم. بال با نسبت منظري بالا به طور مفهومي يعني بال نازک و بلند.

چنين نيروي پسايي که در اثر اين گردآبه ها به وجود مي آيد، نوع خاصي از پسآ مي باشد که به آن پساي القايي مي گويند. اين گردآبه ها با منحرف کردن نيروي برآ به سمت عقب، علاوه بر کاهش برآ، بخشي از آن را به پسآ تبديل مي کنندو به همين جهت به آن درگ القايي مي گويند. چون درگ القا شده از برآ مي باشد.

هواپيماهاي جنگنده چون داراي ماموريت متفاوتي مي باشند و براي مانور پروازهاي مافوق صوت طرّاحي شده اند، نمي توانند داراي نسبت منظري بالا باشند. بنا بر اين وقتي با سرعتهاي زير صوت پرواز مي کنند، به دليل گردآبه هاي نوک بال ، داراي بيشترين پسآي القايي مي باشند.

جالب لست بدانيم نسبت برآ به پسآ در F-15 و F-22 در حدود 1 الي 2 مي باشدکه با نسبت برآ به پسآ در يک گلايدر خوب، که در حدود 20 الي 30 مي باشد، بسيار فاصله دارد. بالهاي با نسبت منظري پايين، باعث به وجود آوردن بيشترين پسآي القايي مي شوند. از راهکارهايي که براي کم کردن پسآي القايي (علاوه بر افزايش نسبت منظري)، قرار دادن winglet در نوک بال و همچنين مخروطي ساختن بال مي باشد.

مساله ي ديگري که دانستن آن بسيار حايز اهميت مي باشد، بحث تراز کردن نيروها در گلايدر در حال حرکت مي باشد. نيروي برآ به همراه وزن باعث ايجاد گشتاور در گلايدر مي شود.

بنا بر اين اگر مرکز ثقل خيلي عقب بال (مرکز آيروديناميکي) باشد، پس از پرتاب گلايدر کمي به جلو رفته و بعد stall مي کند. و بر عکس، اگر مرکز ثقل خيلي جلوي بال باشد، کمي بعد از پرتاب، سر گلايدر به شدت پايين مي آيد و آن را مستقيم به سمت زمين هدايت مي کند.و همچنين پر واضح است که اگر مرکز ثقل در يک سمت بدنه بيشتر اثر کند، باعث چرخش آن به همان سمت مي شود. بنا بر اين لازم است که مرکز ثقل در وسط بدنه و خيلي نزديک به بالها قرار گيرد.

مساله ي مهم ديگر که بهينه کردن آن بسيار اهميت دارد، مبحث پايداري مي باشد. قطعاً ما از گلايدرمان انتظار داريم که به خط مستقيم پرواز کند. براي برآورده شدن اين نياز لازم است که براي گلايدر دم نيز طراحي کنيم.

جلو بودن بيشتر مرکز ثقل نياز به نيروي اعمالي بيشتر از سوي دم براي خنثي کردن دارد و بايد توجه داشت که چون در گلايدر با سرعتهاي پايين سرو کار داريم، زياد کردن اين نيرو تنها از طريق افزايش سطح ميسر خواهد بود که خود باعث افزايش نيروي پسآ مي شود. پس اين موضوع که مرکز ثقل تنها کمي جلوتر از بال قرار گيرد لز لهميت زيادي برخوردار مي باشد

يکي ديگر از روشهايي که باعث مي شود گلايدر به راست يا چپ غلت نزند، استفاده از بال هفتي شکل(Dihedral) مي باشد.

منبع:انجمن هوانوردي