بررسی گلوگاه ها ،پرامترها و توابع

بررسی گلوگاه ها ،پرامترها و توابع

1. مقدمه و تاریخچه

بال پرنده چیست؟

دو تعریف برای آن وجود دارد:

1- نوعی از هواپیما است که در آن تنها عامل اجاد کننده برا (مثبت یا منفی) بال است.

2- هواپیمایی که کلیه پارامتر های آیرودینامیکی آن در ایرفویل بال خلاصه شده است

بانا به هریک از این تعاریف بعضی از هوا پیما ها را می توان بال پرنده به حساب آورد یا رد کرد. به عنوان مثل استفاده از دم عمودی در تعریف دوم غیر مجاز است. ما در این خصوص سخت گیری نخواهیم کرد و بحث در این باره را برای بزرگان هوافضا میگذاریم.

بال پرنده پدیده چندان جدیدی در هوفضا نیست. اولین بال پرنده در سال 1917 میلادی توسط فردی انگلیسی با نام جان دن ساخته شد و پرواز کرد.


از این تارخ به بعد کماکان از این پیکر بیکر بندی استفاده شد اما پیشگامان استفاده عملیاتی از این روش آلمانی ها هستند. در سال 1937 میلادی هواپیمای Ho V در این کشور ساخته شد که نخستن کار جدی در این ضمینه به حساب می آید.


در سال 1944 اولین جت جنگده بال پرنده باز هم توسط آلمان برای شرکت در جنگ جهانی دوم ساخته شد. که قبل از عملیاتی شدن آن جنگ به پایان رسید.


در طول این مدت آمریکایی ها نیز فعالیت هایی در این زمنه داشتند. عمده فعالیت آنها توسط فردی به نام جک نورثپ صورت گرفت. او در تحقیقات خود به این نتیجه رسید که افزایش بازده هواپیما با کم کردن پسای نا شی از دم با استفاده از پیکر بندی بال پرنده امکان پذیر است. در سال 1939 تا 1940 نورثپ هواپیمایی با نام N1-M طراحی کرد که منجر به تکمیل و ساخت بمب افکن بال پرنده با نام N-9M برای نیروی دریایی آمریکا شد.


پس از آن هواپیمای XB-35 برای حمله به آلمان از سواحل غربی ایالات متحده در صورت سقوط انگلستان طراحی شد. نخستین نمونه از این هواپیما در سال 1946 میلادی تکمیل شد. بیشترین وزن برخواست آن 209،000 پوند بود. بر مبنای این طرح هواپیمای YB-35 با موتور توربوجت ساخته شد. در سال 1950 با پایان جنگ این پروژه نیز پایان یافت و تا سال 1980 که شروع برنامه ساخت بمب افکن پنهان کار است تلاش قابل ملاحضه ای در این ضمینه انجام نشد.


XB-35



2. کلیات بال پرنده

· آیرودینامیک

می دانیم که اصلی ترین رکن پرواز ایجاد برا است که توسط بال ایجاد می شود. پس امکان ساخت هواپیما بدون بال ممکن نیست. از طرفی در هواپیماهای متعارف 90 تا 110 درصد برا توسط بال تولید می شود در حالی که حدود 25 درصد کل پسا مربوط به بال است.

بدهی با است صرف نظر از عمل کرد هر یک از اجزاء هواپیما در صورت حذف دوم، بدنه و اجزاء وابسته به آنها بازده هوا پیما افزایش می یا بد و مسئله پدا کردن راه کاری موثر برای پر کردن خلاء حذف این اجزاء است.

o ضرب گشتاور و برا

مهم ترین پارامترها در طراحی بال پرنده ممان است. به دلایلی که در قسمت پایداری توضیح داده خواهد شد بال در این نوع از هواپیما باید گشتاور مثبت ایجاد کند.( در هواپیما های معمولی این گشتاور منفی است) به همین دلیل از انحنایی در قسمت انتهای بال با عنوان Reflex وجود دارد که باعث ایجاد ممان صفر یا مثبت در ایرفویل می شود. از اثرات دیگر آن کاهش CLα=0 و کاهش CLmax است. البته با کاهش برا در زاویه صفر با مساحت برابر بال زاویه حمله در سرعت سیر افزایش می یابد و باتوجه به این که بهترین نسبت های L/Dmax در زاویه حمله 4 تا 8 درجه ایجاد می شود نسبت L/D در بال پرنده با عمل کرد مشابه بیشتر است این مسئله را طراحی های حرفه ای به اسباط رسانده است. ماننده BWB به اثبات رسانده است. جدول زیر مقایسه BWB را با 747-400 مقایسه می کند.


o ضریب پسا

شاید مهم ترین مزیت بال پرنده کاهش پسا است. که در کارایی نقش عمده ای دارد. در زیر به برسی کاهش انواع پسا در بال پرنده می پردازیم

1. کم شدن پسای اصتکاکی ناشی از کاهش سطح خیس شده تاشی از حذف دم وبدنه. به عنوان نمونه مقایسه C-5 و XB-35 که از نظر کلاس وزنی مشابه هستند. در این مقایسه بال پرنده 33 در صد سطح خیس شده کمتر دارد و Cd min در C-5 برابر با 023/0 و در XB-35 برابر با 012/0 است.


2. کهش پسای تداخل به دلیل ناشی از قرار گرفتن اجزاء در طلاتم سیر اجزاء

3. در مقابل در سرعت های حدود صوت به دلیل بیشتر بودن سطح مقطع از روبه رو در هواپیما های مشابه پسای موج بیشتر است.



عوامل پائین آمدن بازده را می توان به شرح زیر بر شمرد:

1. افت ناشی از پایداری که در واقع انرژی صرف شده برای پایدار ماندن هواپیما است

2.

· پایداری و کنترل

می دانیم که دم در هوا پیما های معمولی وظیفه خثی کردن گشتاور بال و در صورت پایدار بودن هواپیما گشتاور ناشی از امال وزن جلوتر از cg را دارد. پس از حذف دم در صورتی که گشتاور بال همچنان مثبت باشد. در صورتی که بخواهیم یک بال پرنده بدون دم پایدار بماند یک از سه روش شناخته شده زیر را به کار می بریم.

1. بال بدون عقیب گراد (plank)

در این سیستم نیاز به ایرفویل با ممان مثبت برای پایدری است که منجر به استفاده از ایرفویل با انحنای روبه بالای زیاد در انتهای ایرفویل دارد. این روش پایداری زیادی ایجاد نمی کند به همین دلیل در ترکیب با سایر روش های پایداری مثلا cg پائین تر از Ac به کار می رود. این شیوه معمولا در هواپیما هایی با قدرت مانور و سرعت پائین به کار می رود.

2. عقب گراد (swept wing)

در این روش تقریبا هر نوع ایر فویل با استفاده از swept و پیچش twist مناسب قابل استفاده است. اما بری گرفت کارایی مناسب و پسای کمتر بهتر است که از ایرفویل هایی با Cm حدود صفر استفاده شود. این روش بهترین روش ایجاد پایداری در بال پرنده است ولی در صورتی که دستیابی کارایی بالا مد نظر باشد تاحدودی پیچیده است.

3. بال و مرکز ثقل پائین (parafoil)

این شیوه پیکر بندی بیشتر در مورد چهپاد ها کارد دارد در این پیکر بندی از ایرفویل با max camber نزدیک به لبه حمله استفاده می شود.



با توجه به گفته های فوق نشان می دهد که بال پرنده ذاتاً پایدار است.

از مزایای و معایب پایداری بال پرنده می وتوان به شرح زیر نامبرد:

می توان با کم کردن پایداری استاتیکی Clmax را افزایش داد
یکی از سطوح کنترلی Elevator کم می شود
از آنجا که اصولا این سیستم برای هواپیما های پایدار به کار نمی رود قدرت مانور آنها بیشتر است
معایب پایداری بال پرنده نیز به شرح زیر است:

در هنگام باد کنترل هواپیما بدون سیستم کمکی کنترل مشکل است
به دلیل داشتن بازوی گشتاور کمتر چرخش حول مهور عرضی به سطوح کنترل بزرگتری نیاز دارد
به دلیل خلاصه شدن کنترل دو سطح کنترلی در یک سطح Elevon هدایت هواپیما پیچیده تر خواهد شد.
باز گشت غیر متعارف از اسپین
بازگشت سخت از لغزش در پرواز غیر معمول
البته با انتخاب سیستم کنترل مناسب و طراح صحیح بسیاری از معایب فوق قابل کنترل است.

· سازه

خصوص سازه می توان گفت که به طور قطع در حالت کلی بال پرنده مزیای بسیاری نسبت به سایر پیکر بندی ها دارد. این مزایا در طرح های حرفه ای مانند BWB به اثبات رسیده است.در BWB تنها بدنه از بوئنگ 747-400 سنگین تر و در مجموع وزن کل 11 درصد از آن سبکتر بود. علت افزایش وزن بدنه نیز تنها به دلیل سیستم تنظیم فشار کابین مسافر بوده است. در زیر تعدادی از آنهارا شرح خواهیم داد:

1. پنای بیشتر spar به دلیل داشتن ایرفیل بلند تر و ضخیم تر

2. راحتی ساخت نمونه واحد

3. توضع وزن داخلی مناسب تر

4. داشتن محفظه بار عریض تر

5. کمتر بودن اتصالات 90 درجه که نیار به تقویت بیشتر دارند

6. سبکتر بودن به دلیل حذف دم افقی


· برسی وزن و مسائل ساخت



در این مدل از هواپیما به دلیل داشتن سازه ساده تر وحذف دم افقی سازه هواپیما تحدودی سبکتر شده است. از طرف دیگر به دلیل کم شدن تعداد قطعات در طرح های مشابه هزینه و زمان کمتری برای ساخت صرف می شود. ولی در هواپیما های مسافر بری به دلیل سیستم حفظ فشار کابین و پهن بودن کابین این پرنده ها مشکلاتی را ایجاد می کند.

· پیشرانه

پیشران به دلیل بازده بالاتر آیرودینامیکی سبکتر و کم قدرت تر شده است. البته بال پرنده موتور عقب در صورت عدم نصب صحیح موتور مشکلاتی در پایداری عرضی ایجاد خواهد کرد. ولی به دلیل قرار گرفتن موتور در انتها جریان آشفته آن روی هواپیما اثر نمی کند


به نقل از http://ehsan1361.persianblog.com/