نيروي برآر در هواپيما

[EN-EZEL 13,039]

در هواپيما اختلاف فشار هوائي كه از روي بال و زير بال مي‌گذرد ايجاد نيروي برآر مي‌كند و با خنثي شدن نيروي وزن، هواپيما به پرواز درمي‌آيد.

 

بر هواپيمائي كه در حال پرواز يك‌نواخت و مستقيم است چهار نيرو وارد مي‌شود:

 

نيروي پيش‌رانش كه هواپيما را به جلو مي‌برد.

 

نيروي برآر ناشي است از شكل بال هواپيما و سرعت هواپيما و همچنين زاويه قرار گيري بال هواپيما نسبت به جريان هوا و هواپيما را به بالا مي‌برد.

 

نيروي پسار يا نيروي مقاوم هوا كه جهت آن رو به عقب هواپيما است و همواره در مقابل نيروي پيش رانش قرار دارد و مقدار آن بستگي به شكل بال هواپيما و سرعت هواپيما و همچنين زاويه قرار گيري بال هواپيما نسبت به جريان هوا دارد.

 

نيروي وزن كه هواپيما را به پائين مي‌كشاند.

 

نيروي پيش‌رانش در خلاف جهت نيروي پسار است و نيروي وزن هواپيما در خلاف جهت نيروي برا قرار دارد. اگر نيروي پيش‌رانش بزرگ‌تر از نيروي پسار يا مقاومت هوا نباشد هواپيما دچار واماندگي خواهد شد و همچنين براي پرواز بايد نيروي برآر از نيروي وزن بيشتر باشد تا هواپيما بتواند از زمين بلند شده و پرواز كند. وزن هواپيما ثابت است (بدون در نظر گرفتن وزن سوخت) ولي در شرايط مختلف پرواز نيروهاي ديگر (نيروي برار و نيروي پسار و نيروي پيش‌رانش) ممكن است تغيير نمايند. مثلاً در هنگام اوج گيري كه زاويه هواپيما نسبت به افق بيشتر است نيروي پسار هم بيشتر خواهد بود. اگر توان موتور يا نيروي پيش‌رانش نتواند نيروي پسار ايجاد شده در اثر افزايش زاويه پرواز هواپيما را جبران كند، هواپيما دچار واماندگي خواهد شد. همچنين نيروي برار هم با افزايش سرعت هواپيما افزايش خواهد يافت و با ارتفاع گرفتن هواپيما در اثر رقيق شدن هوا (در صورت ثابت بودن سرعت هواپيما) كاهش مي يابد.

 

برآر يا نيروي برآر، نيرويي است كه در اثر حركت ماهيواره در شاره (سيال) ايجاد مي‌شود. پرواز هواپيما در اثر نيروي برآري است كه حاصل از شكل مقطع آيروديناميكي بال‌ آن است، كه اصطلاحاً مقطع ماهيواره دارند، نيروي برآر بال هواپيما به عواملي مانند سرعت هواپيما، مساحت بال، چگالي هوا، و شكل ماهيوارهٔ بال بستگي دارد و مطابق با فرمول زير محاسبه مي‌شود.

 

كه در اين فرمول:

 

ρ( V^2) S C(L) = 2L

 

L نيروي برآر هواپيما،

ρ چگالي هوا،

V سرعت پرواز هواپيما،

S مساحت بال، و

(C(L ضريب برآر است.

برآر را در فارسي «برآ» هم مي‌گويند. واژه «برآر» پيشنهاد فرهنگستان است

 

پسار برآيند تمام نيروهائي است كه هنگام حركت جسم صلب در شاره در جهت مخالف حركت آن عمل مي‌كنند. اين نيرو را معمولاً مقاومت هوا نيز مي‌گويند، هرچند اين اصطلاح دقيق نيست. پسار القايي درگ القايي نوعي از نيرو ميباشد كه در اثر نيروي برا بوجود مي آيد.هنگامي كه بال با زاويه حمله صفر پرواز ميكند نيروي پسا ر القايي نداريم و پسار موجود تماما يك نيروي اضافي و صرفاً مقاوم است.هنگامي كه زاويه حمله افزايش مييابد بال يك نيرو ايجاد ميكند,مولفه هايي از اين نيرو كه با باد نسبي موازي است پسار القايي ناميده ميشود. همان طور كه ميدانيد وقتي كه بال نيروي ليفت ايجاد ميكند جريان باد را بصورت يك مسير منهني منحرف ميكند.نيروهاي منتجه هنگامي كه با هم جمع شوند نيروي عكس العمل كل را تشكيل ميدهند.اگر نيروي عكس العمل كل درست عمود بر جريان نسبي باد باشد آن وقت نيروي ليفت بدون پسار القايي خواهد بود.اما عملا هيچگاه ميگويد كه بال با بوجود آوردن down wash نيروي ليفت ايجاد ميكند.به عبارت ديگر با عبور هوا از روي بال جريان هوا به سمت پايين منحرف ميشود.نيروي ليفت نيروي عكس العمل در برابر اين حركت به سمت پايين ميباشد.پس down wash منشا اصلي وجود درگ القايي است. عوامل موثر بر روي پسار القايي 1)نماي افقي بال نماي افقي بال مهم‌ترين فاكتور طراحي براي تعيين مقدار پسار القا شده است.معمولاً پيش بيني ميشود كه يك بال با پهناي بلندتر جريان باد را بيشتر به سمت پايين منحرف ميكند تا يك بال با پهناي كوتاهتر.اين خود up wash بزرگ‌تري را در جلوي بال ايجاد ميكند اما اگر طول بال را بلندتر انتخاب كنيم آنگاه كمترين نيروي درگ القايي را خواهيم داشت. 2)زاويه حمله با افزايش زاويه حمله نيروي ليفت بيشتري خواهيم داشت و در نتيجه در انتهاي بال down wash بيشتري خواهيم داشت.با افزايش يافتن down wash ميدان فشاري كه دور بال در حال چرخش است و گرداب هاي نوك را نيز در بر ميگيرد قدرت بيشتري پيدا ميكند كه باعث افزايش up wash و در مهايت درگ القايي ميگردد. 3)زاويه sweep هواپيماي داراي بالهاي جارويي(همگرا)در موقعيت استال جريان هواي بيشتري را به سمت بالها همگرا ميكند.اين عمل به بزرگ‌تر شدن up wash در جلوي بال جارويي نسبت به بالهاي مستقيم مي انجامد و در نتيجه آن زاويه درگ القايي و همچنين زاويه حمله بزرگ‌تر در هنگام استال خواهيم داشت. با محاسبات رياضي نه چندان پيچيده ميتوان فرمولي را براي محاسبه درگ القايي ارايه كرد: D(i)=[2]W2/#peV2b2 با عرض پوزش قرارداد هاي زير را درباره فرمول بالا بپذيريدچون كه علايم جديدي در رياضيات اختراع كردم چون كامپيوترم برنامه فرمول نويسي نداشت: i داخل پرانتز به عنوان زيروند است براي D و در مجموع D با زيروند i معرف درگ القايي است. 2 داخل كروشه ضريب است وبجز آن هر عددي كه ميبينيد معرف توان است. W وزن هواپيماست برحسب نيوتون. / يعني تقسيم.

 

همان عدد پي است كه هيچ شباهتي با نماد يوناني آن ندارد.

 

p همان رو يا چگالي هوا است بر حسب Kg/m2. V سرعت هواپيماست برحسب Km/h. b طول بال برحسب m و e عدد كارايي اسوالد است كه براي بالهاي بيضوي 1 وبراي ساير بالها بين0.7 تا 0.9 است برحسبN2h2m/Km2Kg(كه باز هم اعداد توان هستند)عنوان پيوند. واژه «پسار» از پيشنهادات فرهنگستان است و در بيشتر متن‌هاي هوانوردي فارسي به آن «پسا» مي‌گفتند.هواپيما با بال ثابت بيشتر هواپيماهاي امروزي به‌ويژه هواپيماهاي مسافري در اين دسته جاي دارند.

 

منظور از بال ثابت آن است كه بال هواپيما (بر خلاف هليكوپتر) فقط در اثر پيش‌رانش نيروي برآر ايچاد مي‌كند. اگرچه بال در بعضي هواپيماها براي جاگيري كمتر يا ملاحظات هواپويشي ممكن است باز و بسته شود ولي اين‌گونه هواپيما را نيز داراي بال ثابت مي‌شمارند چون باز وبسته شدن بال ايجاد نيروي برآر نمي‌كند.هواپيما با بال ثابت

 

بيشتر هواپيماهاي امروزي به‌ويژه هواپيماهاي مسافري در اين دسته جاي دارند.

 

منظور از بال ثابت آن است كه بال هواپيما (بر خلاف هليكوپتر) فقط در اثر پيش‌رانش نيروي برآر ايچاد مي‌كند. اگرچه بال در بعضي هواپيماها براي جاگيري كمتر يا ملاحظات هواپويشي ممكن است باز و بسته شود ولي اين‌گونه هواپيما را نيز داراي بال ثابت مي‌شمارند چون باز وبسته شدن بال ايجاد نيروي برآر نمي‌كند.

 

شهپرهاي هواپيماها در چند نوع هستند از جمله شهپرهاي برآفزا كه به افزايش نيروي برآ (نيروي بالابرنده) در پرواز كمك مي‌كنند و شهپرهاي برآكُش كه از نيوري برآ جلوگيري مي‌كنند.