نویسه جدید وبلاگ
سلامبه اطلاع تمامی دوستان و علاقمندان به انجام فعالیت های پژوهشی می رساند که گروه علمی تحقیقاتی سرلشکر خلبان شهید عباس بابایی برای تکمیل کادر پژوهشی خود عضومی پذیرد لذا علاقمندان به همکاری می توانند رزومه کاری خود را به آدرس s.m_h99@yahoo.com ارسال نمایند تا پس از بررسی های لازمه از بتوان از حضور ایشان استفاده نمود
نویسه جدید وبلاگ
ارامترهاي تأثيرگذار در انتخاب ايرفويل:با توجه به مطالبي كه در 5 قسمت قبلي آمد، اميدواريم بينش اوليه و جامع درباره ايرفويل پيدا كرده باشيد. حال به عنوان يك مهندس آيروديناميك مي خواهيم يك ايرفويل مناسب را از ميان انبوهي از ايرفويلهاي طراحي شده انتخاب كنيم.... به نظر شما چه پارامترهايي در انتخاب ما موثر است؟ در ادامه اين مباحث تا آنجا كه مقدوره پارامترهاي اصلي را معرفي خواهيم كرد...
متخصصان آيروديناميك و طراحان هواپيما براي انتخاب ايرفويل مناسب معمولا به چند منحني مهم كه از ايرفويلها بدست مي آيد توجه مي كنند... اين منحني ها به شرح زير هستند:
1) منحني تغييرات ضريب برآ به زاويه حمله (Cl-alpha)
2) منحني تغييرات L/D (يا همان Cl/Cd) به زاويه حمله (L/D-alpha)
3) منحني تغييرات ضريب گشتاور ايرفويل به زاويه حمله (Cm-alpha)
4) منحني تغييرات ضريب پسا به ضريب برآ (Cd-Cl)
منحني تغييرات ضريب برآ به زاويه حمله (Cl-alpha)
اين منحني در قسمتهاي قبلي به طور كامل شرح داده شد. سه پارامتر در اين نمودار وجود دارد كه براي طراحي بال هواپيما حائز اهميت هست: 1) ضريب برآي ماكزيمم 2) زاويه حمله واماندگي 3) زاويه حمله برآ صفر ( Zero lift angle of attack - زاويه اي كه در آن نيروي برآي ايرفويل صفر است.... اين زاويه غالبا منفي است)
ضريب برآي ماكزيمم هر چقدر بيشتر باشد هواپيما مي تواند در هنگام فرود با سرعت كمتر بنشيند كه اين خود باعث كوتاه شدن باند فرود مي شود... در هنگام برخاست هم هواپيما مي تواند زودتر از زمين بلند شود.... علاوه براين بالا بودن ضريب برآي ماكزميم مصرف سوخت را كاهش داده و هواپيما مي تواند محموله بيشتري را حمل كند.
زاويه واماندگي از ديگر مشخصه هاي مهم ايرفويل است.... هر چه قدر اين زاويه بزرگتر باشد جريان ديرتر از روي ايرفويل جدا مي شود و پديده واماندگي ديرتر اتفاق مي افتد. اين امر براي جنگنده ها كه نياز به مانور بالا دارند حياتي است. محدوده اين زاويه تقريبا 10 تا 15 درجه (بسته به نوع ايرفويل) مي باشد.
منحني تغييرات L/D (يا همان Cl/Cd) به زاويه حمله (L/D-alpha)
پارامتر L/D يا همان نسبت برآ به پسا يكي از مهمترين مشخصه ها ايرفويل و هواپيماست.... اين پارامتر معروف به « نسبت كارايي آيروديناميكي » هست... و معمولا طراحان و متخصصان آيروديناميك با عبارت L over D آن را تلفظ مي كنند. (پس اگر جايي شنيديد تعجب نكنيد!)... تلاشهاي زيادي شده است كه تا مي توانند اين نسبت را افزايش دهند زيرا افزايش آن به زبان ساده يعني افزايش نيروي برآ در عين كاهش نيروي پسا.... اين تعريف باخودش بسياري از مشكلات آيروديناميكي و طراحي را حل مي كند! در اين منحني٬ زاویه حمله ای که در آن L/D ماکزیمم می شود٬مهمترين پارامتر است:
اين زاويه بسيار با ارزش است .... زيرا اگر بال هواپيما در اين زاويه حمله پرواز كند بهترين كارايي را خواهد داشت... به همين دليل است كه اين زاويه به عنوان زاويه نصب بال انتخاب مي شود.... محدوده اين زاويه بين 3 تا 5 درجه براي ايرفويل است. مقدار L/D ماکزیمم هم پارامتر مهم دیگر این منحنی است.
منحني تغييرات ضريب گشتاور ايرفويل به زاويه حمله (Cm-alpha)
ابتدا بايد ذكر شود كه اين منحني مربوط به ايرفويل است و ربطي به منحني تعادل هواپيما ندارد. در منحني تعادل هواپيما٬ ضريب گشتاور كل هواپيما نسبت به زاويه حمله آن مورد بررسي قرار مي گيرد اما در اينجا منظور، ضريب گشتاور ايرفويل نسبت به تغيير زاويه حمله است.... با توجه به تعريف مركز آيروديناميكي مي توان فهميد كه چرا ضريب گشتاور حول مركز آيروديناميكي در منحني زير ثابت است:
مهمترين پارامتر اين منحني مقدار خود ضريب گشتاور است كه يك طراح و متخصص آيروديناميك مايل است تا مي تواند اين ضريب را كم كند. زيرا كم بودن آن به طراح اجازه مي دهد كه تعادل و پايداري بهتري را براي هواپيما به دست بياورد.
منحني تغييرات ضريب پسا به ضريب برآ (Cd-Cl)
اين منحني مهترين منحني يك ايرفويل مي باشد. در اين منحني كمترين مقدار Cd را Cdmin و Cl متناظر آن را Cli (ضريب برآي ايده آل)مي نامند. در اين منحني سه پارامتر بسيار با اهميت اند. پارامتر اول مقدار حداقل ضريب پسا (Cdmin) است كه هر قدر كمتر باشد مطلوب تر است. پارامتر دوم ضريب برآي ايده آل (Cli- Ideal Lift Coefficeint) كه در آن ضريب پسا حداقل است و آخرين پارامتر ضريب برآي طراحي (Cld- Design Lift Coefficeint) كه در آن نسبت L/D ماكزيمم است.
براي بدست آوردن نسبت برآي طراحي كافيست از مبدا مماسی به سمت راست منحني بكشيم. محل تماس اين مماس با منحني همان مقدار Cld مي باشد.
نویسه جدید وبلاگ
در اين قسمت با انواع ديگري از ايرفويلها آشنا مي شويم:
ايرفويل انحنادار: اين ايرفويل ها داراي انحنا هستند. يعني به غير خط وتر، خط ديگري به نام خط انحنا (camber line) وجود داره كه فاصله سطح بالايي و سطح پاييني ايرفويل از اين خط يكي هست. در ايرفويل متقارن اين خط منطبق بر خط وتر مي شد:
همانطور كه در قسمت سوم مباحث آموزشي درباره ايرفويل بحث شد، انحنا از جهتي مفيد است و از جهت ديگر مضر.... از اين جهت مفيد است كه با افزايش انحناي ايرفويل، مقدار نيروي برآ افزايش مي يابد و اين امر براي ما مطلوب است... در عين حال افزايش انحنا مقدار نيروي پسا را نيز افزايش مي دهد و هم چنين باعث مي گردد كه ايرفويل در زاويه حمله كوچكتري دچار واماندگي شود كه اين شرايط براي ما مطلوب نيست...
به همين علت هست كه در هواپيما ها از ايرفويل با انحناي متغيير استفاده مي شود. شايد سوال شود كه چطور مي شود انحناي ايروفيل را تغيير داد؟... به سادگي ... اين كار توسط ابزاري به نام فلپ (flap) انجام مي گيرد. در واقع فلپ بالكي است كه در انتهاي ايرفويل قرار مي دهند و با تغيير زاويه آن، انحناي ايروفيل تغيير مي كند. فلپها انواع مختلفي دارند كه در شكل زير مشاهده مي كنيد:
فلپ ها معمولا نزديك ريشه بال هواپيما (در مجاورت بدنه) قرار مي گيرند كه شكل زير گوياي اين امر است:
البته برخي از هواپيماها بيش از يك فلپ دارند:
اينجاست كه متوجه مي شويم كه چرا هواپيماها در هنگام بلند شدن از زمين (take off) و فرود (landing) از فلپ استفاده مي كنند. در اين وضعيت ها به خاطر پايين بودن سرعت هواپيما، نيروي برآ براي پرواز كافي نيست، بنابراين با استفاده از فلپها انحناي ايرفويل بالها افزايش و در نتيجه نيروي برآ افزايش مي يابد. و همچنين در بقيه شرايط پروازي كه سرعت هواپيما زياد است، از فلپها استفاده نمي شود، چون استفاده از فلپ مساويست با افزايش انحناي ايرفويل و در نتيجه افزايش نيروي پسا.... در شكل زير بوئينگ 747 را مشاهده مي كنيد كه در حالت فرود كاملا فلپها را باز كرده است:
ايرفويل فوق بحراني (supercritical): وقتي هواپيماها نزديك سرعت صوت مي شوند، در بعضي از قسمت هاي آنها امواج ضربه اي ايجاد مي گردد. در اينجا قصد نداريم كه اين امواج را شرح دهيم اما همين قدر بدانيد كه با تشكيل اين امواج، نيروي پسا به شدت افزايش پيدا مي كند. براي جلوگيري از اين امر در سال 1960 ميلادي ايرفويلهايي موسوم به فوق بحراني (supercritical) طراحي شد. خاصيت آنها اين بود كه موج ضربه اي ضعيف تري نسبت به ايرفويلهاي معمولي ايجاد مي كردند و هواپيماهايي كه اين ايرفويلها در آنها به كار رفته شده بود مي توانستند تا سرعتهاي بيشتري شتاب بگيرند.
در شكل زير هواپيماي f-8 را مشاهده مي كنيد كه مجهز به ايرفويل فوق بحراني است:
سطح بالايي اين ايرفويلها نسبتا مسطح است. اما سطح زيرين، نزيك لبه فرار انحنايي وجود دارد كه بارزترين مشخصه ايرفويلهاي فوق بحرانيست.
نویسه جدید وبلاگ
مركز فشار ايرفويل: نقطه اي در ايرفويل مي باشد كه برآيند تمامي بارهاي گسترده آيروديناميكي در آن نقطه وارد مي گردد.
مركز فشار معمولا در محاسبات به كار نمي رود زيرا با تغيير زاويه حمله مكان آن در ايرفويل تغيير مي كند و باعث پيچيده شدن محاسبات مي شود. به همين دليل از مركز آيروديناميكي استفاده مي كنند كه در ادامه خواهد آمد. هر چقدر زاويه حمله افزايش پيدا مي كند، مركز فشار به سمت لبه حمله ايرفويل حركت مي كند. شكل زير گوياي اين امر هست:
مركز آيروديناميكي ايرفويل: نقطه ايست كه گشتاور حاصل از نيروهاي آيروديناميكي مستقل از تغييرات زاويه حمله ايرفويل مي باشد. اين نقطه از اين جهت اهميت زيادي دارد. در واقع ما برآيند نيروهاي گسترده آيروديناميكي را به اين نقطه منتقل كرده و متناسب با اين جابه جايي نيرو ٬گشتاوري را با نام Mدر نظر مي گيريم (منظور از گشتاوري كه در ابتداي تعريف آمده است همين گشتاور M است). كه در شكل زير مشخص است:
مركز آيروديناميكي حدودا در فاصله C/4 (يك چهارم طول وتر ايرفويل) از لبه حمله ايرفويل قرار دارد.
ايرفويل متقارن: ايرفويل متقارن ايرفويلي است كه انحنايي(camber) ندارد و به عبارت ديگر فاصله هر دونقطه بالايي و پاييني آن از وتر يكي مي باشد. براي مثال ايرفويل زیر متقارن است:
در آيروديناميك نظريه اي وجود دارد به نام نظريه كلاسيك مقطع بال نازك كه حاصل آن براي ايرفويل متقارن اين است:
1) رابطه ضريب برآ با زاويه حمله به صورت زير است:
2) مركز فشار و مركز آيروديناميكي، هردو در نقطه ربع وتر (C/4) قرار دارند.
خب نتايج بالا به چه درد مي خورد؟!! بياييد آزمايش زير را انجام دهيم :
صفحه تخت نمونه اي از يك ايرفويل متقارن است. بنابراين مركز فشار آن يعني نقطه ای كه برآيند نيروهاي آيروديناميكي به آن وارد مي شود در يك چهارم وتر آن است.
اگر اين صفحه را به جلو پرتاب كنيم، دور خود به گردش در مي آيد. مطابق شكل زير:
دليل اين امر واضح است. مركز ثقل صفحه در وسط آن قرار دارد حال آنكه محل اعمال نيروهاي آيروديناميكي در يك چهارم وتر است. اين امر گشتاوري را مطابق شكل ايجاد مي كند:
حال اگر يك وزنه روي صفحه قرار دهيد به طوري كه محل مركز ثقل با مركز فشار منطبق گردد (يعني مركز ثقل در يك چهارم وتر قرار گيرد)، آنگاه با پرتاب آن به سمت جلو شاهد پرواز پايدار صفحه خواهيد بود.
نویسه جدید وبلاگ
نکاتی درباره نمودار «ضريب برآ - زاويه حمله»
زاويه حمله واماندگي : زاويه حمله ايست كه در آن واماندگي رخ مي دهد و در نمودار متناظر است با زاويه حمله اي كه در آن ضريب برا ماكزيمم مي شود. طبيعي است كه هر چه قدر اين زاويه بزرگتر باشد براي ما مطلوب تر است زيرا هواپيما مي تواند در زاويه حمله بيشتري پرواز كند و قابليت مانورپذيري بيشتري پيدا مي كند.
زاويه حمله برآ صفر : زاويه ايست كه نيروي برآي ايروفويل در آن زاويه صفر مي باشد. اين زاويه معمولا كوچكتر مساوي صفر است. به عبارت ديگر اين زاويه، در ايرفويلهاي متقارن صفر و در ايرفويلهاي نامتقارن (انحنا دار) منفي مي باشد.
شيب برآ: در واقع شيب منحني ضريب برآ در قسمت خطي مي باشد كه معمولا با a نمايش مي دهند.
شايد سوال شود كه آیا اين منحني مهم و پركاربرد برای یک ایرفویل معین همیشه منحصر به فرد است؟ پاسخ منفيست!! عدد رينولدز (Re) پارامتريست كه باعث تغيير شكل اين نمودار مي گردد. با تغيير عدد رينولدز تنها ضريب برآي ماكزيمم و به تبع آن زاويه حمله واماندگي تغيير مي كند و بقيه پارامترها از جمله شيب برآ و زاويه حمله برا صفر ثابت مي ماند.
تغييرات هندسي ايرفويل
تغيير ضخامت ايرفويل: افزايش ضخامت ايرفويل ضريب برآی ماکزیمم را ابتدا افزايش مي دهد و سپس كاهش....
مثلا در شكل زير مي توانيد تفاوت دو منحني ضريب برا براي دو ايرفويل نازك(صفحه تخت) و ضخيم (NACA 4412) را مشاهده كنيد:
تغيير انحنا (camber) ايرفويل: با افزايش انحناي ايرفويل، ضريب برآ به صورت زير افزايش مي يابد:
همانطور كه مي بينيد افزايش انحناي ايرفويل اين تاثير مثبت را دارد كه ضريب برآ افزايش پيدا كند و زاويه حمله برآصفر منفي تر مي گردد... اما اين عيب نيز وجود دارد كه انحناي ايروفويل باعث جدايش سريعتر جريان مي گردد يعني زاويه واماندگي كوچكتر شده و سريعتر اتفاق مي افتد.
تغييرات بالا را ميتوانيد به وضوح در آدرس زير كه توسط ناسا طراحي شده است به صورت آنلاين امتحان كنيد و لذت ببريد! البته لازمه استفاده از اين نرم افزار نصب برنامه جاوا بر روي سيستمتان هست:
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/foil3.html
نویسه جدید وبلاگ
بیایید با ديگر مشخصات و داده هاي ايرفويل آشنا بشويم... ايرفويل ها در واقع يك تعريف هستند و از داده هاي آنها در عالم واقعي استفاده مي شود....ايرفويل ها با بال هواپيما يك فرق اساسي دارند و آن اينست كه بال هواپيما يك بال متناهي است در حالي كه ايرفويل بال نامتناهي است و اين فرق اساسي باعث مي شود كه ضرايب برآ، پسا و گشتاور در اين دو برابر نباشد.
هر ايرفويل ضرايب برا، پسا و گشتاور مربوط به خود را دارد. در زير ضريب برآي ايرفويل و تأثيرات هندسه آن بر اين ضريب را بررسي خواهيم كرد:
ضريب برا وابستگي مشهودي به زاويه حمله دارد. بر همين اساس نمودار معروف و پركاربردي از اين وابستگي مي توان رسم كرد:
همانطور كه از شكل پيداست اين نمودار به دو قسمت خطي و غير خطي تقسيم مي شود. با افزايش زاويه حمله ايرفويل، ضريب برآ افزايش مي يابد اما اين افزايش حدي دارد.... در واقع اين حد را نقطه واماندگي تعيين مي كند يعني اينكه زاويه حمله به حدي مي رسد كه بعد از آن نيروي برآ با افت شديدي روبرو خواهد شد.
در ناحيه خطي نمودار ، جريان حول مقطع بال هموار است و همانطور كه از تصوير مشاهده ميشود خطوط جريان اكثرا با سطح تماس دارند، اما همينكه زاويه حمله بيشتر مي شود، جريان تمايل بيشتري به جدايش از سطح بالاي ايرفويل پيدا مي كند و ناحيه جدا شده از سطح ايرفويل بزرگ و بزرگتر خواهد شد.
همانطور كه از شكل پيداست دنباله بزرگي از هواي مرده در پشت ايرفويل به وجود مي آيد، در داخل اين ناحيه جدايش، جريان در حال گردش است كه به آن جريان معكوس مي گويند. جدايش جريان از آثار لزجت است و نتيجه جدايش جريان افت نيروي برآ و ازدياد نيروي پسا است. وقتي جدايش جريان به حدي ميرسد كه نيروي برا به صورت ناگهاني افت شديدي پيدا مي كند، مي گوييم كه ايرفويل به نقطه واماندگي رسيده است (همان نقطه كه در نمودار ضريب برا از حالت خطي خارج مي شود). بيشترين مقدار ضريب برا كه قبل از پديده واماندگي رخ مي دهد، ضريب برآي ماكزيمم (Cl max) نشان مي دهند. ضريب برآي ماكزيمم يكي از پارامترهاي مهم در ايرفويل هاست و بخش بزرگي از تحقيقات جديد در خصوص بالاتر بردن اين پارامتر مي باشد.
نویسه جدید وبلاگ
ایرفویل (Airfoil)
به مقطع هر جسمی که در جریان هوا قرار می گیرد، ایرفویل گویند. ایرفویلهایی که در شکل مشاهده می کنید، مقاطعي هستند كه در بال هواپيما و يا در پره هاي ملخ موتور استفاده مي گردند و ايجاد نيروي برآ مي كنند. در اينجا قصد داريم اطلاعات فني و حرفه اي درباره ايرفويل هواپيما را بررسي كنيم.
قسمت جلویی ایرفویل لبه حمله (Leading Edge) نامیده میشود و اولین محل تماس با هوا میباشد و از نظر طراحی ظرافت و حساسیت بالایی دارد. قسمت انتهایی، لبهی فرار (Trailing Edge) نامیده میشود و مانند یک لبهی تیز است و در انتهای این محل هوای قسمت بالایی و قسمت پایینی به یکدیگر میرسند. روی آن «سطح زبرین» یا «انحنای رویی» (Upper Camber)نامیده میشود و زیر آن «سطح زیرین» یا «انحنای زیرین» (Lower Camber) نامیده میشود.
خط وتر (Cord line)
خط مستقیمی که لبه ی حمله را به لبه ی فرار وصل میکند. طول خط وتر را با حرف c نشان میدهند.
خط انحناي ميانه ( mean camber line)
خطی
است که هر نقطه از آن به یک اندازه از مرزهای سطوح زیرین و رویی فاصله
دارد و این فاصلهها عمود بر خط مرکزی اندازهگیری میشود. به بیان سادهتر
خط میانی خطی است که شکل ایرفویل را به دو قسمت مساوی در جهت طول ایرفویل
تقسیم میکند.
مقطع بال هواپيماها استاندارد گذاري هاي مختلفي دارد. يكي از معروفترين استانداردها مربوط به ايرفويلهايي موسوم به ناكا (National Advisory Committee for Aeronautics - NACA) مي باشد. ايرفويلهاي ناكا سري هاي مختلفي دارند كه در زير هر كدام را به اختصار شرح مي دهيم:
سري 4 رقمي: رقم اول نشاندهنده بيشترين خميدگي بر حسب صدم وتر – دومين رقم، فاصله نقطه بيشترين خميدگي از لبه حمله بر حسب دهم وتر – دو رقم آخر، بيشترين ضخامت برحسب صدم وتر
براي مثال در مقطع بال NACA 3513 اگر طول وتر را با C نمايش دهيم:
یا در مثالی دیگر ایرفویل NACA 2412 داراي بيشترين انحنا در 0.02 طول وتر كه در فاصله 0.4 طول وتر از لبه حمله قرار گرفته است و بيشترين ضخامت 0.12 طول وتر مي باشد:
خانوادههاي مختلفي از ايرفويلها توسط سازمانهاي طراحي و مراكز تحقيقاتي مختلف ارائه شده است كه اين ايروفويل‌ها حاصل فعاليت‌‌هاي تجربي و يا محاسبات عددي مي‌باشند.از مشهورترين آنها مي‌توان به خانوادههاي زير اشاره نمود:
NACA series 4, 5, 6 - Eppler - Clarck - AH (Althaus) - Boeing
براي درك بيشتر و آشنايي با سري هاي بعدي ناكا، به آدرسهاي زير برويد:
http://www.ppart.de/aerodynamics/profiles/NACA4.html
http://people.clarkson.edu/~pmarzocc/AE429/The%20NACA%20airfoil%20series.pdf
درد دل
دوست دارم همه دوستانم طوری با من رفتار کنند که من با انها رفتار میکنمیعنب آیینه تمام قد از خودم باشند
