بررسی گلوگاه ها ،پرامترها و توابع

1. مقدمه و تاريخچه
 

بال پرنده چيست؟
دو تعريف برای آن وجود دارد:
1- نوعی از هواپيما است که در آن تنها عامل اجاد کننده برا (مثبت يا منفی) بال است.
2- هواپيمايی که کليه پارامتر های آيروديناميکی آن در ايرفويل بال خلاصه شده است
بانا به هريک از اين تعاريف بعضی از هوا پيما ها را می توان بال پرنده به حساب آورد يا رد کرد. به عنوان مثل استفاده از دم عمودی در تعريف دوم غير مجاز است. ما در اين خصوص سخت گيری نخواهيم کرد و بحث در اين باره را برای بزرگان هوافضا ميگذاريم.
بال پرنده پديده چندان جديدی در هوفضا نيست. اولين بال پرنده در سال 1917 ميلادی توسط فردی انگليسی با نام جان دن ساخته شد و پرواز کرد.
از اين تارخ به بعد کماکان از اين پيکر بيکر بندی استفاده شد اما پيشگامان استفاده عملياتی از اين روش آلمانی ها هستند. در سال 1937 ميلادی هواپيمای Ho V در اين کشور ساخته شد که نخستن کار جدی در اين ضمينه به حساب می آيد.
در سال 1944 اولين جت جنگده بال پرنده باز هم توسط آلمان برای شرکت در جنگ جهانی دوم ساخته شد. که قبل از عملياتی شدن آن جنگ به پايان رسيد.
در طول اين مدت آمريکايی ها نيز فعاليت هايی در اين زمنه داشتند. عمده فعاليت آنها توسط فردی به نام جک نورثپ صورت گرفت. او در تحقيقات خود به اين نتيجه رسيد که افزايش بازده هواپيما با کم کردن پسای نا شی از دم با استفاده از پيکر بندی بال پرنده امکان پذير است. در سال 1939 تا 1940 نورثپ هواپيمايی با نام N1-M طراحی کرد که منجر به تکميل و ساخت بمب افکن بال پرنده با نام N-9M برای نيروی دريايی آمريکا شد.
پس از آن هواپيمای XB-35 برای حمله به آلمان از سواحل غربی ايالات متحده در صورت سقوط انگلستان طراحی شد. نخستين نمونه از اين هواپيما در سال 1946 ميلادی تکميل شد. بيشترين وزن برخواست آن 209،000 پوند بود. بر مبنای اين طرح هواپيمای YB-35 با موتور توربوجت ساخته شد. در سال 1950 با پايان جنگ اين پروژه نيز پايان يافت و تا سال 1980 که شروع برنامه ساخت بمب افکن پنهان کار است تلاش قابل ملاحضه ای در اين ضمينه انجام نشد.
XB-35

2. کليات بال پرنده
 

• آيروديناميک
 

می دانيم که اصلی ترين رکن پرواز ايجاد برا است که توسط بال ايجاد می شود. پس امکان ساخت هواپيما بدون بال ممکن نيست. از طرفی در هواپيماهای متعارف 90 تا 110 درصد برا توسط بال توليد می شود در حالی که حدود 25 درصد کل پسا مربوط به بال است.
بدهی با است صرف نظر از عمل کرد هر يک از اجزاء هواپيما در صورت حذف دوم، بدنه و اجزاء وابسته به آنها بازده هوا پيما افزايش می يا بد و مسئله پدا کردن راه کاری موثر برای پر کردن خلاء حذف اين اجزاء است.

o ضرب گشتاور و برا
 

مهم ترين پارامترها در طراحی بال پرنده ممان است. به دلايلی که در قسمت پايداری توضيح داده خواهد شد بال در اين نوع از هواپيما بايد گشتاور مثبت ايجاد کند.( در هواپيما های معمولی اين گشتاور منفی است) به همين دليل از انحنايی در قسمت انتهای بال با عنوان Reflex وجود دارد که باعث ايجاد ممان صفر يا مثبت در ايرفويل می شود. از اثرات ديگر آن کاهش CLα=0 و کاهش CLmax است. البته با کاهش برا در زاويه صفر با مساحت برابر بال زاويه حمله در سرعت سير افزايش می يابد و باتوجه به اين که بهترين نسبت های L/Dmax در زاويه حمله 4 تا 8 درجه ايجاد می شود نسبت L/D در بال پرنده با عمل کرد مشابه بيشتر است اين مسئله را طراحی های حرفه ای به اسباط رسانده است. ماننده BWB به اثبات رسانده است. جدول زير مقايسه BWB را با 747-400 مقايسه می کند.

o ضريب پسا
 

شايد مهم ترين مزيت بال پرنده کاهش پسا است. که در کارايی نقش عمده ای دارد. در زير به برسی کاهش انواع پسا در بال پرنده می پردازيم
1. کم شدن پسای اصتکاکی ناشی از کاهش سطح خيس شده تاشی از حذف دم وبدنه. به عنوان نمونه مقايسه C-5 و XB-35 که از نظر کلاس وزنی مشابه هستند. در اين مقايسه بال پرنده 33 در صد سطح خيس 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 دليل ناشی از قرار گرفتن اجزاء در طلاتم سير اجزاء
3. در مقابل در سرعت های حدود صوت به دليل بيشتر بودن سطح مقطع از روبه رو در هواپيما های مشابه پسای موج بيشتر است.
عوامل پائين آمدن بازده را می توان به شرح زير بر شمرد:
1. افت ناشی از پايداری که در واقع انرژی صرف شده برای پايدار ماندن هواپيما است
2. پايداری و کنترل
می دانيم که دم در هوا پيما های معمولی وظيفه خثی کردن گشتاور بال و در صورت پايدار بودن هواپيما 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 بخواهيم يک بال پرنده بدون دم پايدار بماند يک از سه روش شناخته شده زير را به کار می بريم.

1. بال بدون عقیب گراد (plank)
 

در اين سيستم نياز به ايرفويل با ممان مثبت برای پايدری است که منجر به استفاده از ايرفويل با انحنای روبه بالای زياد در انتهای ايرفويل دارد. اين روش پايداری زيادی ايجاد نمی کند به همين دليل در ترکيب با ساير روش های پايداری مثلا cg پائين تر از Ac به کار می رود. اين شيوه معمولا در هواپيما هايی با قدرت مانور و سرعت پائين به کار می رود.

2. عقب گراد (swept wing)
 

در اين روش تقريبا هر نوع اير فويل با استفاده از swept و پيچش twist مناسب قابل استفاده است. اما بری گرفت کارايی مناسب و پسای کمتر بهتر است که از ايرفويل هايی با Cm حدود صفر استفاده شود. اين روش بهترين روش ايجاد پايداری در بال پرنده است ولی در صورتی که دستيابی کارايی بالا مد نظر باشد تاحدودی پيچيده است.

3. بال و مرکز ثقل پائين (parafoil)
 

اين شيوه پيکر بندی بيشتر در مورد چهپاد ها کارد دارد در اين پيکر بندی از ايرفويل با max camber نزديک به لبه حمله استفاده می شود.
با توجه به گفته های فوق نشان می دهد که بال پرنده ذاتاً پايدار است.
از مزايای و معايب پايداری بال پرنده می وتوان به شرح زير نامبرد:
می توان با کم کردن پايداری استاتيکی Clmax را افزايش داد
يکی از سطوح کنترلی Elevator کم می شود
از آنجا که اصولا اين سيستم برای هواپيما های پايدار به کار نمی رود قدرت مانور آنها بيشتر است

معايب پايداری بال پرنده نيز به شرح زير است:
 

در هنگام باد کنترل هواپيما بدون سيستم کمکی کنترل مشکل است
به دليل داشتن بازوی گشتاور کمتر چرخش حول مهور عرضی به سطوح کنترل بزرگتری نياز دارد
به دليل خلاصه شدن کنترل دو سطح کنترلی در يک سطح Elevon هدايت هواپيما پيچيده تر خواهد شد.
باز گشت غير متعارف از اسپين
بازگشت سخت از لغزش در پرواز غير معمول
البته با انتخاب سيستم کنترل مناسب و طراح صحيح بسياری از معايب فوق قابل کنترل است.

• سازه
 

خصوص سازه می توان گفت که به طور قطع در حالت کلی بال پرنده مزيای بسياری نسبت به ساير پيکر بندی ها دارد. اين مزايا در طرح های حرفه ای مانند BWB به اثبات رسيده است.در BWB تنها بدنه از بوئنگ 747-400 سنگين تر و در مجموع وزن کل 11 درصد از آن سبکتر بود. علت افزايش وزن بدنه نيز تنها به دليل سيستم تنظيم فشار کابين مسافر بوده است. در زير تعدادی از آنهارا شرح خواهيم داد:
1. پنای بيشتر spar به دليل داشتن ايرفيل بلند تر و ضخيم تر
2. راحتی ساخت نمونه واحد
3. توضع وزن داخلی مناسب تر
4. داشتن محفظه بار عريض تر
5. کمتر بودن اتصالات 90 درجه که نيار به تقويت بيشتر دارند
6. سبکتر بودن به دليل حذف دم افقی

• برسی وزن و مسائل ساخت
 

در اين مدل از هواپيما به دليل داشتن سازه ساده تر وحذف دم افقی سازه هواپيما تحدودي سبکتر شده است. از طرف ديگر به دليل کم شدن تعداد قطعات در طرح های مشابه هزينه و زمان کمتری برای ساخت صرف می شود. ولی در هواپيما های مسافر بری به دليل سيستم حفظ فشار کابين و پهن بودن کابين اين پرنده ها مشکلاتی را ايجاد می کند.

• پيشرانه
 

پيشران به دليل بازده بالاتر آيروديناميکی سبکتر و کم قدرت تر شده است. البته بال پرنده موتور عقب در صورت عدم نصب صحيح موتور مشکلاتی در پايداری عرضی ايجاد خواهد کرد. ولی به دليل قرار گرفتن موتور در انتها جريان آشفته آن روی هواپيما اثر نمی کند
منبع:http://ehsan1361.persianblog.com/
ارسالي از طرف کاربر محترم : sabamm
/ج