مرکز انجمنهای تخصصی

 به نام خدا  
 مقدمه:

علم آیرودینامیک (Aerodynamic) یکی از شاخه های مجزا و غنی در رشته هوافضا میباشد که در این بین در سایر رشته ها همچون مکانیک , هوانوردی , ریاضی و.... هم به صورت کاربردی و گزیده ای تدریس میشود.

هدف اصلی این علم همانطور که از نامش پیداست بررسی روابط میان هوا و سطح میباشد. البته در اینجا بیشتر هدف بخشی از آن میباشد که رابطه مستقیم با بحث پرواز داشته و در یادگیری آن کمک بسزایی میکند.
 
 
پیشگفتار:

علم آیرودینامیک به طریقی که در اینجا مورد بحث قرار میگیرد, در مورد چگونگی پرواز هواپیما صحبت میکند. از همین جهت آن را تئوری پرواز (Theory of Flight) و یا مکانیک پرواز (Mechanics of Flight) نیز مینامند.

از آنجایی که آشنایی با این علم تاثیر مستقیم و عمیقی در شناخت اجزای هواپیماها دارد از همین رو آگاهی از آن بر کلیه پرسنل پروازی اعم از خلبانان و افراد فنی امری واجب و ضروری میباشد. مطالب قرار گرفته در این بخش از روی منابعی همچون (مفاهیم پرواز) و (بال و بدنه هواپیما) در این قسمت قرار خواهند گرفت.

با توجه به اینکه پرواز پواپیما منوط به هوا میباشد, به همین دلیل بهتر است که در ابتدای امر با هوا و خصوصیات آن بطور اجمالی آشنا شویم

===========================================

جلسه : اول
موضوع : آشنایی با خصوصیات هوا

اتمسفر:

جو همچون اقیانوسی از هوا میباشد که مجیط پیرامون زمین را احاطه نموده و ارتفاع آن به صدها هزار پا میرسد و طبق نعریف علمی تا ارتفاعی را که بتوان حتی یک مولکول هوا مشاهده نمود میتوان جزء اتمسفر محسوب داشت. البته با توجه به اینکه پرواز موثر هواپیماها در ارتفاعات پایین جو امکان پذیر است, گفتگو در مورد ارتفاعات بالای جو در اینجا مورد بحث قرار نخواهند گرفت و حتما" در بخش هواشناسی بطور تخصصی بررسی خواهند شد.

[External Link Removed for Guests]  
 
همانطور که میدانیم هوا مخلوطی از گازهای مختلف است. ولی برای بیان این مقدار به زبان علمی کافیست گفته شود که هوا از یک پنجم اکسیژن و چهار پنجم ازت (نیتروژن) تشکیل شده است.

هوای خشک و خالص به طور حجمی از 78% نیتروژن و 21% اکسیژن و 1% آرگون تشکیل شده است, البته آثاری جزئی از گازهای دیگر همچون Co2 – هیدروژن, هلیوم و نئون نیز در هوا یافت میشوند.  
 
خصوصیات فیزیکی هوا (Physical Properties) :
1- فشار هوا (Air Pressure) :

هوا دارای ورن است و آزمایش نیز طبق تصویر زیر این مطلب را ثابت میکند. پس اگر جو را به لایه های مختلف تقسین کنیم, وزن لایه های بالاتر بر روی لایه های پایینتر اثر گذاشته و آنها را تحت فشار قرار میدهد. پس هوا دارای فشار است و طبیعی است که لایه های مجاور سطح دریاهای آزاد بیشترین فشار را داشته باشد.

[External Link Removed for Guests]

در اینجا خاطر نشان مینماییم که Sea Level ارتفاع صفر محسوب میگردد . به سادگی روشن است که هرچه بالاتر رویم, از فشار هوا کاسته خواهد شد.  
 

اندازه گیری فشار هوا :

دانشمند ایتالیایی تریحلی (Thrihili) به وسیله یک ظرف جیوه و یک لوله شیشه ای طبق تصاویر زیر فشار هوا را ندازه گیری نمود. در سالیان بعد کارشناسان سازمان ICAO در یک روز معین در نقطه ای مجاور دریا با عرض جغرافیایی N: 400 و حرارت 15 درجه سانتی گراد معادل 59 درجه فارنهایت فشار هوا را اندازه گیری نمودند که فشار استاندارد سطح دریا نامیده میشود.

[External Link Removed for Guests]  
 
[External Link Removed for Guests]

این مقدار (فشار استاندارد) برابر است با :

76 سانتی متر جیوه مساوی 92/29 اینچ جیوه و برابر 07/14 PSI معادل 1013 میلی بار (mbar) میباشد. که برای تبدیلات واحدی هم میتوان از همین پارامترها استفاده نمود.


[External Link Removed for Guests]

طبق محاسبات سازمان ICAO در 20.000 پا فشار هوا 75/13 اینچ جیوه که کمتر از نصف فشار سطح دریا میباشد کاهش میابد که مشخص میشود حدود 50 درصد توده هوای کره زمین در لایه 20.000 پایی آ متمرکز است. و دلیل این توزیع غیر بکنواخت هوا در جو همانا قابلیت تراکم هوا (Compressibility) میباشد.  
 
(پایان جلسه اول)

============================================
هرگونه کپی برداری از مطالب ارسال شده در ([COLOR=#c00000]مدرسه هوانوردی سنترال) بدون ذکر نام CentralClubs و نویسنده مربوطه, ممنوع بوده و از در صورت مشاهده از طرف مدیریت سایت برخورد قانونی صورت خواهد گرفت.   

با سلامی دوباره خدمت شما علاقه مندان به علم آیرودینامیک
امروز قسط دارم ادامه بحث capitan pilot رو ادامه بدم

=============================================

جلسه دوم
موضوع (خصوصیات هوا)



 درجه حرارت هوا (Air Temperature) : 

 هوا دارای حرارت است و طبیعی است که به طور نرمال دمای آن در سطح دریا بیشتر بوده و با افزایش ارتفاع هم چون فشار کاهش یابد. 
 طبق جدول استاندارد به ازای هر هزار پا 1.98 درجه سانتیگراد از حرارت هوا کاسته می شود و این مسئله تا حدود 36000ft تداوم داشته و بعد از آن تا حدود 100000ft  
 دما در 56.6- درجه سانتیگراد ثابت باقی میماند (ولی چون شرایط استاندارد همیشه حاکم نیست در جدول هواشناسی برای هر هزار پا ارتفاع 1.52 درجه سانتی گراد کاهش دما حرارت منظور میشود). 
 از آنجایی که هیچ چیز به اندازه هوا متغیر نیست ممکن است ندرتا در ارتفاع خاصی دما به عوض کاهش شروع به افزایشنماید که به این حالت inversion وارونگی میگویند. 


 غلظت (چگالی) هوا (Air Density) : 

 منظور از این واژهچگالی یا غلظت هواست و طبیعی است که هوای مجاور سطح دریا (S.L)چون تحت بیشترین فشار است بیشترین غلظت را داشته و هرچه بالا رویم از دانسیته هوا کاسته می شود یعنی هوا رقیق تر میشود.البته باید در نظر داشت که درست است که فشار و دانسیته نسبت مستقیم با هم دارند ولی چون با افزایش ارتفاع از دما کاسته میشود یعنی هوا سرد تر میگردد پس این نکته مقداری کاهش دانسیته را جبران میکند . 
 دانسیته در هواپیمایی و پرواز اهمیت ویژه ای برخوردار است و در مورد محاسبه THRUST موتورها و مقدورات پروازی هواپیما (Performance) عمیقا مورد توجه است و بطوریکه بعدا خواهیم دید در ارتفاعات با توجه به کاهش دانسیته (رقت هوا) نیروهای آیرودینامیکی هم چون drag کاهش می یابند, بنابراین به منظور کاهش مصرق سوخت وافزایش برد 
 (Range), هواپیماهای مدرن در ارتفاعات بالا پرواز میکنند و چون در ارتفاعات بال به علت رقت هوا تنفس و زیست بشر مشکل است کابین هین هواپیما ها Pressurized است. 
 دانسیته د رواقع همان جرم مخصوص هواست و واحد جرم در سیستم انگلیسی slug است و دانسیته هوا تحت شرایط استاندارد در ارتفاعات مختلف در جدول ایکائو ارائه شده است.جالب است گفته شود که دانسیته آب بیش از 800 برابر هواست. 


 چسبندگی هوا (Air Viscosity) : 

 هوا با وجودی که رقیق است ولی دارای مقداریز چسبندگی است که در آیرودینامیک معمولی از آن صرفنظر میشود یعنی هوا را non viscous تلقی می کنند ولی نباید از نظر 
 دور داشت که در سرعت های خیلی زیاد دیگر نمیتوان از چسبندگی هوا صرفنظر کرد زیرا محاسبات با خطاهای غیر قابل اغماض روبرو می شوند. 

 رطوبت هوا (Humidity) : 

 منظور از رطوبت وجود بخار آب در هواست و اگر دقت کنیم به سهولت در میابیم که وجود بخار آب باعث میشود که هوا سبکتر و به عبارت دیگر دانسیته آن کاهش یابد. 
 (حداکثر مقدار بخار آبی که هوا می تواند در خود جذب نماید به درجه حرارت هوا بستگی دارد ).بدین ترتیب ملاحضه میشود که تاثیر رطوبت بر دانسیته هوا در واقع تاثیر آن بر Performance هواپیماست. 
 مثلا در یک روز مرطوب چون دانسیته هوا کمتر از یک روز خشک است پس هواپیما به باند طولانی تری برای T.O نیاز خواهد داشت. 
 DEW POINT معیاری برای ارزیابی مقدار رطوبت هواست .نقطه شبنم به دمایی گویند که اگر هوا تا آن درجه سرد شود رطوبت موجود در هوا مایع گشته و به شکل شبنم روی گابرگ ظاهر میشود. 
 رطوبت هوا به صورت درصد بیان میشود مثلا وقتی میگویند رطوبت هوا %100 است (شرجی) منظور این نیست که صد درصد هوا رطوبت است بلکه هوا صد در صد رطوبتی را که  
 میتواند جذب نماید داراست و اگر دمای هوا افزایش یابد رطوبت بیشتری جذب گردیده و شرجی شدید تر می شود. هرچه dew point به دمای محیط نزدیکتر باشد بیانگر رطوبت بیشتر هواست وخلبان به این مسئله توجه می نماید. 

 ([COLOR=#c00000]پایان جلسه دوم)  

سلامی دوباره خدمت شما دانش آموزان هوانوردی
امروز قصد نوشتن ادامه مطالب رو دارم

=====================================

جلسه سوم



حرکت نسبی (relative motion) :

به هنگام گفتگو در مورد حرکات باید نسبی بودن آنها را در نظر داشت.این مسئله در مورد هواپیماها نیز صادق است مثلا به هنگام پرواز هواپیماها یک سرعت نسبت به هوا و سرعت دیگری نسبت به زمین دارد و معمولا این دو باهم مساوی نیستند و بستگی به سرعت باد دارد.
اگر هواپیما به هنگام پرواز با باد روبه رو (Head wind) مواجه شود سرعت زمینی اش کم شده و اگر با باد پشت (Tail Wind)مواجه باشد سرعت زمینی اش زیاد خواهد شد.
بنا بر این در پرواز افقی (cruise)به نفع آن است که باد پشت داشته باشد ولی به هنگام Take Off و Landing از باد روبه رو استقبال میکنند تا یرعت زمینیاش کم شده و در نتیجه برای نشست و برخاست به طول باند کمتری نیاز داشته باشد.از گفته های فوق میتوان فرمول زیر را نوشت:

[BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]  V[SUB]a [/SUB]+ V[SUB]w[/SUB]= V[SUB]G [/SUB] 
 [SUB](علامت - برای باد روبه رو و علامت+ برای باد پشت است)[/SUB] 

 V[SUB]g[/SUB]=ground speed 
 V[SUB]a[/SUB]=airspeed 
 V[SUB]w[/SUB]=wind speed 
[/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]
مثال-هواپیمایی با سرعت 125mph در پرواز بوده و با باد روبروی به سرعت 25mph مواجه است سرعت زمینی آن چقدر است؟
V[SUB]g[/SUB]=125-25=100 mph
توجه:سرعت هواپیما نسبت به هوا توسط لوله pitot وبه عبارت بهتر سیستم pitot- static اندازه گرفته میشود.که در درس INSTRUMENT تشریح خواهد شد.واحد سرعت
mph و گره دریایی knot براب یک مایل دریایی در ساعت می باشد. یک مایل زمینی برابر 5280ft و یک مایل دریایی 6080ft است.


اصل برنولی ( Bernoulli ُs principle)
دانیل برنولی دانشمند معروف سویسی ثایت کرد که در یک جریان منظم پیوسته (steady flow)رابطه زیر صادق است.
برنولی این فرمول رابه طریق ریاضی در مبحث مکانیک سیالات ثابت کرده است و در عمل به سادگی میتوانیم تعبیر ساده و عامیانه زیر را به عمل آوریم P+1/2p V[SUP]2[/SUP]=CTE
که در جریان Steady اگر سرعت زیاد شود فشار کم می شود و بالعکس و آزمایشات متعدد صحت این قضیه را تایید میکنند. یا
P+q=cte
p=static press
q=DYNAMIC PRESS

لوله وانتوری(Venturi Tube)

لوله وانتوری تصویر مناسبی از صحت اصل برنولی را به رخ میکشد. طبق تصویر لوله وانتوری لوله ای است که دو سر آن گشاد بوده و در وسط (Throat)باریک میگردد.
حال اگر یک جریان منظم وارد این لوله شود طبیعی است در گلوگاه تنگتر است سرعتش بیشترین بوده و طبق اصل برنولی باید فشارش کمترین باشد و اگر چند فشار سنج
در طول لوله نسب کنیم صحت این مسئله آشکار می گردد.قسمت اول لوله که جداره ها به هم نزدیک میشوند را همگرا convergent و قسمت بعد از گلوگاه را که جداره ها از هم دور می شوند واگرا Divergent میگویند.


[External Link Removed for Guests]
(پایان جلسه سوم)
[BLOCKQUOTE][BLOCKQUOTE]


[/BLOCKQUOTE][/BLOCKQUOTE]

سلامی دوباره به دوستان عزیز علاقه مند

==========
جلسه چهارم



پس از آزمایش جلسه گذشته نتیجه میگیریم که هوا در مسیر خود در داخل لوله وانتوری هرچه به throat نزدیک میشود سرعتش افزون و فشارش (static) کاهش می بابد و بعد از گلوگاه که به قسمت واگرا میرسد سرعتش کاهش و فشار استاتیکش افزایش می یابد.
حال اگر جداره بالایی لوله وانتوری را برداشته و آنرا با یک Flat Plate جایگزین نمائیم باز به نتیجه متشابه خواهیم رسید.

حال اگر در نهایت صفحه بالایی را به کلی حذف نموده و آزمایش را فقط با دیواره زیرین تکرار نماییم فشارسنج ها باز نتایج متشابهی را نشان میدهند.حال اگر زیر جداره زیرین را بایک Flat plate بپوشانیم در واقع به Airfoil دست یافته ایم که پایه و اساس بال را تشکیل میدهد.
در این تصویر اگر از هوا از بالا و پایین حرکت نماید در بالا به علت تغییرات سرعت, همه جا فشارش از پایین کمتر است در حالیکه در پایین به علت صاف بودن ,سرعت تغییری نکرده پس فشار ثابت می ماند در نتیجه در اثر اختلاف فشار بالا و پایین نیرویی به سمت بالا پدیدار میگردد که همانا نیروی بالا برنده(LIFT) است بدین ترتیب میتوانیم بگوئیم که به بال دست یافته ایم یعنی اگر جسمی به نام بال هواپیما با چنین سطح مقطعی با سرعت مشخصی در هوا حرکت نماید نیروی lift مورد نیاز ما را برای تحمل وزن فراهم می آورد.

[External Link Removed for Guests]

البته در عمل اجباری نیست که سطح زیرین حتما صاف باشد و در واقع بیشتر Airfoils سطح زیرشان قوسی یا به صورت محدب یا مقعر است.

[External Link Removed for Guests]

امروزه تعداد زیادی Airfoils توسط دانشمندان و موسسات علمی همچون NASA ابداع گشته که هریک کاربردهای خاص خود را دارند.

[External Link Removed for Guests]

مثلا یک نوع آن برای ملخ مناسب نوعی دیگربرای فرامین هواپیما مناسب است, نوعی دیگر برای بالهای کم سرعت و نوعی دیگر برای بالهای پر سرعت مناسب است .
از یک نوع برای ساخت بدنه و از نوعی دیگر برای ساخت موشک استفاده می شود.



پایان جلسه چهارم

بازهم با واژه سلام شروع میکنم


========
جلسه پنجم



Airfoil Terminology


در رابطه با Airfoil به واژه های زیر برخورد می نمائیم که به ترتیب اقدام به تشریح آنها می نماییم:

1-لبه حمله( Leading Edge (LE نقطه ای در جلوی Airfoil را گویند که جریان هوا در این نقطه آنرا ملاقات مینماید و یک قسمت آن به بالا و قسمتی دیگر به پایین میرود.

2-لبه فرار( Trailing Edge (T.E نقطه ای در انتهای Airfoil را گویند که جریان هوا آنرا ترک مینماید.



3-Upper Camber سطح منحنی بالای Airfoil گویند.

4-Lower Camber سطح منحنی زیرین Airfoil را گویند.

5-وتر (chord) خط مستقیمی است که L.E را به T.E وصل میکند و از اهمیتویژه ای برخوردار است.

6-باد نسبی Relative Wind برآیند کلیه بادهایی را گویند که Airfoil با آنها روبه روست.

7-زاویه حمله Angle Of Attack -به زاویه حاده ای که بردار باد نسبی با وتر (chord) میسازد ,میگویند. زاویه حمله از اهمییت خاصی برخوردار بوده و با آلفا نشان داده میشود.


8-streamlines -به خطوط متوازی منظم هوا حول یک Airfoil گویند که در واقع بیانگر مسیر حرکت حساب شده مولکولهای هوا می باشند و به جاست گفته شود وقتی که
یک Airfoil به طور مناسب در معرض جریان هوا قرار گیرد Airflow حول آن به صورت streamline خواهد بود و به طوری که بعدآ خواهیم دید اگر زاویه حمله از حد معینی بیشتر
شود جریان منظم هوا حول Airfoil به هم خورده و متلاطم گردیده و به چنین جریانی trublent میگویند.
به کل جریان منظم هوا laminar flow گویند.



پایان جلسه پنجم

سلامی دوباره خدمت شما سروران عزیز


---------------------

جلسه ششم


تئوری پیدایش برا ( lift theory )


همانطور که ثابت کردیم اگر یک airfoil با زاویه حمله مناسب در معرض airflow قرار گیرد چون قسمت بالا به علت انحنای بیشتر دارای مسیر طولانی تری نسبت به پایین است پس سرعت هوا در بالا بیشتر از پایین بوده و بالعکس فشار استاتیک در بالا کمتر از پایین گشته و این اختلاف فشار نیرویی به سمت بالا پدید می آورد که حاصل آن lift خواهد بود.
تولید lift توسط یک airfoil را به شکل دیگری نیز بر اساس اصل عمل و عکس العمل نیوتن تعبیر میکنند و برای این منظور ابتدا بهتر است که down wash را تعریف نماییم:


اگر دقت کنیم جریان هوا پس از ترک بال چند درجه ای نسبت به مسیر اولیه به سمت پایین منحرف میشود به این عمل down wash و زاویه انحراف down wash a angle گویند
پس چون airfoil باعث شده است که جریان هوا به سمت پایین متمایل گردد عکس العمل آن نیرویی به سمت بالا ایجاد خواهد کرد که ماحصل آن lift خواهد بود.
به طور کلی این بردار عکس العمل را با R نمایش میدهند و اگر R را به دو مولفه ( COMPONENT ) افقی و عمودی تجزیه نمائیم مولفه عمودی lift و مولفه افقی چون مخالف
حرکت است drag خواهد بود که به طوری که در آتیه خواهیم دید به این نوع پسا اصطلاحآ پسای تحمیلی induced drag گویند.
در اینجا لازم به گفتن است که محل تلاقی R با وتر را مرکز فشار (CENTER OF PRESSURE (CP گویند که از اهمیت ویژه ای برخوردار بوده بطوریکه بعدا خواهیم دید نقطه ثابتی نبوده و با افزایش α به سمت جلو و با کاهش آن به سمت عقب حرکت میکند.
اگر یک airfoil که حول آن تعدادی روزنه وجود داشته و این روزنه ها به فشار سنج های مختلف متصل باشد را طبق تصویر در زوایای حمله مختلف در داخا تونل باد تحت آزمایش قرار داده و تغییرات فشار چه مثبت و چه منفی را در اطراف airfoil ثبت نموده و نتیجه را بررسی نماییم به نتایج مهمی خوایم رسید که در جلسات آتی اقدام به تشریح خواهم کرد.







پایان جلسه ششم