|

پایداری عرضی و عمودی هواپیما در پرواز

پایداری عرضی(Lateral stability) به معنای تمایل هواپیما به بازگشت به حالت تعادل پس از بر هم خوردن تعادل آن حول محور طولی اش میباشد. یعنی در صورتی که بنا به دلایل مختلفی اعم از بدی آب و هوا، هواپیما وارد گردشی ناگهانی شود، هواپیما تمایل به تصحیح شرایط به وجود آمده به صورت ذاتی را داشته باشد.

پایداری عرضی(Lateral stability) به معنای تمایل هواپیما به بازگشت به حالت تعادل پس از بر هم خوردن تعادل آن حول محور طولی اش میباشد. یعنی در صورتی که بنا به دلایل مختلفی اعم از بدی آب و هوا، هواپیما وارد گردشی ناگهانی شود، هواپیما تمایل به تصحیح شرایط به وجود آمده به صورت ذاتی را داشته باشد.

از مهمترین عوامل در طراحی ساختار هواپیما جهت ایجاد پایداری عرضی میتوان به Dihedral ، Sweepback و موقعیت مرکز جرم (CG) نسبت به هواپیما اشاره نمود.

زمانی که هواپیما وارد گردش میشود، نیروی  لیفت تولید شده توسط بالها نیز همراه با هواپیما کج میشود. حال برآیند دو نیروی لیفت و وزن هواپیما باعث ایجاد نیرویی به سمت بالی که در سمت پایین قرار گرفته میشود که به این نیرو  Sideslip  گفته میشود.

طراحی  Dihedral  نقش مهمی را در ایجاد پایداری عرضی هواپیما ایفا میکند.  Dihedral  به معنای زاویه مثبت بالهای هواپیما به سمت بالا میباشد، یعنی بالهای هواپیما با کمی زاویه ی رو به بالا به بدنه نصب میگردند. همانند حرف  V  در انگلیسی. 

حال تصور کنید هواپیمایی به طور ناخواسته وارد گردش به سمت راست میشود، در نتیجه نیروی  Sideslip  به سمت بال پایینتر یعنی بال راست ایجاد میشود و هواپیما را به آن سمت میکشاند. به دلیل زاویه ای که بالهای هواپیما نسبت به بدنه میسازند (Dihedral) ، جریان نسبی هوا با بالهای هواپیما، با زوایای حمله  (Angle of attack)  متفاوتی برخورد میکند. یعنی بال سمت راست که پایینتر قرار دارد دارای زاویه حمله بیشتر و بال سمت چپ که در بالا قرار دارد دارای زاویه حمله کمتری خواهد بود. 

همانطور که قبلا گفته شد، هرچه زاویه حمله بیشتر باشد، نیروی لیفت بیشتری تولید میگردد. در نتیجه بال راست نیروی لیفت بیشتر و بال چپ نسبت به بال راست، نیروی لیفت کمتری را تولید میکند که این مسئله باعث تمایل هواپیما به بازگشت به شرایط اولیه، یعنی شرایط همسطحی بالها میگردد.

نوع دیگری از طراحی بالها برای ایجاد پایداری عرضی وجود دارد که به آن  Sweepback  گفته میشود. در این نوع طراحی، بال های هواپیما با زاویه ای مشخص به سمت عقب طراحی میگردند و بر روی بدنه هواپیما نصب میشوند. این نوع بال در زمانی که هواپیما در حال  Sideslip  است، باعث میشود بالی که پایین تر قرار گرفته دارای نسبت  Aspect ratio  بالاتری نسبت به بالی که بالاتر قرار گرفته باشد.  Aspect ratio  به مجموع طول دو بال  (Wingspan) نسبت به مقدار متوسط عرض بال گفته میشود. هرچه این نسبت بالاتر باشد، نیروی لیفت بیشتری توسط بال های هواپیما تولید میگردد. در نتیجه بال پایینتر به دلیل ایجاد لیفت بیشتر تمایل به بازگشت به حالت اولیه را پیدا میکند.

این نوع طراحی نیز در ایجاد پایداری عمودی هواپیما موثر است. زمانی که تعادل هواپیما حول محور عمودی اش بر هم میخورد، جریان هوایی که به سمت هواپیما در حال حرکت است به بالی که به سمت جلوتر رفته با زاویه عمودتری برخورد میکند، در نتیجه نیروی پسا بیشتری روی این بال اعمال شده که باعث میشود هواپیما تمایل به چرخش حول محور عمودی اش و در جهت اصلاح شرایط فعلی اش را داشته باشد، یعنی باعث بالا رفتن پایداری عمودی میشود.

عامل دیگری که هم باعث افزایش پایداری عرضی و هم باعث افزایش پایداری عمودی میشود، قرار گیری مرکز جرم  (CG)  نسبت به هواپیما میباشد که به آن  Keel effect  گفته میشود.

هرچه مرکز جرم در سطح پایین تری از بدنه هواپیما قرار گیرد، پایداری عرضی هواپیما بیشتر میشود. به این دلیل که زمانی که مرکز جرم در سطوح پایین تر هواپیما قرار میگیرد، بخش اعظم بدنه هواپیما روی این نقطه قرار داشته و در زمان گردش ناخواسته هواپیما، این بخش اعظم، همانند بادبان کشتی عمل کرده و با گشتاوری که حول مرکز جرم ایجاد میکند، باعث تمایل هواپیما به اصلاح شرایط موجود میگردد.

این مسئله در پایداری عمودی نیز صادق میباشد.

منبع: Principles of flight, Petter J. Swatton

 

نویسنده: مهران اشرفی

ارسال نظر