في كل مكتب تصميم طيران ، هناك قصة عن بيان صادر عن كبير المصممين. فقط مؤلف البيان يتغير. ويبدو الأمر على هذا النحو: "لقد كنت أتعامل مع الطائرات طوال حياتي ، لكنني ما زلت لا أفهم كيف تطير قطعة الحديد هذه!". في الواقع ، بعد كل شيء ، لم يتم إلغاء قانون نيوتن الأول بعد ، ومن الواضح أن الطائرة أثقل من الهواء. من الضروري معرفة القوة التي لا تسمح لآلة متعددة الأطنان بالسقوط على الأرض.
طرق السفر الجوي
هناك ثلاث طرق للسفر:
- ايروستاتيك ، عندما يتم الرفع عن الأرض بمساعدة جسم تكون جاذبيته النوعية أقل من كثافة الهواء الجوي. هذه هي البالونات ، المناطيد ، المسابير والهياكل المماثلة الأخرى.
- رد الفعل ، وهو القوة الغاشمة للتيار النفاث من الوقود القابل للاحتراق ، والذي يسمح بالتغلب على قوة الجاذبية.
- وأخيرًا ، الطريقة الديناميكية الهوائية لخلق قوة الرفع ، عندما يتم استخدام الغلاف الجوي للأرض كمادة داعمة للمركبات الأثقل من الهواء. الطائرات والمروحيات والطائرات العمودية والطائرات الشراعية ، وبالمناسبة ، تتحرك الطيور باستخدام هذه الطريقة الخاصة.
القوى الأيروديناميكية
تتأثر الطائرة التي تتحرك في الهواء بأربع قوى رئيسية متعددة الاتجاهات. بشكل تقليدي ، يتم توجيه نواقل هذه القوى للأمام والخلف وللأسفل وللأعلى. هذا يكاد يكون بجعة وسرطان ورمح. القوة التي تدفع الطائرة للأمام ناتجة عن المحرك ، والخلف هو القوة الطبيعية لمقاومة الهواء ، والأسفل هو الجاذبية. حسنًا ، بدلاً من ترك الطائرة تسقط - الرفع الناتج عن تدفق الهواء بسبب التدفق حول الجناح.
الجو القياسي
يمكن أن تختلف حالة الهواء ودرجة حرارته وضغطه بشكل كبير في أجزاء مختلفة من سطح الأرض. وفقًا لذلك ، ستختلف أيضًا جميع خصائص الطائرات عند الطيران في مكان أو آخر. لذلك ، من أجل الراحة وتوصيل جميع الخصائص والحسابات إلى قاسم مشترك ، اتفقنا على تحديد ما يسمى الغلاف الجوي القياسي بالمعايير الرئيسية التالية: الضغط 760 مم زئبق فوق مستوى سطح البحر ، وكثافة الهواء 1.188 كجم لكل متر مكعب ، وسرعة صوت 340.17 متر في الثانية ، درجة حرارة +15. مع زيادة الارتفاع ، تتغير هذه المعلمات. هناك جداول خاصة تكشف عن قيم المعلمات لارتفاعات مختلفة. يتم تنفيذ جميع الحسابات الديناميكية الهوائية ، وكذلك تحديد خصائص أداء الطائرة ، باستخدام هذه المؤشرات.
أبسط مبدأ لإنشاء المصعد
إذا كان تدفق الهواء في قادملوضع جسم مسطح ، على سبيل المثال ، بإخراج راحة يدك من نافذة سيارة متحركة ، يمكنك أن تشعر بهذه القوة ، كما يقولون ، "على أصابعك". عند تدوير راحة اليد بزاوية صغيرة بالنسبة لتدفق الهواء ، يشعر على الفور أنه بالإضافة إلى مقاومة الهواء ، ظهرت قوة أخرى ، تسحب لأعلى أو لأسفل ، اعتمادًا على اتجاه زاوية الدوران. تسمى الزاوية بين مستوى الجسم (الراحتان في هذه الحالة) واتجاه تدفق الهواء بزاوية الهجوم. من خلال التحكم في زاوية الهجوم ، يمكنك التحكم في المصعد. يمكن ملاحظة أنه مع زيادة زاوية الهجوم ، ستزداد القوة التي تدفع راحة اليد لأعلى ، ولكن إلى نقطة معينة. وعندما تصل لزاوية قريبة من 70-90 درجة تختفي تماما.
جناح الطائرات
سطح المحمل الرئيسي الذي يخلق قوة الرفع هو جناح الطائرة. عادة ما يكون المظهر الجانبي للجناح على شكل دمعة منحنية كما هو موضح.
عندما يتدفق الهواء حول الجناح ، فإن سرعة الهواء المار على طول الجزء العلوي من الجناح تتجاوز سرعة التدفق السفلي. في هذه الحالة ، يصبح ضغط الهواء الساكن في الأعلى أقل منه تحت الجناح. فرق الضغط يدفع الجناح لأعلى ، مما يؤدي إلى قوة الرفع. لذلك ، لضمان اختلاف الضغط ، يتم تصنيع جميع جوانب الجناح بشكل غير متماثل. بالنسبة للجناح ذي المظهر الجانبي المتماثل بزاوية الصفر للهجوم ، يكون الرفع في مستوى الطيران صفرًا. مع مثل هذا الجناح ، فإن الطريقة الوحيدة لإنشائه هي تغيير زاوية الهجوم. هناك عنصر آخر لقوة الرفع - حثي. هي تكونيتشكل بسبب ميل تدفق الهواء إلى أسفل بواسطة السطح السفلي المنحني للجناح ، مما ينتج عنه بشكل طبيعي قوة عكسية صاعدة تعمل على الجناح.
حساب
معادلة حساب قوة الرفع لجناح الطائرة كالتالي:
Y=CyS(PV2) / 2
حيث:
- Cy - معامل الرفع
- S - منطقة الجناح
- V - سرعة التدفق الحر.
- P - كثافة الهواء.
إذا كان كل شيء واضحًا مع كثافة الهواء ومنطقة الجناح والسرعة ، فإن معامل الرفع هو قيمة تم الحصول عليها تجريبيًا وليست ثابتة. وهي تختلف تبعًا لملف الجناح ونسبة العرض إلى الارتفاع وزاوية الهجوم والقيم الأخرى. كما ترى ، فإن معظم التبعيات خطية ، باستثناء السرعة.
هذا المعامل الغامض
معامل رفع الجناح قيمة غامضة. لا يزال يتم التحقق من الحسابات المعقدة متعددة المراحل تجريبياً. يتم ذلك عادة في نفق هوائي. لكل ملف تعريف جناح ولكل زاوية هجوم ، ستكون قيمته مختلفة. ونظرًا لأن الجناح نفسه لا يطير ، ولكنه جزء من الطائرة ، يتم إجراء مثل هذه الاختبارات على النسخ المخفضة المقابلة لنماذج الطائرات. نادرا ما يتم اختبار الأجنحة بشكل منفصل. وفقًا لنتائج القياسات العديدة لكل جناح معين ، من الممكن رسم اعتماد المعامل على زاوية الهجوم ، بالإضافة إلى الرسوم البيانية المختلفة التي تعكس الاعتمادالرفع من سرعة ومظهر جناح معين ، وكذلك من الميكنة المحررة للجناح. يظهر نموذج الرسم البياني أدناه.
في الواقع ، يميز هذا المعامل قدرة الجناح على تحويل ضغط الهواء الداخل إلى قوة رفع. قيمته المعتادة هي من 0 إلى 2. السجل هو 6. حتى الآن ، الشخص بعيد جدًا عن الكمال الطبيعي. على سبيل المثال ، هذا المعامل لنسر ، عندما يرتفع من الأرض مع غوفر تم صيده ، يصل إلى قيمة 14. يتضح من الرسم البياني أعلاه أن الزيادة في زاوية الهجوم تؤدي إلى زيادة الرفع إلى قيم زاوية معينة. بعد ذلك يضيع التأثير بل ويذهب في الاتجاه المعاكس.
تدفق المماطلة
كما يقولون ، كل شيء جيد في الاعتدال. لكل جناح حدوده الخاصة من حيث زاوية الهجوم. يؤدي ما يسمى بزاوية الهجوم فوق الحرجة إلى توقف على السطح العلوي للجناح ، مما يحرمه من الرفع. يحدث المماطلة بشكل غير متساوٍ على كامل مساحة الجناح ويصاحبها ظواهر مقابلة غير سارة للغاية مثل الاهتزاز وفقدان السيطرة. الغريب أن هذه الظاهرة لا تعتمد كثيرًا على السرعة ، على الرغم من أنها تؤثر أيضًا ، لكن السبب الرئيسي لحدوث المماطلة هو المناورة المكثفة ، المصحوبة بزوايا هجوم فوق الحرجة. وبسبب هذا ، وقع الحادث الوحيد للطائرة Il-86 ، عندما أراد الطيار "التباهي" على متن طائرة فارغة بدون ركاب ، بدأ فجأة في الصعود ، وانتهى الأمر بشكل مأساوي.
المقاومة
جنبًا إلى جنب مع المصعد يأتي السحب ،منع الطائرة من التقدم. يتكون من ثلاثة عناصر. هذه هي قوة الاحتكاك بسبب تأثير الهواء على الطائرة ، والقوة الناتجة عن اختلاف الضغط في المناطق أمام الجناح وخلف الجناح ، والمكوِّن الاستقرائي الذي تمت مناقشته أعلاه ، حيث يتم توجيه متجه تأثيره ليس فقط للأعلى ، مما يساهم في زيادة الرفع ، ولكن أيضًا إلى الخلف ، كونه حليفًا للمقاومة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أحد مكونات المقاومة الحثية هو القوة التي تحدث بسبب تدفق الهواء عبر أطراف الجناح ، مما يتسبب في تدفقات دوامة تزيد من شطبة اتجاه حركة الهواء. صيغة السحب الأيروديناميكي مطابقة تمامًا لصيغة قوة الرفع ، باستثناء المعامل Su. يتغير إلى معامل Cx ويتم تحديده أيضًا تجريبيًا. نادرا ما تتجاوز قيمته عُشر واحد.
نسبة الإسقاط إلى السحب
نسبة قوة الرفع إلى قوة السحب تسمى الجودة الديناميكية الهوائية. يجب أن تؤخذ ميزة واحدة في الاعتبار هنا. نظرًا لأن معادلات قوة الرفع وقوة السحب ، باستثناء المعامِلات ، هي نفسها ، يمكن افتراض أن الجودة الديناميكية الهوائية للطائرة تتحدد بنسبة المعاملين Cy و Cx. الرسم البياني لهذه النسبة لزوايا هجوم معينة يسمى قطبي الجناح. ويرد مثال على هذا الرسم البياني أدناه.
تتمتع الطائرات الحديثة بقيمة جودة ديناميكية هوائية تتراوح ما بين 17-21 ، وطائرات شراعية - تصل إلى 50. وهذا يعني أن رفع الجناح في أفضل الظروف.17-21 مرة أكبر من قوة المقاومة. بالمقارنة مع طائرة الأخوين رايت ، التي سجلت 6.5 ، تقدم التصميم واضح ، لكن النسر مع غوفر المؤسف في كفوفه لا يزال بعيد المنال.
أوضاع الطيران
تتطلب أوضاع الطيران المختلفة نسبة رفع إلى سحب مختلفة. في رحلة مستوى الطيران ، تكون سرعة الطائرة عالية جدًا ، ويكون معامل الرفع متناسبًا مع مربع السرعة بقيم عالية. الشيء الرئيسي هنا هو تقليل المقاومة. أثناء الإقلاع وخاصة الهبوط ، يلعب معامل الرفع دورًا حاسمًا. سرعة الطائرة منخفضة ، لكن وضعها المستقر في الهواء مطلوب. سيكون الحل الأمثل لهذه المشكلة هو إنشاء ما يسمى بالجناح التكيفي ، والذي يغير انحناءه وحتى مساحته اعتمادًا على ظروف الطيران ، بنفس الطريقة تقريبًا مثل الطيور. إلى أن ينجح المصممون ، يتم تحقيق التغيير في معامل الرفع باستخدام ميكنة الجناح ، مما يزيد من مساحة وانحناء المظهر الجانبي ، مما يؤدي ، من خلال زيادة المقاومة ، إلى زيادة الرفع بشكل كبير. بالنسبة للطائرات المقاتلة ، تم استخدام تغيير في اكتساح الجناح. أتاح هذا الابتكار تقليل السحب عند السرعات العالية وزيادة الرفع عند السرعات المنخفضة. ومع ذلك ، فقد تبين أن هذا التصميم غير موثوق به ، وقد تم تصنيع طائرات الخطوط الأمامية مؤخرًا بجناح ثابت. هناك طريقة أخرى لزيادة قوة الرفع لجناح الطائرة وهي تفجير الجناح بشكل إضافي بتدفق من المحركات. تم تنفيذ هذا في الجيشطائرات النقل An-70 و A-400M ، والتي ، بسبب هذه الخاصية ، تتميز بتقصير مسافات الإقلاع والهبوط.
