بار روی بال یا wing loading

 تالیف و ترجمه: اصغر ناصری 

در علم آیرودینامیک، بار روی بال‌ها (wing loading) به وزن کل هواپیما تقسیم بر مساحت بال گفته می‌شود. بار زیاد روی بال مانورپذیری را کاهش می‌دهد، در عین حال هواپیما در نشست و برخاست به سرعت های بالاتری می‌رسد.

بار روی بال معمولا بر حسب پاوند بر فوت مربع یا کیلوگرم بر متر مربع داده بیان می‌شود. هواپیماهای گلایدر با بالهای بزرگ خود معمولا دارای بار روی بال بسیار کمی هستند در حالی که هواپیماهای مسافربری غول پیکر مانند بوئینگ 747 یا ایرباس 380 بار روی بال حدود 600 تا 750 کیلوگرم بر متر مربع دارند.

تاثیر کمیت بار روی بال بر عملکرد هواپیما

این کمیت معیار سودمندی برای تعیین عملکرد کلی مانورپذیری یک هواپیماست. بال ها بواسطه حرکت هوا بر روی سطح خود تولید نیروی بالابر می‌کنند (شکل زیر). بالهای بزرگتر هوای بیشتری را جابجا می کنند. بنابراین هواپیمایی که بال وسیعتری نسبت به جرم خود دارد (یعنی بار روی بال کمتر) نیروی بالبر بیشتری در هر سرعت معین ایجاد می کند. در نتیجه هواپیمایی با بار روی بال کمتر می تواند در سرعت های پایین تری نشست و برخاست کند یا بار بزرگتری با خود از روی زمین بردارد. همچنین سرعت گردش آن نیز بیشتر خواهد بود.

 

تاثیر بر روی سرعت صعود و عملکرد گشت زنی

هرچه بار روی بال کمتر باشد، هواپیما می تواند با سرعت بیشتری صعود کند. زیرا سرعت باد کمتری برای تولید نیروی بالابر اضافی مورد نیاز است. عملکرد گشت زنی (پرواز در ارتفاع ثابت به مدت طولانی) نیز برای هواپیمایی که بار روی بال کمتری دارد بیشتر است. زیرا نیروی پیشرانه کمتری برای تولید نیروی بالابر به منظور حفظ ارتفاع نیاز دارد. لیکن بالهای کوچک و دارای بار روی بال بزرگتر برای پرواز در سرعت های بالا مناسبتر هستند، زیرا نیروی مقاوم کمتری تولید می کنند (باد در برابر بالهای کوچک نیروی مقاوم کمتری ایجاد می کند).

تاثیر بر روی سرعت گردش

هرچه بار روی بال کمتر باشد، هواپیما می تواند با سرعت بیشتری چرخش کند. در چرخش هواپیما نیروی بالابر کاهش می‌یابد. در نتیجه هواپیما باید بر زاویه حمله و نیروی موتور خود بیفزاید تا از کاهش ارتفاع اجتناب کند. بالهای سبکتر نیروی بالابر بیشتری به ازای واحد سطح خود ایجاد می کنند در نتیجه قادر به گردش سریعتر هستند.

مقایسه ای بین عملکرد چند هواپیما در رابطه با بار روی بال

هواپیمای F-104 Starfighter که از 1958 تا 1969 در خدمت نیروی هوای آمریکا بود، نمونه جالبی از یک هواپیما با بالهای کوچک و بار روی بال بزرگ (514 کیلوگرم بر متر مربع) می‌باشد. این خصوصیات باعث شده بود هواپیمای مزبور بتواند با سرعت بیش از 2200 کیلومتر بر ساعت پرواز کرده و دارای سرعت صعود بالایی باشد. این هواپیما در سه زمینه سرعت پرواز، سرعت صعود و ارتفاع پرواز در زمان خود رکورد دار بود. لیکن بالهای کوچک مشکلاتی را نیز بدنبال داشتند: این هواپیما باید سرعت بالایی را حفظ می کرد تا نیروی بالابر آن کاستی نگرفته و هواپیما وارد حالت استال stall (که نیروی بالابر به حداقل می رسد) نگردد. همچنین زاویه حمله بیش از حد بزرگ می توانست هواپیما را وارد حالت چرخش بدون کنترل (spin) کند که بیرون آمدن از آن بسیار دشوار بود. هواپیما دارای مانورپذیری کمتری نسبت به هواپیماهای زمان خود بود و برای دور زدن به شعاع چرخش بزرگی نیاز داشت.

 

هواپیمای میگ 29 فولکروم دارای طراحی بال و بدنه بهم آمیخته (blended wing-fuselage) است به عبارتی بال هواپیما بتدریج تغییر فرم می یابد تا با بدنه یکی شود. این طرح باعث ایجاد سطح زیاد روی بال و در نتیجه کاهش بار رو ی بال می‌گردد. در نتیجه این هواپیما دارای مانورپذیری بسیار بالایی است.