ولوکاپتر: هلی کوپتر برقی با 18 ملخ

27 نوامبر 2013

مهندسین آلمانی اولین هلی کوپتر برقی دنیا را که به 18 ملخ مجهز است با موفقیت آزمایش کردند. هجده روتور این هلی کوپتر بر روی یک قاب مدور از جنس الیاف کربنی قرار دارند و توسط باتری 100 کیلوگرمی به حرکت در می آیند. حداکثر سرعت این هلی کوپتر 70 کیلومتر بر ساعت است.

از ویژگی های منحصر بفرد این هلی کوپتر پایداری فوق العاده آن به علت تعادل کامل نیروهای گشتاوری است. اگر اهرم کنترل پرواز را در این هلی کوپتر رها کنید در یک نقطه آسمان ثابت می ایستد اما در هلی کوپترهای امروزی این کار به از دست رفتن تعادل و سقوط می انجامد. پرواز با هلی کوپترهای امروزی بسیار مشکل است و خطرات بزرگی به همراه دارد. در مقابل، راندن این هلی کوپتر بسیار ساده است و از عهده هر فردی با آموزش اندک بر می آید.

کمپانی بوئینگ در گذر زمان: هواپیماهایی که مسافرت هوایی را شکل دادند

گردآوری و ترجمه: اصغر ناصری

منبع: http://edition.cnn.com/2013/11/21/travel/boeing-through-the-ages/index.html?hpt=hp_mid

مدل 80 بوئینگ که در سال 1928 ساخته شد اولین هواپیمای مسافربری آمریکا بود که مطابق یک برنامه زمانی خدمات پروازی خود را ارائه می کرد. این هواپیما می توانست 18 مسافر و 405 کیلوگرم بار حمل کند. بدنه آن از الیاف پارچه پوشانیده شده بود. خلبانانی که به کابین های باز عادت کرده بودند از فضای بسته کابین این هواپیما شکایت داشتند. قیمت این هواپیما 140 هزار دلار بود.

مدل بوئینگ 247 که در سال 1933 ساخته شد دارای سه خدمه، ظرفیت 10 مسافر و 182 کیلوگرم بار بود. برد آن 1198 کیلومتر و سقف پروازی حدود 8000 متر داشت. به عنوان اولین هواپیمای مسافربری مدرن دنیا دارای اولین چرخ های فرود جمع شونده بود. پرواز آن از نیویورک تا لس آنجلس 20 ساعت طول می کشید که شامل 7 نقطه توقف بین راهی بود.

به عنوان اولین هواپیمای غول پیکر زمان خود مدل 314 کلیپر می توانست 74 مسافر حمل کند و اولین مسافرت فرا اقیانوسی را در 1939 انجام داد.

مدل بوئینگ 307 که بر مبنای بمب افکن بی 17 ساخته شده بود، اولین پرواز خود را در سال 1938 انجام داد. اولین هواپیمای مسافربری با اتاقک تحت فشار بود که به آن اجازه می داد بالای ابرها و در هوای نامساعد پرواز کند.

بوئینگ 707 آغاز گر سری 7 هواپیماهای بوئینگ بود که در دهه 1960 بهترین هواپیمای مسافربری محسوب می شد.

جت تجاری جامبوجت 747 نمادی از حمل و نقل در قرن بیستم بود. این هواپیمای عظیم بنا به تقاضای شرکت هواپیمایی پان آمریکن ساخته شده بود که هواپیماهای عظیم را راه حلی برای تقاضای روزافزون مسافرت های هوایی و تراکم مسافرین در فرودگاهها می دانست. بوئینگ 747 دو برابر و نیم بزرگتر از 707 بوده و اولین هواپیمای پهن پیکر دنیا بشمار می رفت. ارتفاع زیاد عرشه پرواز آن امکان تعبیه درب حمل بار در دماغه آنرا می داد. 

علیرغم مشکلات ابتدای تولید که کابوسی برای مالکین بوئینگ شده بود، بسیاری از کارشناسان بوئینگ 787 دریم لاینر را آینده صنعت هوایی دنیا می دانند. بدنه پلاستیکی این هواپیما از نظر مصرف سوخت آنرا 20 درصد کارامدتر از هواپیماهای سبکتر ساخته و فضای درون آن برای مسافرین بسیار راحت تر و لذت بخش تر است.

هندسه بال

ترجمه: اصغر ناصری

منبع:

http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/geom.html

یکی از عوامل اصلی تعیین کننده نیروی بالابرنده و پسا در هواپیما، هندسه بال می باشد. در تمامی صنایع هواپیمایی از واژگان فنی یکسانی برای توصیف هندسه بال استفاده می شود. بال واقعی یک شی پیچیده سه بعدی است اما با در نظر گرفتن شکل ساده مقطع دو بعدی می توان به اطلاعات مفیدی رسید.

شکل بالا سمت چپ نمایی را نشان می دهد که اگر از بالا به هواپیما نگاه کنیم، از بال آن خواهیم دید. این نمای فوقانی هندسه بسیار ساده ای از بال را نشان می دهد، بال مستقیمی که معمولا در هواپیماهای آزمایشی کوچک دیده می شود. لبه جلویی بال لبه حمله یا leading edge نامیده می شود. لبه عقبی نیز به لبه فرار یا trailing edge موسوم است.فاصله لبه حمله تا فرار به chord موسوم است که با علامت c نشان داده می شود. فاصله بین دو نوک بال به دهانه یا span موسوم بوده و با s نشان داده می شود. شکل بال وقتی از نمای فوقانی دیده می شود به planform موسوم است. در این شکل پلانفورم یک مستطیل است و طول کورد در هر موقعیت در طول دهانه بال ثابت است. در مورد سایر انواع پلانفورمها طول کورد در سراسر span متغیر است. مساحت بال یا A مساحت تصویر بال بین لبه های حمله و فرار و نوکهای بال است.

نسبت Aspect ratio نشان دهنده میزان طویل بودن و باریکی یک بال است. این نسبت عبارت است از مربع دهانه بال تقسیم بر مساحت بال و با نماد AR نمایش داده می شود. برای یک بال مستطیل شکل به صورت نسبت دهانه به طول کورد تعریف می شود.

نسبت  AR بزرگ به معنی بزرگ بودن دهانه است (مانند گلایدرهای با عملکرد بالا) در حالی که بالهایی با نسبت AR کوچک دهانه کوچکتر دارند (مانند جنگنده F-16) یا کوردهای ضخیم دارند (مانند شاتل). یکی از مولفه های نیروی پسای بال به معنی پسای القایی induced drag بطور معکوس با AR متناسب است. بال با AR بزرگ دارای پسای کمتر و نیروی بالابر بیشتری نسبت به بالی با AR کوچک است. از آنجایی که زاویه سریدن گلایدر به نسبت نیروی بالابر به نیروی پسا بستگی دارد، یک گلایدر معمولا با نسبت AR بزرگی طراحی می شود. شاتل فضایی دارای AR کوچکی است زیرا تحت اثر سرعتهای بسیار بالا قرار دارد بنابراین گلایدر بسیار ضعیفی است (قابلیت سریدن در هوا و باقی ماندن در حالت پرواز بدون موتور را ندارد). هواپیمای F-14 و F-111 هر دو خاصیت حرکت با سرعتهای بالا و پایین را به خوبی دارند. آنها با تغییر هندسه بال و نسبت AR از طریق تغییر زاویه برگشت بال می توانند خود را برای حرکت در سرعتهای مختلف مطابقت دهند.

نمای جلویی

نمای جلویی بال زاویه ای که بالها با خط افق می سازند را نشان می دهد. این زاویه به dihedral angle موسوم است. بالی که دارای زاویه مزبور است در برابر مقادیر کم غلطش به پهلو پایدار است و به موقعیت تعادل باز می گردد. هواپیماهای مسافربری از این زاویه بیشترین استفاده را می برند. زاویه dihedral منفی که به anhedral موسوم است باعث ناپایداری جانبی شده و قدرت مانور را افزایش می دهد. هواپیماهای جنگی اغلب با زاویه منفی dihedral طراحی می شوند.

نمای جانبی

نمای جانبی بال ایرفویل airfoil خوانده می شود. خط مستقیمی که لبه حمله را به لبه فرار وصل می کند خط کورد chord line نامیده می‌شود. خط کورد ایرفویل را به دو قسمت بالایی و پایینی تقسیم می کند. اگر نقاط واقع در میانه سطوح بالایی و پایینی ایرفویل را به هم وصل کنیم به منحنی به نام mean camber line می رسیم. بریا یک ایرفویل متقارن این خط بر خط کورد منطبق می شود اما در بیشتر ایرفویل ها این دو از هم جدا هستند. حداکثر فاصله بین دو خط کورد و mean camber line به camber موسوم است که نشان دهنده میزان انحنای ایرفویل است. بیشترین فاصله بین سطوح بالایی و پایینی بال ضخامت نامیده می شود. موسسه NACA که نیای NASA محسوب می شود، شکل ایرفویل ها را استاندارد کرده و با تست تونل باد ضرایب بالابر و پسا را برای انواع مختلف محاسبه کرده است.

موتور اسکرم جت چیست و چگونه کار می کند؟

تالیف: اصغر ناصری  

برای درک نحوه عمل موتور اسکرم جت ابتدا باید نگاهی به نحوه کار موتور رم جت بیندازیم.

در موتورهای توربوجت معمولی، هوا توسط کمپرسور فشرده و گرم شده و به درون اتاقک احتراق رانده می شود که در آنجا با سوخت مخلوط شده و پس از احتراق تولید گازهای پرفشار می کند. خروج این گازها از اگزوز باعث تولید رانش به جلو یا thrust می شود. 

برای سرعت هوای ورودی به داخل کمپرسور محدودیت وجود دارد. وقتی هواپیما به سرعت صوت نزدیک می شود هوای ورودی به داخل موتور با امواج شوک همراه است که می تواند باعث ایراد صدمه به کمپرسور شود. در نتیجه با طراحی ورودی هوا به موتور به شیوه های مختلف باعث کاهش سرعت جریان هوای ورودی می شوند. 

در موتور رم جت کمپرسور و سایر اجزای متحرک مانند توربین وجود ندارد. بطور ساده هوا وارد اتاق احتراق شده و پس از ترکیب با سوخت می سوزد و تولید گازهای پرفشار می کند. کاهش سرعت جریان هوای ورودی به زیر صوت توسط قطعه ای با طراحی خاص به نام جسم درونی یا inner body صورت می پذیرد. تراکم هوا توسط سرعت بالای رو به جلوی جسم پرنده تامین می شود. در اینجا نیز سرعت هوای ورودی باید زیرصوت باقی بماند. زیرا افزایش سرعت به بالای این مقدار باعث وارد آوردن امواج ضربه و نیز گرم شدن بیش از حد هوا در داخل موتور احتراق می شود. 

 

موتورهای رم جت نمی توانند زیر سرعت 2 یا 3 ماخ کار کنند زیرا به سرعت بالاتر برای متراکم کردن هوا در جلوی موتور نیاز دارند. سرعت بالاتر از 6 ماخ نیز بریا آنها دست نیافتنی است زیرا باعث داغ شدن گازهای احتراق تا حد تجزیه محصولات احتراق می شود. چاره کار در موتورهای اسکرم جت است.

اسکرم جت مخفف Supersonic Combustion RAMjet می باشد. در موتور اسکرم جت هوای ورودی با سرعت بالای صوت وارد موتور احتراق می‌شود. چون هوا چندان فشرده نمی شود و با آزادی نسبی وارد اتاق احتراق می گردد، دمای آن افزایش چندانی نمی‌یابد. طراحی آیرودینامیکی جسم ورودی موتور اسکرم جت به گونه ای که هوا را تنها تا حد احتراق در مدت چند هزارم ثانیه متراکم کند و در عین حال از سرعت هوای ورودی چندان نکاهد امر بسیار پیچیده ای است. بدنه موتور و سایر قسمت های جسم پرنده نیز باید بسیار مستحکم باشد تا در برابر نیروهای آیرودینامیکی و ثقلی وحشتناک سرعت‌های بالا مقاومت کند. 

 

موتورهای اسکرم جت می تواند سرعتی تا حد 25 ماخ را نیز فراهم کنند. سقف پرواز قابل دسترسی توسط آنها نیز بسیار بالاتر از سایر موتورهای جت است. در حالی که موتورهای توربوجت مدرن حداکثر می تواند به ارتفاع 40 کیلومتری دست یابند، این سقف برای رم جت 55 و برای اسکرم جت 75 کیلومتر یا حتی بالاتر است. 

بالاترین سرعتی که تاکنون با موتور اسکرم جت حاصل شده توسط هواپیمای بدون سرنشین 

 X-43A است که در 16 نوامبر 2004 توسط ناسا با استفاده از یک بی 52 به عنوان هواپیمای مادر به پرواز درآمده و به سرعت 9.68 ماخ معادل 11858 کیلومتر بر ساعت دست یافته است. 

برای اطلاع بیشتر به منابع زیر مراجعه شود: 

http://orbitalvector.com/Orbital%20Travel/Scramjets/Scramjets.htm

http://www.aviation-history.com/engines/ramjet.htm

کاربرد بالچه (Winglet) در هواپیماهای مسافربری

بالچه‌ها چگونه عمل می‌کنند؟ 

گردآوری و تالیف:‌اصغر ناصری - آبان ماه 1391

بالچه ها ضمائمی در انتهای بال اصلی هواپیما هستند که باعث کاهش جریانهای گردابی (vortices) نوک بال می شوند. این جریانهای گردابی در اثر اختلاف فشار روی سطح یالایی بال و سطح پایینی آن رخ می دهند. فشار بالاتر بر روی سطح پایینی هواپیما یک جریان هوای طبیعی ایجاد می‌کند که بسوی نوک بال رفته و حول آن به سمت بالا تاب می چرخد. وقتی جریان حول نوک بالها به سمت عقب هواپیما روان می شوند، یک گردابه (vortex) شکل می گیرد. این گردابه های چرخان باعث اتلاف انرژی و افزایش نیروی پسا می شوند. 

 

بالچه‌ها با کاهش نیروی پسا باعث افزایش عملکرد هواپیماهای جت می شوند و این کاهش پسا می تواند سرعت گشت آنها را افزایش دهد. ما بیشتر خلبان های هواپیماهای مسافربری ترجیح می دهند با حرکت با سرعت های عادی از مزیت بالچه‌ها در کاهش نیروی پسا برای کاهش مصرف سوخت استفاده کنند. 

هواپیماهای مسافربری متعددی از این ابداع سود برده‌اند. ایرباس A319 و A320 دارای بالچه‌های بالا و پایین بال بسیار کوچک بوده‌اند. هواپیمای دورپروازتر A340 دارای بالچه‌های متداول بوده است. شرکت Aviation Partners طرح جدیدی به نام بالچه ممزوج (blended winglet) ابداع کرده که انتقال تدریجی از فرم بال اصلی به بالچه را می‌نمایاند. 

مطالعه‌ای که در سال 1976 توسط ناسا انجام شده نشان می دهد که استفاده از بالچه‌ها 20 درصد کاهش نیروی پسا را در پی دارد. 

نسبت ابعادی (aspect ratio) یک بال عبارت از رابطه بین طول و پهنای آن (فاصله از لبه حمله تا لبه فرار) می باشد. هواپیمای U-2 دارای یک نسبت ابعادی بزرگ است در حالی که F-104 نسبت ابعادی کوچکی دارد. یک بال با نسبت ابعادی بزرگ می تواند با یک سرعت گشت معین، برد بیشتری را نصیب هواپیما کند زیرا بال طویل تر کمتر تحت تاثیر اتلاف انرژی در نتیجه گردابه های نوک بال قرار می گیرد. اما بالهای طویل در معرض خمش هستند و باید تقویت شوند که خود بر وزن آنها می‌افزاید. بالچه ها باعث افزایش نسبت ابعادی بدون افزودن بر طول بال می‌شوند. 

 

جریان باد به دور بالچه ها شکل پیچیده‌ای دارد و دقت خاصی در طراحی و آزمایش آنها باید بکار رود. زاویه بالچه نسبت به راستای عمودی و زاویه انحراف ایرفویل آن نسبت به مسیر باد تعیین کننده نیروی بالابرنده تولید شده توسط بالچه هستند. بالچه را می‌توان طوری طراحی نمود که جهت نیروی بالابر تولید شده توسط آن کمی بسوی جلو متمایل باشد در نتیجه نیروی پیش برنده‌ای نیز توسط آن تولید شود. 

منبع اصلی:

http://www.airspacemag.com/flight-today/wing.html