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.