عوامل موثر بر مانورپذیری هواپیما

عوامل موثر بر مانورپذیری هواپیما

تالیف: اصغر ناصری

مانورپذیری یک هواپیما به عوامل متعددی بستگی دارد لیکن یکی از مهم ترین آنها قابلیت هواپیما در دور زدن است. در یک وضعیت جنگی میان دو هواپیمای متخاصم که با سرعت یکسانی پرواز می کنند، هواپیمایی که بدون ازدست دادن ارتفاع قادر به دور زدن باشد دست بالا را خواهد داشت. در این بحث سایر عوامل مانند پایداری هواپیما، کنترل پذیری آن، تسلیحات و البته مهارت خلبان دو هواپیما را یکسان فرض کرده ایم.

در دور زدن پایدار یک هواپیما، نیروی بالابر تولید شده توسط بالها نه تنها وزن هواپیما، بلکه نیروی گریز از مرکز ایجاد شده توسط گردش هواپیما را نیز باید خنثی کند. ضریب بار (load factor) به صورت نسبت نیروی بالابر در گردش به وزن هواپیما تعریف شده و بر حسب واحد g، شتاب گرانشی تعریف می شود. بنابراین در یک گردش با شتاب 2g بال باید نیروی بالابری دوبرابر وزن هواپیما تولید کند. اندازه ضریب بار توسط زاویه گردش به پهلوی هواپیما تعریف می شود. برای مثال گردش های با شتاب 2g و 5g نیاز به گردش هواپیما به پهلو به میزان 60 و 78.5 درجه (به ترتیب) دارند. نهایتا اینکه برای یک زاویه گردش و در نتیجه ضریب بار معین، شعاع گردش با مجذور سرعت تغییر می کند. برای مثال دوبرابر ساختن سرعت هواپیما باعث می شود شعاع گردش هواپیما 4 برابر شود. البته واماندگی (stall) بال تاثیر مهمی بر قابلیت دور زدن هواپیما در سرعت و زاویه گردش به پهلوی معین دارد.

یک جنگنده سوخو 30 در حال دورزدن با زاویه حمله بزرگ

عامل مهم دیگر در قابلیت مانور دادن یک هواپیما بار روی بال (wing loading) است که به صورت بار آیرودینامیکی وارد بر سطح بال هواپیما در پرواز و بر حسب نیوتن بر متر مربع بیان می شود. هرچه بار روی بال هواپیمایی کمتر باشد، هواپیما در مانور دادن با مقاومت کمتری از سوی جریان هوا مواجه می شود. بنابراین هواپیمایی    مانند F-15 که مساحت بال زیاد و بار روی بال کمتری دارد قادر است سریعتر و آسانتر از هواپیمایی مانند F-104 با بالهای فوق العاده کوچک و بار روی بال زیاد مانور بدهد.

F-104 Starfighter                                                                                                         F-15C Eagle

قدرت موتور هواپیما عامل دیگر در مانورپذیری آن است. هرچه نسبت نیروی پیشران هواپیما به وزن آن (thrust-to-weight ratio) بیشتر باشد قدرت مانور دادن هواپیما بیشتر است و می تواند بدون از دست دادن ارتفاع با پیچ تند دور بزند.

جنگنده شکاری F-15 Eagle با بار روی بال 55 پاوند بر فوت مربع و ضریب نیروی پیشران به وزن 1.35 یکی از مانورپذیرترین جنگنده های دنیا است. ضریب نیروی پیشران به وزن بالاتر از 1 بدین معنا است که هواپیما می تواند در هنگام پروازعمودی نیز شتاب بگیرد.

جنگنده های سبک و مدرنی مانند F-16 و F-18 از گسترش ریشه بال در لبه حمله (Leading Edge Root Extension) برای ممانعت از واماندگی بال در زاویه حمله زیاد استفاده می کنند. زمانی که یک هواپیما زاویه حمله خود را یش از حد مجاز افزایش می دهد (نوک هواپیما زاویه زیادی با افق می گیرد) در بالها حات واماندگی (استال) ایجاد می شود. واماندگی حالتی است که در آن نیروی بالابر تولید شده توسط بالها به صفر می گراید و ممکن است هواپیما در این حالت کاملا از کنترل خارج شده و بدور محور عمودی خود دوران کند. گسترش ریشه بال در لبه حمله ایجاد جریانهای گردابی (Vortex) در لبه حمله می کند که به نوبه خود از واماندگی هواپیما در زوایای حمله بزرگ پیش گیری می کند. بنابراین هواپیماهای مجهز به این امکان قادرند با زاویه حمله بزرگتر مانور دهند.

F/A-18 Super Hornet

جدیدترین ابداع در زمینه مانورپذیری هواپیما، موتورهای مجهز به تغییر جهت جریان پازهای خروجی (thrust vectoring) هستند که در آنها نازل قادر به چرخش به سوی بالا و پایین یا در جهات دلخواه است. بدین ترتیب در هنگام مانور نیروی پیشران در جهت دلخواه وارد ده و هواپیما می تواند با سرعت کم مانورهای بسیار پیچیده ای انجام دهد. جنگنده Su-35 روسیه و جنگنده پیشرفته F-22 آمریکا مجهز به چنین امکانی هستند و ترکیب این امکان با طرح آیرودینامیکی ممتاز به آنها لقب هواپیماهای ابرمانورپذیر (super maneuverable) داده است.

MiG-29OVT thrust vectoring