نام کاربري : کلمه عبور : عضو انجمن نيستيد ! همين حالا عضو شويد . | کلمه عبور خود را فراموش کرده ام !









تعداد ارسال ها: 503
نیروی هوافضای سپاه پاسداران

پاسخ : 4 RE نگاهی ساده بر موشک های بالستیک
سلام مجدد ....

در این پست میخوام در مورد شکل ظاهری کلاهک موشک حرف بزنم ...

همونطور که میدونیم و بارها مشاهده کردیم ، در موشک های کروز ایرانی و خارجی ، در بسیاری از موارد کلاهک بصورت کروی و سهموی ( parabola ) طراحی میشه
و در موشک های بالستیک بصورت مخروطی ( cone ) شکل و در جنگنده ها و بعضی از موشکها ، دماغه و کلاهک بصورت نوک تیز ( ogive ) طراحی میشه ...

بعنوان مثال موشک کروز قدیر و موشک کروز زمینی سومار ( کلاهک کروی و سهموی شکل ) :





موشک بالستیک قدر ( کلاهک مخروطی شکل ) :



اما چه دلیلی داره که در موشک بالستیک کلاهک مخروطی شکل طراحی میشه ولی در موشک کروز بصورت سهموی و کروی ؟؟؟

زمانی که یک هواپیما در حال پروازه ، 4 نیروی مختلف از 4 جهت متفاوت به هواپیما وارد میشه :



1- نیروی وزن ( جاذبه - gravity )
2- نیروی Lift ( برا - بالابرنده )
3- نیروی تراست
4- نیروی مقاومت هوا ( درگ - Drag - ضریب پسا )


1- نیروی وزن یا جاذبه : نیروی که موشک یا هواپیما و هر جسم دیگه ای رو روی زمین به خودش میکشونه ...
2- نیروی لیفت ( برا - بالابرنده ) : جهت نیروی لیفت دقیقا عکس جهت نیروی جاذبه هستش و اگر نیروی لیفت یا بالابرنده بیشتر از نیروی جاذبه باشه ، موشک یا هواپیما صعود میکنه و اوج میگیره و طبیعتا اگر نیروی لیفت از نیروی جاذبه کمتر باشه ، وسیله ی پرنده ، ارتفاع پروازیش رو کم میکنه و در برخی اوقات سقوط میکنه . دقیقا عین زمانی که ما میپریم ! در زمان پریدن ، ما نیروی لیفتی که به خودمون جهت پرش وارد میکنیم از نیروی جاذبه ای که سطح زمین به ما وارد میکنه بیشتره ، به همین خاطر ما به بالا میپریم ولی چون زمانی که ما در هوا معلق هستیم ، توانایی دادن نیروی اضافه به خودمون رو نداریم ، نیروی لیفت ما از نیروی جاذبه کمتر میشه و نیروی جاذبه مارو به خودش میکشه و مجددا به زمین برمیگردیم ...
طراحی بال ها در موشک و هواپیما بصورت صاف و مسطح نیست و بصورت منحنی شکل و دارای خمیدگی طراحی میشه تا بتونه در تماس با جریان هوای ورودی که در نتیجه ی نیروی تراست و حرکت پرنده در هوا حاصل میشه ، پرنده یا موشک رو در بلند شدن و افزایش نیروی لیفت همراهی کنه ...
بطور دقیق تر ، زمانی که جریان هوا به بال برخورد میکنه سرعت جریان هوا در قسمت فوقانی بالا بیشتر از سرعت جریان هوا در قسمت تحتانی باله و هر چقدر که سرعت در قسمت بالایی بال بیشتر باشه ، فشار وارده به قسمت بالایی بال نسبت به فشار وارده به قسمت پایینی بال کمتر میشه . این یعنی اینکه زمانی که جریان هوا به بال ها برخورد میکنه و از بال عبور میکنه ، به علت اینکه سرعت عبور جریان هوا از قسمت بالایی بال نسبت به سرعت عبور جریان هوا از قسمت پایینی بال بیشتره ، نتیجتا بعنوان یک اصل ، فشار قسمت بالایی بال بسیار کمتر از فشار قسمت پایینی باله ( ( فشار قسمت پایینی بال از فشار قسمت بالایی بال بسیار بالاتره ) و همین اختلاف فشار باعث میشه تا بال بتونه با توجه به جریان هوای عبوری از سطح خودش ، نیروی لیفت رو افزایش بده ...
3- نیروی تراست : تراست نیرویی که توسط موتور جهت پیشران و حرکت موشک یا راکت یا هواپیما در هوا ایجاد میشه . هرچقدر که نیروی تراست بیشتر باشه ، جریان سیال ( هوا ) ورودی که به نوک دماغه ی موشک یا هواپیما برخورد میکنه بیشتره ( سرعت حرکت هوا در جلوی پرنده زیاد میشه ) و هرچقدر که سرعت حرکت هوای برخوردی به موشک یا هواپیما بیشتر باشه ، جریان هوای بیشتری از سطح بال عبور میکنه و با توجه به توضیحات داده شده ، با افزایش جریان هوای عبوری از سطح بال ، موشک میتونه صعود کنه و سرعتش رو افزایش بده .. طبیعتا هر چقدر که نیروی تراست تولیدی بیشتر باشه ارتفاع اوج گیری و پروازی و همچنین سرعت پروازی موشک بیشتر میشه ...
4 - نیروی درگ : تنها نیرویی که ارتباط مستقیم با نوع طراحی و ایرودینامیک ظاهری دماغه ی موشک یا هواپیما داره ، نیروی مقاومت هوا یا درگ هستش ( در واقع تنها نیرویی که بطور قابل توجه توسط شکل و طراحی دماغه ی موشک یا هواپیما قابل تغییره ، نیروی درگ یا نیروی مقاومت سیال هست )
جهت نیروی درگ دقیقا در خلاف جهت نیروی تراست قرار داره ، نیروی تراست باعث حرکت پرنده در محور مختصات X و Y میشه و جهت نیروی درگ یا نیروی مقاومت هوا ، همونطور که از اسمش پیداست ، در خلاف جهت نیروی تراست شکل میگیره و باعث میشه که لایه های هوا از روبه رو به پرنده برخورد کنند و باعث مقاومت در برابر نیروی تراست بشن ...
هرچقدر که نیروی مقاومت هوا ( درگ ) کمتر باشه ، سرعت بیشتر و ارتفاع پروازی بالاتری رو بدست میاریم

نرخ تاثیر 4 نیروی گفته شده روی یک پرتابه ی عمود پرتاب :



همونطور که مشاهده میکنین ، هر 4 نیرویی که در حین پرواز یک هواپیما ، به هواپیما وارد میشه ، دقیقا همون 4 نیرو به یک موشک عمود پرتاب وارد میشه ، منتها با این تفاوت که نیروی لیفت تاثیری زیادی در نیروی بالا برنده موشک نداره و نیروی بالابرنده بیشتر از طریق نیروی تراست موتور موشک تامین میشه ...

نیروی درگ در اثر اصطکاک ایجاد شده بین سطح جسم و سیالی به وجود میاد که جسم در اون سیال داره حرکت میکنه .. که سیال مورد نظر ما در بخش هوافضا ، هوا هست ..
وقتی جسم در سیالی که نرخ توزیع یکسانی داره در حال حرکته ، مولکول های سیال در برخورد با جسم شکسته میشن و نرخ توزیع و حرکتشون اشفته میشه و مولکول های سیال ( هوا ) به طرفین حرکت میکنن ، حرکت مولوکول های سیال به طرفین با مصرف انرژی همراهه و باعث میشه عملا انرژی مورد نیاز جهت حرکت جسم درون سیال کم بشه ..
بعنوان مثال ، زمانی که یک موشک در هوا در حال حرکته ، با برخورد جریان هوا ( سیال ) به دماغه ی موشک ، لایه های هوا شکسته میشن و جریان هوا ( مولکول های هوا ) به طرفین حرکت میکنن که همین نحوه ی توزیع ناهمگن جریان هوای ورودی ، باعث ایجاد نیروی مقاومت سیالی میشه و باعث میشه که علاوه براینکه جریان هوا با ایجاد مقاومت مولکولی در خلاف جهت مسیر حرکتی موشک ، به موشک انرژی وارد کنه ، عملا موشک باید نیرو و انرژی بیشتری رو برای غلبه بر نیروی مقاومت هوا خرج کنه و همین امر باعث کاهش انرژی و افزایش سوخت ( کاهش برد عملیاتی ) و کاهش سرعت ارتفاع پروازی پرتابه میشه ...
نیروی درگ ( پسا ) زمانی به حداقل مقدار خودش میرسه که بر یک جسم صاف و صیقلی وارد بشه ، چون در این صورت نرخ حرکت و توزیع جریان سیال ، بصورت اهسته و یکنواخت صورت میگیره و جریان هوا کمترین میزان انحراف و حرکت به طرفین رو داره و در نتیجه انرژی کمتری صرف حرکت جریان به هوا به طرفین میشه ( نتیجتا باعث افزایش انرژی حرکت جسم در سیال میشه ) و مقدار درگ زمانی در بیشترین مقدار خودش قرار داره که نیروی درگ بر یک جسم نامتعارف وارد بشه .

یکی از عواملی که در کاهش یا افزایش نیروی درگ موثره ، شکل و نوع طراحی دماغه ی موشک یا هواپیماست . طراحی ایده ال و مناسب دماغه ی یک موشک یا هواپیما ، بستگی به سرعتی داره که موشک یا هواپیما در اون سرعت در حال پروازه ( بستگی به سرعت پرنده داره ) ..
و همین تفاوت سرعت پروازی باعث طراحی متفاوت کلاهک موشک ها و یا دماغه ی هواپیماها و یا هر وسیله ی پرنده ی دیگه ای میشه ....
بعنوان مثال ، در موشک ها و هواپیماهایی که سرعت زیر صوت ( ساب سونیک ) دارند ، کلاهک موشک یا دماغه ی هواپیما ، بیشتر بصورت کروی یا سهموی ( parabola ) طراحی میشه ، مثل موشک قدیر و موشک سومار که تصاویرش رو قرار دادم و یا مثل موشک کروز تاماهاوک :



شکل دماغه بوئینگ 777 :



در موشک ها و هواپیماهایی که سرعت بالاتر از صوت دارند ، شکل ایده ال و مطلوب کلاهک و دماغه ، بصورت مخروطی شکل و نوک تیز انتخاب میشه :

جنگنده اف 15 ایگل ( طراحی نوک تیز یا Ogive ) :



هواپیمای کنکورد :



هرچقدر که سرعت پرنده بیشتر باشه ، قاعدتا باید کلاهک و دماغه از طراحی ایرودینامیک ایده ال تری برخوردار باشه ....

تفاوت دماغه ی موشک فونیکس ( طراحی نوک تیز یا Ogive ) با سرعت 5 ماخ در قیاس با دماغه ی جنگنده اف 15 ایگل با سرعت 2 ماخ :



یکی از محدودیات های طراحی مناسب کلاهک در سرعت های بالا ، دما هستش ... در سرعت های بسیار بالا ( چند ماخ ) ، حرارت زیادی از روبه رو به موشک وارد میشه ، در این شرایط علاوه بر اینکه کلاهک باید نوک تیز و مخروطی شکل طراحی بشه ( بخاطر سرعت بالای صوت ) ، باید فرم کلاهک مقداری حبابی شکل یا دایره ای شکل باشه تا علاوه بر ایجاد فضای بیشتر جهت نصب سیستم های داخلی ، از تجمع حرارت وارده بر یک نقطه و در نتیجه ذوب شدن کلاهک جلوگیری کنه و بتونه با توجه به طراحی خاص کلاهک ، دما رو در منطقه ی وسیعی از کلاهک بصورت یکنواخت پخش و توزیع کنه تا از این طریق از ذوب شدن کلاهک توسط حرارت جلوگیری بشه ...

نمودار های زیر مقدار نیروی درگ وارده با توجه به فرم کلی جسم رو نشون میده که با توجه به نمودار ، بیشترین مقدار نیروی درگ ، بر یک جسم با طراحی مسطح و پهن و بدون نوک وارد میشه :







مقدار نیروی درگ وارده با توجه به نوع دماغه : ( به ترتیب از کمترین تا بیشترین )

1- سهموی ( parabola )
2-نوک تیز ( ogive )
3- مخروطی ( cone )
4- مسطح و بدون نوک ( blunt )

نتیجه گیری : طراحی ایرودینامیک جنگنده - موشک یا هواپیما باید بصورتی باشه که مقدار نیروی پسا ( درگ ) به حداقل برسه ....

خلاصه ی متن : نیروی درگ یا ضریب درگ ( نیروی پسا - نیروی مقاومت مولکولی هوا ) یکی از 4 نیرویی هستش که در حین پرواز یک جنگنده یا یک موشک و یا یک پهپاد ، از رو به رو ( خلاف جهت حرکت پرنده ) به پرنده وارد میشه و تاثیر منفی در روند عملکرد سرعت پروازی - مداومت پروازی ( افزایش سوخت و در نتیجه کاهش برد ) - ارتفاع اوج گیری و غیره داره . به همین جهت باید حتی الامکان طراحی ظاهری و ایرودینامیکی یک وسیله ی پرنده که میتونه موشک ( بالستیک - کروز - هوا به سطح - سطح به هوا و غیره ) - جنگنده - هواپیمای مسافربری - بمب های گلاید - پهپاد ها و هر نوع وسیله ی پرنده دیگه ای ، طراحی باید بگونه ای باشه که نیروی پسا یا نیروی مقاومت مولکولی سیال ( هوا ) به حداقل ممکن برسه .
اما طبق یک قاعده ی کلی : نیروی پسا ارتباط مستقیم با دماغه ( کلاهک ) وسیله ی پرنده داره و نوع و طراحی دماغه ی پرنده ، افزایش یا کاهش نیروی پسا رو تعیین میکنه .
در پرنده هایی که سرعت ساب سونیک ( زیر صوت ) دارند ، مثل اکثر موشک های کروز ، دماغه ( کلاهک ) باید بصورت سهمی شکل یا پارابولیک طراحی بشه و در پرنده هایی که سرعت مافوق صوت ( سوپر سونیک ) و فرا مافوق صوت ( هایپر سونیک ) دارند ، دماغه یا کلاهک پرنده باید بصورت مخروطی ( cone ) و نوک تیز ( ogive ) طراحی بشه ...
یک وسیله ی پرنده جدای از پیچیدگی های سخت افزاری و نرم افزاری داخلی که داره ، باید به لحاظ بصری و ایرودینامیکی بسیار دقیق طراحی بشه چون پشت طراحی و ساخت یک وسیله ی پرنده، ذره به ذره ی علوم مختلف چیده شده و نباید اینجوری فکر کنیم که ساخت موشک یا پهپاد یا جنگنده کار ساده ایه !! و از همین جهت باید قدر متخصصین و فعالان عرصه ی دفاعی رو بدونیم که از هیچ به اینجا رسیدن ....

در ایران در موشک های شهاب 3 نسل اول ، کلاهک بصورت تک مخروطی ساده طراحی شد :



ولی بعدها و بر روی نسل های دیگه ی شهاب برای کاهش هر چه بیشتر نیروی پسا و نتیجتا افزایش ارتفاع پروازی و افزایش سرعت پرتابه در فاز ترمینال ، کلاهک ها بصورت دو مخروطی و 3 مخروطی طراحی شدن :





طراحی دو مخروطی کلاهک موشک شهاب 3 :



طراحی 3 مخروطی کلاهک موشک قدر و سجیل :






منبع : http://www.aerospaceweb.org/question/aerodynamics/q0151.shtml

تموم شد ....

یا حق
سه شنبه 21 دی 1395 - 01:13
نقل قول تشکر گزارش به مديريت ارسال پيام خصوصي
تشکر شده: 12 کاربر از rubik به خاطر اين مطلب مفيد تشکر کرده اند: sky_hero /viper-59 /alij /ahmad /gazijahany /espadan /miladmohamadi /takavar313 /mehdi /crounus2000 /farhan /shabnam20 /


انجمن نظامی آی آر ارتش



سايت نظامي آي آر ارتش در مرداد ماه سال 1391 تاسيس و براي بالابردن معلومات نظامي پارسي زبانان جهان راه اندازي شده است.اين سايت به هيچ ارگان دولتي و نظامي وابسته نيست و کاملا شخصي مي باشد.تمامي حقوق مطالب براي سايت آي آر ارتش محفوظ مي باشد.
ضمنا کپي برداري از مطالب انجمن و سايت با ذکر منبع باعث خوشنودي ماست.



ايميل پست الکترونيکي مديريت سايت : ir.artesh@yahoo.com