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







تعداد بازديد 252
آغاز شده توسط
متن
rubik آفلاين



تعداد ارسال ها: 684
تاريخ عضويت: 2 /4 /1395
محل زندگي: یاسوج
سن: 25
تعداد اخطار: 1
تعداد تشکر کرده: 4992
تعداد تشکر شده: 3877
نیروی هوافضای سپاه پاسداران
انجمن اي ار ارتش

ایرفویل Supercritical چیست ؟
سلام ...

نکته ای که باید گفته میشد و نشد ، اینه که علاوه بر بال مایل ها ( پسگرا یا پیشگرا بودن فرقی نداره - قبلا توضیح داده شده ) و Area Rule ( بازم قبلا توضیح داده شده ) ، برای دیرتر رسیدن به عدد ماخ بحرانی و به تاخیر افتادن پدیده ی تشکل موج شوک نرمال ( همون قائم ) روی بال ، از ترفند دیگه ای هم استفاده میشه که اتفاقا این ترفند هم توسط اقای ویتکامب زاییده شد :/ ...

این ترفند چی بود ؟ در واقع ترفند نبود ! اقای ویتکامب در اوایل دهه ی 1960 میلادی ایرفویلی رو طراحی کردند به اسم ایرفویل Supercritical که این ایرفویل باعث میشد هواپیماها با سرعت بیشتری در محدوده ی گذر صوت یا همون ترنسونیک پرواز کنند ( بدون از تشکیل موج شوک و طبیعتا درگ موجی حاصله ) ...

اینه :



حالا فرقش با یک ایرفویل معمولی چیه ؟

یه ایرفویل معمولی :



همونطور که قبلا یاد گرفتیم ، وقتی هوا از روی یک ایرفویل نامتقارن عبور میکنه بعلت منحنی بودن سطح فوقانی ایرفویل ، هوا دچار گرادیان فشار منفی ( مطلوب ) میشه یعنی سرعت هوا زیاد و فشارش کم میشه .. لذا همین منحنی بودن سطح ایرفویل باعث میشه که مثلا اگه سرعت پروازی هواپیما 0.8 ماخ باشه ، وقتی هوا از روی سطح فوقانی ایرفویل عبور میکنه ، سرعتش زیاد بشه و سریع تر از خود هواپیما به سرعت صوت برسه .. به این حالت میگیم عدد ماخ بحرانی ( قبلا گفته شده ) ... رسیدن به سرعت صوت مساویست با تشکیل موج شوک قائم روی بال ... موج شوک قائم همونطور که قبلا گفتیم بواسطه ی قائم بودنش یر سر جریان ، بیشترین تاثیر رو در کاهش سرعت هوا داره ! لذا وقتی هوا به موج شوک قائم برخورد میکنه دچار گرادیان فشار معکوس ( نامطلوب ) میشه یعنی سرعتش کم و فشارش زیاد میشه .. بنابراین همین کاهش سرعت هوا ضخامت لایه ی مرزی رو زیاد میکنه و عملا باعث میشه که لایه ی مرزی به نقطه ی انتقال برسه ( نقطه ی انتقال جایی که لایه ی مرزی از حالت خطی به حالت آشفته یا همون گردابه یا جدایش جریان تغییر حالت میده ) و لایه ی مرزی جدا بشه ( جدایش جریان ) ! که ما بهش میگیم درگ موجی ! یعنی جدایش جریان یا همون گردابه ی حاصله از موج شوک ...

نکته : به سرعتی که جریان هوا در اثر موج شوک از روی بال ( کلا سطوح لیفت ساز ) جدا میشه ( پدیده ی جدایش هوا رخ میده ) ، میگیم درگ واگرایی عدد ماخ !

حالا ایرفویل supercritical چه ویژگی ظاهری داره و چجوری باعث به تاخیر افتادن عدد ماخ بحرانی و پدیده ی تشکیل موج شوک میشه ؟!

اگه به تصویر این ایرفویل نگاه کنیم میبینیم که برخلاف ایرفویل های نامتقارن که سطح برامده و منحنی شکل دارند ، این ایرفویل سطح فوقانی نسبتا صافی داره ! این یعنی چی ؟ یعنی وقتی هوا از روی ایرفویل عبور میکنه ، بسیار کمتر از حالت قبل دچار گرادیان فشار منفی میشه ! به همین جهت سرعت هوا در هنگام عبور از سطح فوقانی ایرفویل دیرتر به عدد ماخ بحرانی میرسه و این یعنی افزایش عدد ماخ بحرانی و به تعویق افتادن تشکیل موج شوک نرمال روی بال و نتیجه ی همه ی اینها مساویست با پرواز هواپیما در سرعت های بسیار نزدیک به سرعت صوت بدون از تشکیل موج شوک !

نکته : روی کاغذ ، عدد ماخ بحرانی برای ایرفویل Supercritical بسیار نزدیک به 1 ماخ بیان شده ( مثلا 0.9 تا 0.95 ماخ ) .. این یعنی پرواز با سرعت بیشتر بدون از نگرانی از تشکیل موج شوک قائم ...

شاید این سوال پیش بیاد که : اگه این ایرفویل سرعت هوارو افزایش نمیده ، پس چجوری لیفت تولید میکنه ؟ اگه به قسمت انتهایی ایرفویل Supercritical نگاه کنیم ، میبینیم که بصورت منحنی و رو به پایین طراحی شده چرا ؟ چون اینکار باعث میشه هوا به سمت پایین تغییر جهت بده و طبق قانون سوم نیوتون نیروی لیفت تولید بشه ( قبلا نحوه ی تولید لیفت در ایرفویل های متقارن و نامتقارن رو باهم یاد گرفتیم ) ... در واقع در یک ایرفویل Supercritical بخش اعظم لیفت تولیدی توسط بخش انتهایی ایرفویل تولید میشه ...

پس تا اینجا میشه این نتیجه رو بگیریم که : در ایرفویل های معمولی ، لیفت در قسمت جلویی ایرفویل تشکیل میشه ( مرکز لیفت یا همون مرکز فشار در جلوی ایرفویل قرار داره ) ولی در ایرفویل Supercritical ، لیفت در انتهای ایرفویل تشکیل میشه ( مرکز لیفت یا همون مرکز فشار در انتهای ایرفویل قرار داره ) ...

نکته : به ایرفویل هایی که مرکز لیفت در قسمت جلویی ایرفویل قرار داره ، میگیم fore-loaded و به ایرفویل هایی که مرکز لیفت در قسمت انتهایی ایرفویل قرار داره ، میگیم aft-loaded ...

مقایسه ی محل و قدرت موج شوک تشکیل شده در دو ایرفویل متفاوت ( معمولی و supercritical ) :



همونطور که میبینیم در ایرفویل Supercritical محل تشکیل موج شوک در انتهای ایرفویل قرار داره ( محل تشکیل موج شوک نسبت به ایرفویل معمولی عقب تره ) ... همچنین موج شوک قدرت کمتری نسبت به موج شوک تشکیل شده روی ایرفویل معمولی داره ... بنابراین وقتی قدرت موج شوک کم باشه ، در گذر از موج شوک ، هوا کمتر دچار گردایان فشار معکوس میشه و این یعنی کاهش جدایش لایه ی مرزی و کاهش درگ موجی ...

پی نوشت : علاوه بر موارد فوق ، همونطور که قبلا خوندیم یکی دیگه از راه های به تعویق انداختن عدد ماخ بحرانی و موج شوک ، بالهای مایل هستند .. لذا اگر هواپیمایی از ایرفویل Supercritical استفاده کنه ، نیاز به زاویه ی مایل شدگی کمتری در بالهای خودش داره و این یعنی تولید لیفت بیشتر در سرعت های کمتر ...

نمودار لیفت تولیدی توسط دو ایرفویل معمولی و Supercritical :





نکته : فاصله ی بین خطوط در دوتا نمودار بالا ، میزان لیفت تولیدی توسط قسمت های مختلف ایرفویل رو نشون میده ... همونطور که در ایرفویل و نمودار اولی میبینیم ، از چپ به راست فاصله ی بین خطوط داره کم میشه درسته ؟ خب این یعنی چی ؟ یعنی در یک ایرفویل معمولی ، بخش اعظم لیفت تولیدی در قسمت جلویی ایرفویل تولید میشه ( فاصله ی خطوط از هم زیاده ) و هرچقدر که به انتهای ایرفویل حرکت میکنیم ، فاصله ی خطوط از هم کمتر میشه یعنی در قسمت انتهایی یک ایرفویل معمولی ، لیفت کمتری تولید میشه .... این حالت برای ایرفویل و نمودار دومی یعنی ایرفویل Supercritical برعکسه و همونطور که میبینیم هرچقدر به عقب ایرفویل نزدیک تر میشیم ، خطوط از همدیگه بیشتر فاصله میگیرن !

به همین علته که به ایرفویل های معمولی ( مثل ایرفویل نامتقارن ) میگن fore-loaded و به ایرفویل های Supercritical میگن aft-loaded ....

fore یعنی جلو یعنی لیفت جلوی ایرفویل تشکیل میشه و aft یعنی عقب یعنی لیفت عقب ایرفویل تشکیل میشه ...

اما محدودیت بزرگ ایرفویل supercritical چیه ؟ همونطور که قبلا باهم بررسی کردیم اگه مرکز فشار عقب تر از مرکز ثقل قرار بگیره ، دماغه ی هواپیما میره پایین و اگر مرکز فشار جلوتر از مرکز ثقل قرار بگیره ، دماغه ی هواپیما میره بالا ! ... دلیلشم معلومه ! مثلا وقتی مرکز فشار میره عقب ، مرکز فشار به سکان افقی نزدیکتر میشه .. این نزدیک شدن یعنی کاهش طول بازو و نیاز بیشتر به نیروی سکان افقی جهت ثابت نگه داشتن دماغه ی هواپیما ( طبق تعریف گشتاور که میشه نیرو ضربدر فاصله یا همون طول بازو ) و طبیعتا برعکس این حالت زمانی اتفاق میفته که مرکز فشار بره جلو و طول بازو افزایش پیدا کنه ...

لذا هرچقدر مرکز فشار عقب تر بره ، سکان افقی توانایی کمتری در ثابت نگه داشتن دماغه ی هواپیما داره یعنی به سکان افقی بزرگ و سنگین تری نیاز داریم ! چرا ؟ چون سکان افقی باید لیفت رو به پایین ( گشتاور رو به بالا ) بیشتری برای برگردوندن دماغه ی هواپیما به بالا ( شرایط پایا ) تولید کنه ...

از طرفی هر چقدر سرعت بیشتر بشه ، مرکز لیفت عقب تر میره .. همونطور که قبلا گفتیم : در سرعت های کم ( زیر صوت ) ، مرکز لیفت 25 درصد عقب تر از لبه ی حمله ی بال و در سرعت های بالا ( مافوق صوت ) ، مرکز لیفت 50 درصد عقب تر از لبه ی حمله باله ...

پس میتونیم نتیجه بگیریم که هرچقدر سرعت زیاد بشه ، مرکز لیفت عقب تر میره ( علاوه بر اینکه افزایش زاویه حمله به معنای جلوتر رفتن مرکز فشار و کاهش زاویه ی حمله به معنای عقب تر رفتن مرکز فشاره ) .....

فلذا همونطور که دیدیم در ایرفویل supercritical مرکز فشار از ابتدا در انتهایی ترین بخش ایرفویل قرار داره ! و از اونجایی که این ایرفویل برای سرعت های بسیار نزدیک به سرعت صوت ساخته شده ، لذا مرکز فشار عقب و عقب تر میره و این یعنی ژوووون !! :) این یعنی اینکه در این ایرفویل دماغه ی هواپیما دائما به سمت پایین منحرف میشه که اصطلاحا بهش میگیم Mach Tuck ....

حالا اگه هواپیما بخواد با همین ایرفویل دیوار صوتی رو بشکنه و وارد محدوده ی مافوق صوت بشه ( یعنی از سرعتی که برای این ایرفویل تعریف شده تجاوز کنیم و فراتر بریم ) ، چی میشه ؟ مرکز فشار انقدررررر عقب میره و به سکان افقی نزدیک میشه که عملا سکان افقی توانایی تولید نیروی کافی جهت برگردوندن دماغه ی هواپیما به سمت بالا رو نداره و دماغه ی هواپیما پایین و پایین تر میره ... !!

در کل ایرفویل Superceitical موفق شد که سرعت هواپیماهای مختلف رو بطور میانگین تا 10 درصد افزایش بده ...

یکی از نمونه های بکارگیری این ایرفویل در هواپیماها ، هواپیمای اف 111 بود ... فقط یه نکته کوچیک داشت !! با توجه به محدودیت هایی که برای این ایرفویل ذکر شد ، برو بچ ناسا تصمیم گرفتن برای رفع این مشکل ایرفویل متقارن استفاده شده در اف 111 رو با ایرفویل supercritical ترکیب کنند ! چرا ؟ چون همونطور که قبلا یاد گرفتیم در ایرفویل های متقارن ، مرکز فشار در هر سرعت و هر زاویه ی حمله ای درست روی مرکز ثقل قرار میگیره و جابجا نمیشه ! این یعنی چی ؟ یعنی اینکه دیگه با مشکل عقب رفت مرکز فشار که در ایرفویل supercritical شاهدش بودیم ، مواجه نمیشیم ...

ایرفویلی که هواپیمای اف 111 استفاده میکرد متقارن بود و اسمش 210-64 بود ...

سومین ایرفویل ( اولین ایرفویل نامتقارن - دوتای بعدی متقارن هستن فقط ضخامتشون باهم فرق فوکوله ) :



اومدن سومین ایرفویل شکل بالا رو با ایرفویل supercritical ترکیب کردن .. یعنی ایرفویل ترکیبی همین ایرفویل بالاییه فقط اومدن انتهای ایرفویل رو مثل انتهای ایرفویل supercritical بصورت منحنی و رو به پایین ساختن تا طبق قانون سوم نیوتون ، گونی گونی لیفت تولید کنیم ! ( تو ذهنمون تجسم کنیم که شکل نهایی چه شکلیه ) ... از این ایرفویل جدید در نمونه ی بهینه سازی شده ی جنگنده اف 111 استفاده شد و این ایرفویل تونست درگ واگرایی عدد ماخ این جنگنده رو تا 16 درصد افزایش بده .. یعنی جای اینکه در سرعت 0.76 هوا جدا بشه ، در سرعت 0.88 هوا جدا شد ...

نکته : ایرفویل supercritical تنها برای سرعت های زیر سرعت ، مخصوصا گذر صوت کاربرد داره و نه سرعت های مافوق صوت ( علتشو تو همین پست توضیح دادیم )

پی نوشت 1 : اولین هواپیمایی که داوطلب استفاده از ایرفویل supercritical شد ، اف 8 crusader بود ( بعنوان بستر آزمایش ) ...

پی نوشت 2 : بحث افزایش سرعت هوا موقع عبور از سطح فوقانی یک ایرفویل نامتقارن ، ممکنه بر روی کانوپی یک جنگنده هم رخ بده ! چون جنگنده ها اکثرا کانوپی منحنی شکل ( مثل کانوپی حبابی ) دارند و ممکنه روی کانوپی هم ماخ بحرانی و به طبع اون موج شوک تشکیل بشه ...

پی نوشت 3 : آپلود سنتر خرابه ...

لا فتی الا علی ، لا سیف الا ذوالفقار
امضاي کاربر :
سه شنبه 05 دی 1396 - 16:18
نقل قول تشکر گزارش به مديريت ارسال پيام خصوصي
تشکر شده: 5 کاربر از rubik به خاطر اين مطلب مفيد تشکر کرده اند: crounus2000 &asd &hasanali &f-14a &wolong &


تعداد ارسال ها: 26
تاريخ عضويت: 6 /10 /1396
تعداد تشکر کرده: 41
تعداد تشکر شده: 102
بسیج
انجمن آي آر ارتش

پاسخ : 1 RE ایرفویل Supercritical چیست ؟
ایران از اینا داره ؟
پنجشنبه 07 دی 1396 - 15:25
نقل قول تشکر گزارش به مديريت ارسال پيام خصوصي



برای ارسال پاسخ ابتدا باید لوگین یا ثبت نام کنید.




انجمن نظامی آی آر ارتش