ایرفویل( AIRFOIL ) چیست ؟ و رابطه آن باLIFT

به مقطع هر جسمی که در جریان هوا قرار می گیرد، ایرفویل گویند.قسمت جلویی ایرفویل لبه حمله (Leading Edge) نامیده می­شود و اولین محل تماس با هوا می­باشد و از نظر طراحی ظرافت و حساسیت بالایی دارد. قسمت انتهایی، لبه­ی فرار (Trailing Edge) نامیده می­شود و مانند یک لبه­ی تیز است و در انتهای این محل هوای قسمت بالایی و قسمت پایینی به یکدیگر می­رسند. روی آن «سطح زبرین» یا «انحنای رویی» (Upper Camber)نامیده می­شود و زیر آن «سطح زیرین» یا «انحنای زیرین» (Lower Camber) نامیده می­شود.

در اینجا می خواهیم در مورد علم پرواز صحبت کنیم و ببینیم اصولا چرا وسیله ای همچون هواپیما قادر به پرواز است .

آنچه مسلم است هر شیئی ( جرمی ) که روی زمین قرار دارد دارای وزن آست و این وزن همان نیرویی است که گرانش زمین بر آن جسم وارد می کند . حال برای بلند کردن و یا جدا کردن آن جسم از زمین باید نیرویی معادل وزن آن بعلاوه کمی بیشتر را در جهت خلاف نیروی گرانش زمین به آن جسم وارد کنیم ٬ و یا نیروی گرانش زمین را یه صفر برسانیم . آنچه مسلم است راه دوم غیر ممکن می نماید .

خوب پس سعی می کنیم از روش اول استفاده کنیم . یعنی نیرویی کمی بیش از وزن جسم به آن وارد نماییم . آن هم به مرکز ثقل آن تا به حالت تعادل از زمین جدا شده و از طرفین به زمین نیفتد.

وسیله ای که در هواپیما وظیفه ایجاد نیروی مذکور را به عهده دارد بال می باشد.

اگر به دقت به نیمرخ بال هواپیماها دقت کرده باشید یک انحنا روی سطح آن توجه شما را به خود جلب کرده است . این انحنا نیروی مورد نظر ما را به روشی که در زیر توضیح خواهم داد تامین میکند.

وقتی یک بال با ایرفویلی در هوا به حرکت در می آید هوا را شکافته و آن را به دو بخش یکی از روی بال و دیگری از زیر بال حرکت میکند جدا میسازد .
با توجه به اینکه بخشی از هوا که از روی بال حرکت می کند مسیر طولانی تری نسبت به زیر بال طی می کند نتیجه می گیریم که سرعت آن نسبت به هوای عبوری زیر بال بیشتر است در نتیجه آن غلظت هوا و فشار هوا در زیر بال بیشتر از روی بال خواهد بود . که این فشار بیشتر در زیر بال آن را به سمت بالا می فشارد. این نیرو برا یا LIFT نام دارد و هرچه سرعت حرکت بال نسبت به هوا بیشتر شود نیروی LIFT بیشتر می شود تا آنجا که مقدار آن از نیروی گرانش وارده به مجموعه بیشتر شده و هواپیمامی از زمین جدا می شود.

حال در نظر بگیرید که سرعت این هواپیما به حدی برسد که نیروی LIFT حاصله خیلی از نیروی وزن هواپیما بیشتر شود . در اینصورت هواپیما در حین پرواز دائما ارتفاع گرفته ونمی تواند افقی حرکت کند. پس در هواپیماهایی که با سرعت زیاد پرواز می کنند بسته به سرعت و سطح بال آنها انحنای روی بال را کم می کنند . ویا انحنایی کمتر از روی بال به زیر بال می افزایند ( بالهای Semi Symmetrical ) تا مقداری از نیروی [ برا ] تولید شده در زیر بال بکاهند ٬ وتا آنجا پیش می روند که انحنای زیر و روی بال در هواپیماهای 3D و آکروبات یکی میشوند( Symmetrical ) .

ايرفويل انحنادار: اين ايرفويل ها داراي انحنا هستند. يعني به غير خط وتر، خط ديگري به نام خط انحنا (camber line) وجود داره كه فاصله سطح بالايي و سطح پاييني ايرفويل از اين خط يكي هست. در ايرفويل متقارن اين خط منطبق بر خط وتر مي شد.

ايرفويل فوق بحراني (supercritical): وقتي هواپيماها نزديك سرعت صوت مي شوند، در بعضي از قسمت هاي آنها امواج ضربه اي ايجاد مي گردد. در اينجا قصد نداريم كه اين امواج را شرح دهيم اما همين قدر بدانيد كه با تشكيل اين امواج، نيروي پسا به شدت افزايش پيدا مي كند. براي جلوگيري از اين امر در سال ۱۹۶۰ ميلادي ايرفويلهايي موسوم به فوق بحراني (supercritical) طراحي شد. خاصيت آنها اين بود كه موج ضربه اي ضعيف تري نسبت به ايرفويلهاي معمولي ايجاد مي كردند و هواپيماهايي كه اين ايرفويلها در آنها به كار رفته شده بود مي توانستند تا سرعتهاي بيشتري شتاب بگيرند.

مركز فشار ايرفويل: نقطه اي در ايرفويل مي باشد كه برآيند تمامي بارهاي گسترده آيروديناميكي در آن نقطه وارد مي گردد.

مركز فشار معمولا در محاسبات به كار نمي رود زيرا با تغيير زاويه حمله مكان آن در ايرفويل تغيير مي كند و باعث پيچيده شدن محاسبات مي شود. به همين دليل از مركز آيروديناميكي استفاده مي كنند كه در ادامه خواهد آمد. هر چقدر زاويه حمله افزايش پيدا مي كند، مركز فشار به سمت لبه حمله ايرفويل حركت مي كند.

مركز آيروديناميكي ايرفويل: نقطه ايست كه گشتاور حاصل از نيروهاي آيروديناميكي مستقل از تغييرات زاويه حمله ايرفويل مي باشد. اين نقطه از اين جهت اهميت زيادي دارد.

مرکز ثقل ( C.G ) و فرامین :

به مرکز ثقل سطح بال سی جی می گویند که محل آن در وسط طول بال بوده و عرض آن نقطه بسته به زاویه و شکل بال متفاوت می باشد که معمولا جلوتر از نیمه بال در نقطه اتصال دو بال به یکدیگرقرلر می گیرد .زیرا باید گشتاور حاصل از برا در طول بال را نیز خنثی کند . مرکز ثقل بدنه هواپیما برای اتصال به بال باید بر این نقطه منطبق شود .
به عبارتی مرکز ثقل کل هواپیما باید همین نقطه باشد . تا هواپیما بتواند با تعادل کامل پرواز کند.
گشتاور ایجاد شده توسط فرامین و سایر نیرو های وارد به بدنه در یک نقطه وارد شده و نقطه اثر آنها همین مرکز ثقل است . در نتیجه برای ( LIFT )تولید شده توسط بالها نیز در این نقطه اثر می کند.
حال چنانچه باله عمودی متحرک ( RUDER ) به چپ جرکت کند دم هواپیما حول این نقطه به راست و در نتیجه سر هواپیما به چپ می گردد . و بالعکس . همچنین اگر باله افقی متحرک ( ELVATOR ) به بالا یا پایین حرکت کند سر هواپیما حول این نقطه به بالا و پایین حرکت خواهد کرد . اثر حرکات شهپرها ( AILERONS ) نیز به همچنین.

پسا ( DRAG ) :

یکی دیگر از نیروهای مقاوم در مقابل پرواز پسا می باشد . که حاصل اصطکاک بدنه با هوا و . . . است.
جهت این نیرو همواره به سمت عقب بوده و باید نیروی THRUST ایجادشده توسط موتور بر آن غلبه نماید.
چنانچه نیروهای DRAG و وزن بر نیروی برا ( LIFT) غلبه کنند STALL پیش می آید و خواهیم دید که هواپیما همچون یک قطعه سنگ به زمین می افتد. لذا باید از سرعت STALL هواپیمای خود اطلاع داشته باشید تا هرگز اجازه ندهید چنین اتفاقی پیش آید .


سیستمهای کنترل از راه دور ( Rdio Systems) :

۱) فرستنده و گیرنده :

این سیستهما شامل یک دستگاه فرستنده ( TRansmiter ) و گیرنده ( Reciver ) که در بعضی موارد به همراه تعدادی سروو ( Servo ) ارائه می شوند ، معمولا در یک پکیج ارائه می شوند . عموما دو کانال تا ۱۴ کانال هستند . یعنی میتوانند دو یا ۱۴ کانال مختلف ( دستگاه یا فرامین مختلف ) را به صورت جداگانه کنترل کنند . رادیو های ۴ تا ۶ کانال بیشتر از انواع دیگر جهت کنترل هواپیماهای مدل متداول هستند . و مورد استفاده آنها به قرار زیر است :

کانال ۱ - برای الرون

کانال ۲ - برای الویتور

کانال ۳ - برای تراتل

کانال ۴ - برای رادر

کانال ۵ - برای سیستم چرخ جمع کن /جایرو

کانال ۶ - برای فلپها

در اینجا یاد آور میشوم کانالهای ۱ تا ۴ تقریبا استاندارد هستند ولی در بسیاری از موارد کانالهای ۵ به بعد را به عنوان کانالهای اضافه میتوان به مصارف دیگر رساند . مثلا یکی را به دکمه روشن و خاموش دوربین نصب شده در هواپیما و دیگری را به سیستم ایجاد دود ( اسموک ) اختصاص داد .

لذا با در نظر گرفتن قیمت بالای سیستمهای رادیو کنترل برای هواپیما ، همان ۴ و ۶ کاناله را پیشنهاد می کنیم .

اگر احتمال آن را میدهید که در آینده نزدیک بخواهید هلیکوپتر کار کنید و یا حرفه ای تر ، رادیو های ۷ تا ۹ کانال را پیشنهاد میکنیم .

فرکانس کاری سیستمهای رادیو کنترل معمولا ۳۵-۴۰ و یا ۷۲ مگاهرتز است که معمولا با سه قم اعشار بیان میشوند مانند ۷۲.۳۱۰ مگاهرتز یا ۴۰.۶۹۵ .
البته اخیرا کمپانی های معتبر نسل جدیدی از رادیو ها ی را با فرکانس ۲.۴ گیگاهرتز ارائه کرده اند که بسیار عالی عمل کرده و احتمال اختلال فرکانس با دیکر مدلرها در هنگام پرواز را به صفر رسانده اند.


۲) سروو ها :

سروو ها موتورهای الکتریکی کوچکی هستند که به همراه یک گیربکس کوچک ست شده و به عنوان یک وسیله ارائه میشوند . یک بازو به هر سروو متصل می شود که وظیفه آن به حرکت در آوردن یکی از فرامین هواپیما است . سروو ها در ابعاد ٬ توان و سرعتهای متفاوتی عرضه می شوند. سرعت حرکت آنها معمولا بر حسب درجه جرخش بر ثانیه بیان میشود sec/60° @ 4.8Vتوان و نیروی تولیدی آنها نیز بر حسب kg/cm ویا oz/in بیان می شود .

۲) الف - سروو های استاندارد :

این نوع سروو ها معمولا از چرخ دنده های نایلونی یا پلاستیکی استفاده می کنند .
که این مقدار در سروو های استاندارد حدود ۲.۵ کیلوگرم بر سانتیمتر تا ۳.۹ کیلوگرم می باشد .
ولتاژ کاری آنها بین ۴.۸ ولت تا ۶ ولت است .

مزایا : ۱) قیمت ارزان ۲) فراوانی معایب : ۱) ظربه پذیر بودن ۲) خردگی زودهنگام چرخدنده ها

۲) ب - سروو های دیجیتال :

مشخصه اصلی این نوع سروو سرعت بالایشان است ، گاهی از آنها به عنوان Hi Speed Servo نیز نام برده میشود . تورک و یا همان نیروی تولیدی آنها و نیز ابعاد و وزن آنها می تواند بسیار متفاوت باشد .

مزایا : ۱) سرعت بالا ۲) دقت بالا معایب : ۱) کمیاب بودن ۲) گرانی


۲) ج - سروو های میکرو / مینی :

این نوع سروو همانگونه که از نامشان پیداست در ابعاد کو چک ساخته می شوند
و در وسایل کوچک و هواپیماهای فومی و عموما با طول بال زیر یک متر کاربرد دارند. توان تولدی آنها نیز مثل اندازه شان کوچک است و از چندصد گرم شروع شده و به ندرت به ۲.۵ تا ۳ کیلوگرم میرسد .

مزایا : ۱) ابعاد کوچک ۲) وزن بسیار سبک ۳) فراوانی ۴) قیمت نسبتا ارزان
معایب : ۱) بسیار ظربه پذیر و حساس بودن به ظربه و فشار


۲) د - سروو های متال گیر :

همانگونه که از نام آنها پیداست جدای از سرعت ، توان و ابعاد آنها که میتواند متفاوت باشد دارای مزیت فلزی بودن چرخ دنده های قسمت گیربکس هستند که این امتیاز باعث قابل اطمینان تر بودن در مقابل فشارهای زیاد و طول عمر بیشتر سروو میشود . معمولا از این نوع چرخ دنده در سروو هایی با نیروی بالا و یا خیلی سریع استفاده میشود .

مزایا : ۱) توان بالا ۲) طول عمر زیاد ۳) مقاوم در تحمل ظربه ها و فشارهای اضافه .
معایب : ۱) گران بودن ۲) وزن آنها کمی زیاد است .

۲) ه - سروو های تورک بالا :

این نوع سروو که به High Torque Servo معروف است با تورک های بالا تولید شده و معمولا توان آنها از ۴ کیلوگرم به بالا است توان آنها گاهی تا ۳۰ کیلو و یا حتی بیشتر هم می رسد .
اغلب آنها از چرخ دنده های فلزی به علت توان بالا استفاده می کنند .

مزایا :

۱) توان بالا معایب : ۱) گران بودن ۲) وزن آنها زیاد است ۳) مصرف جریان آنها بالا است.