برترین مطلب این هفته ی سایت

رونمايي از نسخه جديد ايروسنتر

با تلاش چندين روزه و شبانه روزي همكاران فني در ايروسنتر ، نسخه اسكريپت انجمن ساز قدرتمند VBulletin سايت ايروسنتر به روزساني و بهينه سازي گرديد و به آخرين ورژن ارائه شده آپگريد شد، در اين نسخه جديد مشكلات قبلي برطرف گرديده و قابليت هاي جديدي نيز به سايت افزوده شده و خواهد شد اين پوسته نسخه جديد سايت پوسته ای در 4 رنگ جداگانه می باشد که برای صفحه های Retina و موبایل بهینه سازی شده است.

  • حالت فوق بحرانی Mach=1 و رژیم Transonic

    ایروسنتر ( Aerocenter.ir ) : رژیم جریان ماخ 1 از مرموز ترین رژیم های موجود در بررسی حرکت یک جسم پرنده در سیال هوا می باشد و عموما ساختار هواپیماها تحمل نیروهای ایجاد شده در پرواز ماخ یک را ندارند و در صورت استمرار پرواز در این شرایط، قسمت های مختلف هواپیما از هم گسیخته خواهند شد و بر مبنای تکنولوژی امروز، پرواز در ماخ یک، خط قرمز تعیین شده ی طبیعت برای خلبانان است و تا کنون هواپیمایی طراحی نشده است که صرفا برای شرایط فوق بحرانی ماخ=1 طراحی شده باشد، زیرا با افزایش سرعت و یا کاهش سرعت می توان از این شرایط بحرانی خارج شد.


    در حالت معمولی،در یک جریان آرام (Laminar) زمانی که یک ایرفویل (ارفویل/Airfoil) را بررسی می کنیم، پس از تزریق آشکارسازها در تونل باد، سرعت جریان بر روی سطح بالایی ارفویل (Up.Ch) در اثر تنش وارد شده بین جریان و سطح، صفر یا نزدیک به صفر و یا بسیار اندک شده است و هر چقدر از آن نقاط بر روی Up.Ch طبق محور z بالاتر می رویم، کم کم سرعت جریان افزایش می یابد تا نقطه ای که از آن به بعد، سرعت جریان برابر با سرعت جریان آزاد می باشد و در چنین شرایط معمولی ای، معادلات بسیار ساده ای برای محاسبه ی تنش برشی و فشار وارده بر هر نقطه ی ارفویل وجود دارند که توسط آن ها مقدار ضرایب بی بعد Drag و Lift و گشتاور را در زوایای Alphaset مورد نظر محاسبه می کنیم و می توانیم یک ارفویل جدید طراحی کنیم و از آن در ساخت بال هواپیماهای سرعت-کم (Low speed) یا ماخ پایین (Sub-sonic) استفاده کنیم.

    در این شرایط ساده، با طراحی مقاطع مورد نظر بال و طراحی سازه و انتخاب مواد با استفاده از یک سری اصول مهندسی، می توانیم بال اختصاصی خودمان را بسازیم، شاید این بال را بتوان در سرعت های پایین صوت و یا حتی سرعت های کمی بالاتر نیز (در صورت مستحکم بودن سازه) استفاده کرد اما استفاده در سرعت خاصی نظیر ماخ 1 به احتمال نزدیک به 100% سازه متلاشی خواهد شد و در این شرایط است که به اصطلاح "نیروهای عجیبی تولید می شوند!!" که تهدید آمیز هستند. (البته این یک مثال کلی بود و در اصل بحث های ایرودینامیک ماخ بالای 1 با ایرودینامیک ماخ پایین 1 متفاوت می باشد و در اغلب موارد برخی طراحی های ماخ پایین برای ماخ های بالا پاسخگو نیستند)

    در اینجا می خواهیم تا حدودی به صورت کلی دلیل بحرانی بودن Mach=1 و نابودی سازه در صورت استمرار پرواز در این ماخ را با مثالی از یک هواپیمای فرضی بررسی کنیم.

    در یک روز معتدل، یک هواپیمای تحقیقاتی با موتور(های) توربوجت بر روی باند از ماخ 0 پس از رسیدن موتورها به rpm مطلوب، شروع به حرکت می کند و در طول این حرکت بر روی باند فرودگاه، همواره خطوط جریان بر روی نقاط مختلفی روی بال تغییر می کنند. حال تصور کنید هواپیمای تحقیقاتی با سرعت 138 متر بر ثانیه به موقعیت مکانی مورد نظر در ارتفاع 1800 متری رسیده و مختصات های از پیش تعیین شده را در قالب خط پروازی دنبال می کند. در این حالت، هواپیما با ماخ 0.4 پرواز می کند. طبق محاسبات قبلی در تونل باد، ضرایب فشار، درگ، لیفت و ... در این شرایط تعیین شده اند و ساختار این هواپیمای فرضی ما به گونه ای است که در این شرایط به راحتی و بدون هیچ گونه مشکلی به پرواز ادامه می دهد. ناحیه ی لزج بر روی مقاطع بال، تقریبا کوچک و عادی است و جریان رفتار طبیعی ای از خود بروز می دهد.

    پس از رسیدن به نقطه ی تعیین شده ی دوم، هواپیما سرعت خود را به 230 متر بر ثانیه می رساند، ناگهان دستگاه های اندازه گیری، عدد ماخ 0.7 را نشان می دهند که هنوز هواپیما در محدوده ی Sub-sonic قرار داد. جریان سیال هوا بر روی بال ها در شبیه سازی تونل باد نتایج متفاوتی نسبت به حالت قبلی را نشان می داد و در اینجا نیز توسط خلبان تا حدودی ممکن است محسوس باشد. در این حالت، در بخش هایی از مقاطع بال، در Up.Ch جریان Super-sonic حاکم می شود و تغییر فشار قابل ملاحظه است. در این هنگام است که یک Shock wave بسیار کوچکی تولید می شود و با افزایش کمی در سرعت، هواپیما از subsonic به transonic منتقل می شود.

    Shock wave در این حالت به این دلیل تولید شده است که در یک ناحیه ای از مقاطع بال (فرض کنید از نقطه ی یک چهارم تا کمی عقب تر)، سرعت و فشار نسبت به یک ناحیه ی دیگر تغییر بسیار بالایی داشته و به اصطلاح جلوی چشم خود را نمی بیند و زمانی که جریان از آن نقطه عبور می کند، کاهش سرعت ناگهانی ای را خواهد داشت. البته این موج شوک در تونل باد نیز بدون آشکارساز قابل مشاهده نیست. در این ماخ، ما پدیده ی جدایش (Sepration) را نیز تا حدودی داریم.

    حال هواپیمای تحقیقاتی ما وارد point سوم شده است و طبق برنامه ی قبلی، باید سرعت خود را از 230 متر بر ثانیه به 270 متر بر ثانیه برساند، حال موقعیت هواپیمای ما با موقعیت اول بسیار متفاوت است و نسبت به حالت دوم نیز شدید تر است. ماخ ما در این محدوده ی مکانی 0.8 است و جریان فراصوتی بر نقاط بیشتری نسبت به حالت قبلی بر روی Up.Ch حاکم است و چنین جریانی بر بخش هایی از Lo.Ch نیز ایجاد می شود و پدیده ی Shockwave در هر دو سطح تا حدودی دیده میشود و Separation بیشتر شده است و قابل توجه است و Drag نیز به تبع آن تا حد بسیار بالایی سریعا افزایش یافته است.

    در این حالت Fuselage هواپیمای تحقیقاتی فرضی ما باید به گونه ای بهینه طراحی شده باشد که عملکرد مطلوبی در این شرایط داشته باشد و نسبت به سایر هواپیماهای ماخ پایین تر، ایرودینامیکی تر بوده و CP و Wave-drag کمتری بر روی نقاط مختلف آن مشاهده شود که باعث صرفه جویی هزینه در انتخاب و طراحی برخی section ها و صرفه جویی در مصرف سوخت و افزایش مداومت پروازی (Endurance) خواهد شد.
    از سایر بخش هایی که باید در هواپیمای ما به صورت بهینه شده وجود داشته باشد، اعمال Sweep به بال است و بال کنونی ما در این شرایط باید اصطلاحا Swept Wing باشد.

    در جنگنده های F-14 Tomcat، زمانی که هواپیما در ماخ های پایین پرواز می کند، بال ها اصطلاحا کاملا باز هستند، زمانی هم که سرعت بالاتر می رود، کامپیوتر تعبیه شده در این هواپیما، بسته به افزایش عدد ماخ، بال را به میزان مورد نظر عقبگرد می دهد و اینگونه wave drag را به صورت خودکار کاهش می دهد و خودش را اتوماتیک با شرایط جدید سازگار می کند.


    بارگزاری مجدد تصویر
    بال هواپیما سازگار برای پرواز در ماخ پایین


    بارگزاری مجدد تصویر
    بال هواپیما سازگار با شرایط ماخ بالاتر

    حال برگردیم به بحث هواپیمای تحقیقاتی فرضی خودمان. گفتیم که اکنون هواپیما به ماخ 0.8 رسیده است و شرایط ایجاد شده در این حالت را نیز بیان کردیم و گفتیم که برای کاهش پسای موج در حالت کلی چه نوع بدنه و بالی داشته باشیم.

    هواپیما اکنون به ماخ ای رسیده است که به آن Transonic می گوییم (ترنسونیک در قرارداد کلی به ماخ 0.8 تا 1.2 گفته می شود).

    اینک هواپیما سرعت خود را با حفظ ارتفاع مذکور در پوینت چهارم به 333 متر بر ثانیه می رساند. این سرعت در این ارتفاع برابر با سرعت صوت است و شرایط Mach=1 در این لحظه بر سیال و هواپیما اعمال می شود. هواپیما با سرعتی حرکت می کند که صوت نیز حرکت می کند. در این حالت یک سری نیروهای ویرانگر، مغشوش و تقریبا ناشناسی حول هواپیما مخصوصا بال ها تولید می شوند که باعث تکان های بسیار شدید و حالت عجیبی در هواپیما می شود. نیروها و گشتاورهای وارد بر بدنه ی هواپیما چنان بالا هستند که هر لحظه ممکن است ساختار آن منهدم شود و بال ها بشکنند و بدنه ی هواپیمای جت تحقیقاتی ما از چند قسمت جدا شود. در اینجا تغییرات فشار بالایی در نقاط مختلف بال دیده می شود و نقاط کم فشار، بال را می پوشانند و ابرهای قابل مشاهده ای را اطراف Leading edge بال تولید می کنند.

    خلبان در این حالت باید از ماخ 1 خارج شود و باید یا سرعت خود را کم کند و یا سرعتش را افزایش دهد.

    با افزایش سرعت 400 متر در ثانیه همچنان در وضعیت ترنسونیک قرار دارد، با این حال از شرایط فوق بحرانی ماخ یک خارج شده است و این ابرهایی که آشکار شده است در هنگام افزایش سرعت از 333 متر بر ثانیه به 400 متر بر ثانیه به نواحی عقب تری نسبت به محور x در طول بال خواهد رفت و در این هنگام است که صدای غرش سهمناکی ایجاد می شود و اصطلاحا گفته می شود که دیوار صورتی شکسته شده است. ماخ بالاتر رفته است و در طول چند لحظه این ابرها از LE به نواحی عقب تر بال رفته و سپس بسیار ناچیز می شوند، چنان که گویی محو شده اند. در چنین ماخ ای، اگر هواپیمای ما از بالای سر افراد دیگری عبور کند در آن لحظه صدایی شنیده نمی و صدا با چند ثانیه تاخیر از آنجا می گذرد.


    اختصاصی مرکز هوافضا و هوانوردی ایروسنتر

    .
    This article was originally published in forum thread: حالت فوق بحرانی Mach=1 و رژیم Transonic started by Nima Amini View original post
  • اطلاعات پرواز انلاین فرودگاه ها

  • سامانه پیامکی ایروسنتر




  • پایگاه های اطلاع رسانی



  • وضعیت اب و هوا

Designed With Cooperation

Of Creatively & VBIran


Search Engine Friendly URLs by vBSEO 3.6.0