نوشته‌ها

ایرفویل پروازی

ایرفویل (Airfoil)

ایرفویل را ، این چنین  تصور کنید که یک بال هواپیما را از پهلو برش زده اند و شما شاهد یک شکل مشابه به شکل زیر که همان شکل ایرفویل است میرسید .

در قسمت های زیر توضیحات بیشتری راجع به ایرفویل داده شده است .

 

 

تعریف ایرفویل: ایرفویل شکلی است پروازی که در اثر عبور و گذشت جریان هوا از روی سطوح آن(سطح بالایی و سطح پایینی) نیروهای آیرودینامیک بر روی  بوجود می آید و یا تاثیر می گذارد.

دونوع ایرفویل داریم:

 

  • ایرفویل متقارن(symmetric)

  • ایرفویل نا متقارن

(Asymmetric)

 

Airflow :

وقتی Airflow به یک جسم جامد برخورد می کند در دو جهت شکافته می شود بخاطر وجود شکل ایرفویل، یکسری جریانات هوا از روی سطح ایرفویل رد می شود و یکسری جریانات هوا از زیر ایرفویل رد می شود

تعریف Airflow:

جریان هوای عبوری از سطح ایرفویل را Airflow می گویند.

جریان هوایی که از روی سطح بالایی ایرفویل (upper surface) رد می شود.

جریان هوایی که از روی سطح زیرین ایرفویل(lower surface) رد می شود.

نظریه های مختلفی وجود دارد که ما فعلاً به آنها نمی پردازیم، به هر دلیلی که روی ایرفویل اختلاف سرعت و اختلاف فشار بوجود می آید در اثر این اختلاف سرعت و فشار وسیله ی پروازی، پرواز می کند و نیروهای آیرودینامیک روی وسیله تاثیرگذار می شوند.

اجزای تشکیل دهنده ی ایرفویل:

  • لبه ی حمله(Leading edge)

اولین بخش از ایرفویل که با مولکهای هوا برخورد می کند لبه حمله نام دارد

قسمت جلویی ایرفویل که جریان هوا در آن شکافته می شود و در دو قسمت بالا و پایین حرکت می کند.

  • لبه ی فرار (Trailing edge)

آخرین بخش از ایرفویل که با مولکولهای هوا در تماس است.

  • سطح رویین (upper surface)

مولکولهای هوا با سرعت بیشتر حرکت می کنند و فشار کم است (قانون برنولی)

  • سطح زیرین (lower surface)

برخورد سیال با جسم جامد (قانون سوم نیوتن)

 

* مجموعه ای از ایرفویل ها می شود وسیله ی پروازی شما حال می خواهد پاراگلایدر باشد یا هواپیما یا هر وسیله ی دیگر، پاراگلایدر شما از بی نهایت ایرفویل تشکیل شده است

ایرفویل داخل بسته هوایی

تطابق قانون برنولی بر ایرفویل(Airfoil)

تطابق قانون برنولی بر ایرفویل به زبان ساده این طور توضیح داده می شود.

یک بسته هوا را در نظر بگیرید که در همه ی لایه ها (دما ،سرعت ،فشار)هم اندازه است حال اگر یک ایرفویل در این بسته هوا قرار گیرد تغییرات سرعت و فشار رُخ می دهد

وقتی جریانات هوا در حال رد شدن از ایرفویل هستند چه اتفاقی می افتد؟

لبه ی حمله ی(L.E) قسمت جلویی ایرفویل جایی که جریان هوا در آن شکافته می شود و در دو قسمت،سطح بالا و سطح پایین حرکت می کند مشاهد می کنید که بسته هوا نسبت به ایرفویل در قسمتهایی حجم کمتر و در قسمتهایی حجم بیشتر دارد.(مشخص شده در شکل)

بنابراین تفاوت هایی در سرعت و فشار در قسمتهایی از ایرفویل بوجود می آید و نتیجه تغییرات سرعت و فشار روی ایرفویل، نیروهای( lift) را بوجود می آورد.

_ مولکولی که از سطح بالایی (  upper surface ) ایرفویل رد می شود را مولکول (u) و مولکولی که از سطح زیرین (lower surface) ایرفویل رد می شود رو مولکول(L) نامگذاری می کنیم.حال اگر بخواهیم تطابق قانون برنولی بر ایرفویل از لحاظ ریاضی و هندسی بررسی کنیم:

بنا به قانون برنولی دو خط داریم فاصله ای که مولکول(u) تا انتهای ایرفویل که لبه ی فرار (T.E) نام دارد طی می کند و منحنی شکل است با فاصله ای که مولکول (L) طی می کند که مسیر صاف است،اگر منحنی را بکشیم و مثل خط صاف کنیم دو خط در کنار هم

 

می شود.

مسیری که مولکول (u) طی می کند از مسیری که مولکول (L) طی می کند بیشتر است

پس در نتیجه بنا به خاصیت همگرایی واگرایی

Xu   >  XL

و باز بنا به خاصیت همگرایی واگرایی مولکول (u) و مولکول( L) هم زمان از هم  جدا می شوند و همزمان به هم میرسند

پس خواهیم داشت:

tu   =   tL

حال اگر فکر کنید دو دونده همزمان از مسیرهای L و u همزمان شروع به دویدن کنند و باید همزمان به خط پایان برسند ،پس دونده (u)باید سریعتر بدود از دونده (L) بدود تا همزمان به خط پایان برسند پس:

Vu    >   VL

 

بنا بر قانون برنولی سرعت افزایش پیدا کند فشار کم می شود

Pu     <    PL

وقتی فشار در سطح بالایی کم شود و فشار در سطح زیرین ثابت است ایجاد جابجایی و Lift می کند.

با تطابق قانون برنولی بر ایرفویل ثابت شد تغییر فشار در سطح بالایی نسبت به سطح زیرین ،که 2/3L ift در سطح بالایی ایرفویل بوجود می آید که باعث مکش و کشش پاراگلایدر به سمت بالا می شود

_ در مثال شیلنگ آب گفته شد که بر اثر برخورد سیال با جسم جامد جابجایی رُخ می دهد،با عبور ایرفویل از درون سیال ،برخورد سیال با سطح زیرین ایرفویل ایجاد Lift  می کند و 1/3lift در سطح زیرین  ایرفویل  بوجود می آید.

 

Total lift :

1/3Lift  ====》Lower surface    بخاطر قانون سوم نیوتن 

2/3Lift   ====》upper surface    بنا بر اصل قانون برنولی