پایداری طولی در پرواز

#تخصصی_هوانوردی

?پایداری طولی در پرواز

?همانطور که در گذشته بیان شد، داشتن مقدار مشخصی از پایداری برای هواپیماها ضروری میباشد و همچنین به تعریف کلی مفهوم پایداری پرداختیم. حال میخواهیم با جزئیات بیشتری این موضوع را باز کرده و به عوامل به وجود آورنده پایداری طولی بپردازیم.

?پایداری طولی به معنای این میباشد که هواپیما حول محور عرضی اش دارای پایداری باشد. یعنی در صورتی که تعادل هواپیما حول محور عرضی اش بر هم خورد، هواپیما تمایل به بازگشت به حالت اولیه را داشته باشد.مهمترین فاکتور در ایجاد پایداری طولی در هواپیما، طراحی دم هواپیما و موقعیت مرکز جرم نسبت به موقعیت مرکز فشار میباشد.

?مرکز فشار(Center of pressure) برابر است با موقعیت نسبی و میانگین نیروهای فشاری وارده بر هواپیما. نیروی Lift تولید شده توسط بال هواپیما، در این نقطه وارد میشود. بیشتر هواپیما ها به گونه ای طراحی شده اند که مرکز جرم و مرکز فشار آنها در نزدیکی یکدیگر قرار دارند. این طراحی، باعث سنگین شدن دماغه هواپیما میگردد. یعنی هواپیما در صورتی که به دلایل مختلف، دماغه اش به سمت بالا رود، تمایل به بازگشت به حالت اولیه را دارد.

? حال برای خنثی کردن این سنگینی، هواپیما نیازمند تولید نیرویی به سمت پایین و در قسمت دم هواپیما را دارد. برای ایجاد این نیرو، از پایدار کننده های افقی در قسمت دم و با کمی زاویه حمله منفی استفاده میگردد. یک ایرفویل را در نظر بگیرید. به خطی فرضی که لبه جلویی ایرفویل را به لبه انتهایی آن وصل میکند Chord line گفته میشود. زاویه حمله به زاویه بین Chord line و جریان نسبی هوا گفته میشود. هرچه این زاویه بیشتر باشد, نیروی Lift بیشتری تولید میگردد.

? همانطور که گفته شد، جهت خنثی کردن سنگینی دماغه، از زاویه حمله منفی به مقدار جزئی در قسمت دم هواپیما استفاده میگردد تا ایجاد نیرویی به سمت پایین کند. حتی در صورتی که هواپیما در حال پرواز مستقیم باشد، جریان هوایی که از روی بالهای هواپیما در حال سرازیر شدن است، صرفنظر از زاویه حمله منفی در پایدار کننده افقی، باعث ایجاد نیرویی به سمت پایین در قسمت دم هواپیما میشود. زیرا این جریان سرازیر شده از روی بالها، با دم هواپیما برخورد کرده و باعث ایجاد نیرویی رو به پایین در قسمت دم خواهد شد.

⚪️برای خنثی کردن این نیروی رو به پایین نیز از مفهومی به نام Thrustline استفاده میگردد. Thrustline عبارتست از خطی فرضی که در طول آن برایند نیروهای پیشرانه بر هواپیما وارد میگردد. به عبارتی دیگر، راستایی است که موتور یا موتورهای هواپیما بر هواپیما و به سمت جلو وارد میکنند.

?در صورتی که راستای این نیرو، زیر مرکز جرم قرار گرفته باشد، هواپیما تمایل به سنگینی دماغه دارد و در صورتی که این راستا بالای مرکز جرم قرار گرفته باشد، هواپیما تمایل به سنگینی دماغه دارد. برای خنثی کردن این نیروی رو به پایین به وجود آمده در دم توسط جریان های سرازیر شده از روی بالها، Thrustline باید در بالای مرکز جرم هواپیما قرار گیرد تا گشتاور به وجود آمده توسط آن، باعث خنثی کردن نیروی رو به پایین در دم شود.

?به طور کلی، در صورتی که مرکز جرم، پشت مرکز فشار قرار گیرد، پایداری طولی هواپیما کم و در صورتی که مرکز جرم در جلوی مرکز فشار قرار گیرد، پایداری طولی افزایش می یابد.

میتوان ایجاد پایداری طولی در هواپیما را به صورتی دیگر نیز توضیح داد.

? اگرچه دم هواپیما نسبت به بالهای هواپیما نیروی لیفت کمتری را تولید میکنند، اما نیروی گشتاور به وجود آمده توسط آن و حول مرکز جرم هواپیما، به دلیل فاصله زیاد دم از مرکز جرم، مقدار زیادی میباشد. در حالی که فاصله نقطه فشار از مرکز جرم کم میباشد. یعنی با اینکه نیروی لیفت به وجود آمده در بالها در نقطه مرکز فشار زیاد است، اما به دلیل کوتاه بودن فاصله مرکز جرم و فشار، گشتاور تولیدی آن حول مرکز جرم کم میباشد.

☑️حال تصور کنید به دلیل شرایط بد آب و هوایی، ضربه ای به زیر هواپیما زده شود و باعث بالا رفتن دماغه هواپیما گردد. در این صورت، هم زاویه حمله بالهای هواپیما زیاد شده و هم زاویه حمله پایدار کننده افقی. نیروی لیفت در هر دو سطح افزایش پیدا میکند، هرچند که نیروی لیفت تولیدی در پایدار کننده افقی واقع در دم، کمتر از بالها میباشد. به دلیل فاصله زیادی که پایدار کننده افقی از مرکز جرم دارد، گشتاور تولیدی توسط آن بیشتر از گشتاور تولیدی توسط بالها میباشد که این مسئله باعث بالا بردن پایداری طولی هواپیما میگردد و هواپیما را به حالت اولیه باز میگرداند.

در پستهای بعدی به طور مفصل در مورد پایداری های عرضی و عمودی نیز بحث خواهیم کرد.

منابع: Pilots handbook of aeronautical knowledge & Principles of flight Petter J. swatton

رسانه تحلیلی و تخصصی هوانوردی کن نیوز