پایداری عرضی و عمودی هواپیما در پرواز

?پایداری عرضی و عمودی هواپیما در پرواز

?پایداری عرضی(Lateral stability) به معنای تمایل هواپیما به بازگشت به حالت تعادل پس از بر هم خوردن تعادل آن حول محور طولی اش میباشد. یعنی در صورتی که بنا به دلایل مختلفی اعم از بدی آب و هوا، هواپیما وارد گردش ناگهانی شود، هواپیما تمایل به تصحیح شرایط به وجود آمده به صورت ذاتی را داشته باشد.

?از مهمترین عوامل در طراحی ساختار هواپیما جهت ایجاد پایداری عرضی میتوان به Dihedral، Sweepback و موقعیت مرکز جرم (CG) نسبت به هواپیما اشاره نمود.

?زمانی که هواپیما وارد گردش میشود، نیروی Lift تولید شده توسط بالها نیز همراه با هواپیما کج میشود. حال برآیند دو نیروی Lift و وزن هواپیما باعث ایجاد نیرویی به سمت بالی که در سمت پایین قرار گرفته میشود که به این نیرو Sideslip گفته میشود.

?طراحیDihedral نقش مهمی را در ایجاد پایداری عرضی هواپیما ایفا میکند. Dihedral به معنای زاویه مثبت بالهای هواپیما به سمت بالا میباشد، یعنی بالهای هواپیما با کمی زاویه ی رو به بالا به بدنه نصب میگردند. همانند حرف V در انگلیسی.

?حال تصور کنید هواپیمایی به طور ناخواسته وارد گردش به سمت راست میشود، در نتیجه نیروی Sideslip به سمت بال پایینتر یعنی بال راست ایجاد میشود و هواپیما را به آن سمت میکشد. به دلیل زاویه ای که بالهای هواپیما نسبت به بدنه دارند(Dihedral)، جریان نسبی هوا با دو بال هواپیما با زوایای حمله (Angle of attack) متفاوتی برخورد میکند. یعنی بال سمت راست که پایینتر قرار دارد دارای زاویه حمله بیشتر و بال سمت چپ که بالا قرار دارد دارای زاویه حمله کمتری خواهد شد.

⚪️همانطور که قبلا گفته شد، هرچه زاویه حمله بیشتر باشد، نیروی Lift بیشتری تولید میگردد. در نتیجه بال راست نیروی Lift بیشتر و بال چپ نسبت به بال راست نیروی Lift کمتری را تولید میکند که این مسئله باعث تمایل هواپیما به بازگشت به شرایط اولیه، یعنی شرایط همسطحی بالها میگردد.

?نوع دیگری از طراحی بالها برای ایجاد پایداری عرضی وجود دارد که به آن Sweepback گفته میشود. در این نوع طراحی، بال های هواپیما با زاویه ای به سمت عقب طراحی میگردند و بر روی بدنه هواپیما نصب میشوند. این نوع بال باعث میشود زمانی که هواپیما در حال Sideslip است، بالی که پایین تر قرار گرفته دارای نسبت Aspect ratio بالاتری نسبت به بالی که بالاتر قرار گرفته شود. Aspect ratio به نسبت بین مجموع طول دو بال (Wingspan) به مقدار متوسط عرض بال گفته میشود. هرچه این نسبت بالاتر باشد، نیروی Lift بیشتری توسط بال هواپیما تولید میگردد. در نتیجه بال پایینتر به دلیل ایجاد Lift بیشتر تمایل به بازگشت به حالت اولیه را پیدا میکند.

?این نوع طراحی نیز در ایجاد پایداری عمودی هواپیما موثر است. زمانی که تعادل هواپیما حول محور عمودی اش بر هم میخورد، جریان هوایی که به سمت هواپیما در حال حرکت است به بالی که به سمت جلوتر رفته با زاویه عمودتری برخورد میکند، در نتیجه نیروی پسا(Drag) بیشتری روی این بال اعمال میگردد که باعث میشود هواپیما تمایل به چرخش حول محور عمودی اش و در جهت اصلاح شرایط فعلی اش داشته باشد. یعنی باعث بالا رفتن پایداری عمودی میگردد.

?عامل دیگری که هم باعث افزایش پایداری عرضی و هم باعث افزایش پایداری عمودی میگردد، قرار گیری مرکز جرم(CG) نسبت به هواپیما میباشد که به آن Keel effect گفته میشود.

?هرچه مرکز جرم در سطح پایین تری از بدنه هواپیما قرار گیرد، پایداری عرضی هواپیما بیشتر میشود. به این دلیل که زمانی که مرکز جرم در سطوح پایین تر هواپیما قرار میگیرد، بخش اعظم بدنه هواپیما روی این نقطه قرار دارد و در زمان گردش ناخواسته هواپیما، این بخش اعظم، همانند بادبان کشتی عمل میکند و با گشتاوری که حول مرکز جرم ایجاد میکند، باعث تمایل هواپیما به اصلاح شرایط موجود میگردد.

این مسئله در پایداری عمودی نیز صادق میباشد.

منبع: Principles of flight, Petter J. Swatton

رسانه تخصصی و تحلیلی هوانوردی کن نیوز