یادداشت تحلیلی توصیفی از یک قطعه آیرودینامیکی :
قطعه ی آیرودینامیکی استال استریپ و کاربرد مهم آن در هنگام واماندگی هواپیما


از دیر باز تا کنون که برادران رایت توانستد با شناخت نیروی اصلی پرواز وسیله ای برای جابجایی در آسمان ها بسازند، پدیده ی استال که نقطه ی مقابل این نیرو است ظهور پیدا کرد. استال در هر نوع وسلیه ی هوایی و ممکن است به هر شکلی (در هر قسمتی از هواپیما) اتفاق بیوفتد. در این یادداشت نویسنده سعی دارد با نگاهی اجمالی و مختصر، توضیحی کوتاه در خصوص علل بوجود آمدن استال و پدیده های جانبی که همراه با آن بر روی سطح بال ها اتفاق می افتد داده و مخاطبان علاقه مند به علوم و تجهیزات هوایی را قطعه ای کوچک اما پرکاربرد آشنا کند

نخست برای اینکه کاربرد استال استریپ در هنگام استال یا واماندگی هواپیماها را درک کنیم، می بایست با مفهوم استال و نیروهای وارد بر یک هواپیما آشنا شویم.

بطور مختصر در یک هواپیما چهار نیروی اصلی وجود دارد که کلیه ی حرکت های هواپیما در سه محور طولی، عرضی و افقی به دلیل کم یا زیاد شدن این نیروها اتفاق می افتد. مهمترین این نیروها نیروی برآ یا لیفت است که بیشترین مقدار آن توسط بال تولید می شود. سه نیروی دیگر عبارتند از پسا (drag)، وزن (weight) و جلو برنده (thrust).

هنگامی که یک هواپیما در حالت پایا در آسمان درحال حرکت است، برآیند تاثیر هریک از این نیروها صفر خواهد بود. به عبارت دیگر چهار نیروی آئرودینامیکی در حال تعادل با یکدیگر هستند.

در هواپیما بنا بر نوع طراحی کارخانه، بال ها را با شکل، ضخامت و ایرفویل های متفاوتی می سازند که رابطه مستقیم با نوع کاربری هواپیما دارد. هر مدل ایرفویل توانایی تولید یک مقدار بخصوصی از نیروی برآ را دارد. به این صورت که هر قدر ضخامت ایرفویل بیشتر شود، نیروی برآی بیشتری تولید می گردد اما در عوض سرعت گذر هواپیما را کاهش می دهد زیرا با افزایش نیروی برآ نیروی پسا نیز افزایش می یابد.

بیشترین مقدار تولید نیروی برآ توسط یک ایرفویل را ضریب ماکزیمم برآ یا CL max می نامند که در یک زاویه حمله مشخص اتفاق می افتد. گذر از این زاویه ی حمله که بنام زاویه ی حمله ی بحرانی شناخته می شود و در هر هواپیما بسته به نوع ایرفویل استفاده شده متفاوت است دلیل اصلی پدیده استال است. زاویه حمله ی بال، زاویه ای است که خط وتر بال با بادی که از روبرو میوزد (relative wind) دارد. استال همچنین می تواند به دلیل دانسیته کم هوا، load factor ، موقعیت مرکز ثقل هواپیما و برفک زدن سطح بال هم اتفاق بیوفتد.

استال می تواند در هر ارتفاعی، هر سرعتی و با هر وضعیتی از هواپیما اتفاق بیوفتد و یک خلبان این موضوع را به خوبی باید درک کند، اما استال ها دو نوع کلی دارند :

  • استال با وجود قدرت
  • استال بدون وجود قدرت

در مورد اول که بیشتر در هنگام برخاستن هواپیما از روی زمین یا اصطلاحا تیک آف، رخ میدهد، موتورهای هواپیما در حال تولید نیروی جلو برنده یا تراست هستند اما زاویه ی بیش از حد مجاز حمله باعث افت تولید نیروی برآ و در نتیجه استال می شود.

در مورد دوم که بیشتر در هنگام تقرب به زمین برای نشستن اتفاق می افتد، موتورهای هواپیما در حالت idle یا بدون تولید نیرو قرار دارد و به دلیل نزدیکی به زمین و سرعت کم بازیابی آن مشکل تر و در نتیجه خطرناک تر است.

بطور کلی این دو نوع استال هم می تواند در هر ارتفاعی و هر وضعیتی اتفاق بیوفتند.

تا اینجا بطور مختصر با چند مورد از دلایل پدیده ی استال آشنا شدیم اما در هنگام استال چه اتفاقی روی سطح بال ها می افتد که بال توانایی تولید نیروی برآی خود را از دست می دهد؟ و استال استریپ چه کمکی میتواند به خلبان بکند؟ جواب این سوال ها به ایرفویل و جریان هوای در حال گذر از روی آن بستگی دارد.

نیروی برآ بر اساس قانون برنولی به دلیل اختلاف فشار هوای در حال گذر از سطح بالایی ایرفویل و سطح پایینی آن اتفاق می افتد. در سطح زیرین بال سرعت گذر باد به نسبت سطح بالای بال کمتر اما فشار آن بیشتر است. برای سطح بالایی بال فشار کمتر و سرعت بیشتر است. گذر جریان های هوایی بر سطح زیرین و بالایی بال بصورت خطی و کاملا موازی و بدون آشفتگی است.

هنگامی که هواپیما به استال نزدیک می شود، اختلاف فشار بین دو سطح بال کمتر و کمتر شده و آشفتگی در جریانهای گذری از بال بیشتر می شود و هنگامی که آشفتگی ها به نوک حمله ی بال برسد، استال کامل اتفاق می افتد. در استال کامل اختلاف فشاری بین دو سطح بال وجود ندارد و در نتیجه نیروی برآیی نیز تولید نمی شود.

یکی از اتفاقاتی که در هنگام استال روی بال رخ میدهد آشفتگی جریانهای در حال گذر است. در یک بال سطوح متحرکی برای کنترل وجود دارد. مانند ایلرون ها که هواپیما با آن میچرخد، فلپ ها که درهنگام برخاستن یا نشستن وظیفه تولید نیروی برآی بیشتر یا نیروی پسای بیشتر را برعهده دارند، اسپویلرها، ترمزهای هوایی و … هم سایر سطوح کمکی برای خلبان بر روی بال قرار دارند اما بطور کلی ایلرون ها و فلپ ها اهمیت بیشتری دارند. اساس کارکرد تمامی سطوح کنترل، جریان گذری هوا روی آن می باشد و در مواقعی مانند استال که جریان هوا کاملا آشفته و کم فشار است توانایی عملکرد مفید خود را از دست می دهند.

استال در هنگام شروع از انتهای بال (wing tip) شروع و به ریشه بال که به بدنه وصل است می رسد. فلپ ها در نزدیک ترین فاصله به بدنه و روی بال قراردارند اما ایلرون ها در دورترین فاصله نسبته به بدنه قرار دارند لذا در هنگام استال ایلرون ها در اولین گام از دسترس خلبان خارج می شوند و در هنگام استال کامل که هواپیما شروع به چرخش به دور خود و افت ارتفاع شدید می کند کنترلی از جانب ایلرون ها صورت نمی گیرد.

استال استریپ قطعه ای آیرودینامیکی است که در دو مکان نزدیک به ریشه بال قرار داده می شود. این قطعه باعث جدایش لایه ی هوا از روی سطح بال می گردد (سرعت استال را بالا می برد) و باعث می شود در هنگام استال، مسیر واماندگی بال از ریشه به سمت نوک بال حرکت کند. با این کار ایلرون در موقع استال دیرتر از کار می افتد و در اسپین میتواند تاثیر گذار باشد.

با این تفاسیر این قطعه باعث می شود آخرین سطحی که در روی بال از دسترس خلبان خارج می شود ایلرون باشد. ایلرون در مرحله ی دوم استال که هواپیما به چرخش می افتد کمک می کند تا زودتر از این وضعیت خارج شویم. این قطعه اکثرا در هواپیماهای تجاری به جهت بالابردن ضریب امنیت قرار داده می شود.

در یادداشت های بعدی برای علاقه مندان به مسائل و قطعات هوایی، بیشتر صحبت خواهیم کرد.

نویسنده : علی محمد دشمن زیاری

منبع : برداشتی تحلیلی از کتاب private pilot manual

انتهای پیام/

درباره نویسنده

مطالب مرتبط

نظر بدهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *