الديناميكا الهوائية

القوى الاساسية في الطيران

ان تصميم الطائرات هو عملية تكرارية. يعتمد التصميم على العديد من العوامل ، مثل السرعة ، والمسافة القصوى ، والقيود المادية والاقتصادية وما إلى ذلك. وحسابات التصاميم الحالية ومتطلبات السوق لإنتاج أفضل طائرات التحكم عن بعد والدرون. بشكل عام في تصميم الطائرات يبدأ التصميم في ثلاث مراحل:

1 – التصميم النظري Conceptual Design
يتضمن ذلك رسم مجموعة متنوعة من المكوينات الممكنة التي تلبي مواصفات التصميم المطلوبة. يتم تحديد جميع الجوانب الأساسية مثل شكل جسم الطائرة ، الجناح وموقعه ، وحجم المحرك. تؤخذ جميع القيود المفروضة على التصميم في الاعتبار في هذه المرحلة.

2 – التصميم الأولي Preliminary Design
في هذه المرحلة ، يتم بعد ذلك تعديل تكوين التصميم الذي تم التوصل إليه في مرحلة التصميم النظري وإعادة تشكيله ليناسب معايير التصميم. كما يتم إجراء التحليل الهيكلي والتحكم الرئيسي في هذه المرحلة وتحليل العيوب الديناميكية الهوائية وعدم الاستقرار الهيكلي إن وجدت ، ويتم تصميمها ووضعها في صيغتها النهائية.

3 – رسم تفصيلي Detail Design
تتعامل هذه المرحلة مع جانب تصنيع الطائرة. إنه يحدد عدد وتصميم وموقع الأضلاع ، المقاطع والعناصر الهيكلية الأخرى. يتم تغطية جميع الجوانب الديناميكية والهيكلية والدفعية والتحكم والأداء في مرحلة preliminary design.

الهدف من كل ذلك هو تصميم نموذج طيران لطائرة مصغرة تهدف أساسًا إلى القيام بمهام مثل الاستطلاع / المراقبة. أكثر الطائرات شيوعًا ، أي الطائرات التي يتم التحكم فيها عن بُعد ، لها تطبيقات متعددة مثل التطبيقات العسكرية والتنبؤات الجوية والمسح الطوبولوجي topological  والاستطلاع والترفيه … إلخ. بشكل عام ان تصميم اي طائرة RC لتحقيق غرض يكون محدد حسب المخطط التالي والذي يسمى ب Mission profile for the RC model : 

علما ان :

عملية اقلاع الطائرة احيانا نحتاج الى مدرج واحيانا لا حسب نوع طائرة ال RC. TAKE-OFF
الصعود بعض الطائرات محكومة في درجة الصعود ويرجع ذلك حسب تصميم الطائرة. CLIMB
اخذ جولة سريعة في الطائرة للتوجه لمكان تنفيذ الغرض الذي صممت له طائرة التنفيذ (قد لا تكون جميع طائرات RC بحاجة الى جولة مثلا طائرات الترفيه). CRUISE
ارتفاع مسافة الطيران – تختلف الطائرات في اقصى ارتفاع تصل له اعتمادا على نوع الجسم والمحركات وقدرة تحملها للظروف الجوية الصعبة. Cruise Altitude
مدة البقاء في الجو –وتعتمد على كفاءة وحجم البطارية او حجم خزان الوقود في محركات الاحتراق وجودة المحرك المستخدم. Endurance
تنفيذ الغرض من الطائرة – والذي قد يكون المراقبة او التصوير او الترفيه وغير ذلك. LOITER
النزول – عكس الصعود فبعض الطائرات لسنا بحاجة الى التجهيز للصعود او النزول مثل طائرات الهيلكبوتر والدرون. DESCENT
الهبوط الوصول الى الارض ويعد من الامور الصعبة في الطيران خاصةاذا كان الهبوط على الماء ! فقد تحتاج الى تمارين اضافية. LANDING

نحن نعلم أنك متحمس للدخول في ديناميكا الهواء. لكننا نعلم أيضًا أنه سيكون لديك المزيد من المرح إذا استطعنا مساعدتك لتكون في معرفة جيدة في هذا المجال ، سنتناول بعض اساسايت الديناميكا الهوائية الأساسية. وسنركز على المعلومات التي ستساعدك على فهم فن الطيران بسرعة.

 


الديناميكا الهوائية 

الديناميكا الهوائية هي علم يهتم بدراسة القوى التي تؤثر على جسم معين وهو يتحرك في الهواء أو أي غاز مثل الطائرات أو السيارات ، ومبدأ العمل بالطائرة هو تطبيق للديناميكا الهوائية ، ونقصد هنا مبدأ برنولي وقانون نيوتن الحركة.

  1. برنولي Bernoulli’s Principle
    كلما زادت سرعة المائع (الهواء) ، انخفض ضغطه. الهواء في الجزء العلوي من الجناح لديه المزيد من الحركة في نفس الوقت ، لذلك يتحرك بشكل أسرع ويخفض ضغطه. هذا يسمح للضغط العالي high pressure تحت الجناح بدفعه للأعلى.
  2. قانون نيوتن للحركة Newton’s Law of Motion

كل عمل له رد فعل معاكس ومساو له في المقدار . ينحرف الهواء في اسفل الجناح ، ويدفع الجناح للأعلى. زاوية الهجوم مهمة سندرسها لاحقا .

العامل المشترك بين برنولي ونيوتن هو تدفق الهواء يعني تدفق الهواء القليل جدًا أنك سوف “تسقط”. لذا يجب أن يكون الهواء يتحرك فوق جناحك أو لا يمكنك إنشاء الرفع Lift . السقوط هي أكبر عدو لأي طيار جديد. أنها تؤدي إلى فقدان السيطرة. معظم الطائرات المبتدئة تنجو من السقوط بسرعة أكبر من الطائرات المتقدمة مثل الطائرات النفاثة أو warbird بسبب انظمة التي يتم توفيرها للمبتدئين .

هناك نوعان من السقوط التي يجب الانتباه إليها :
1 – سقوط السرعة المنخفضة – يحدث هذا عندما تنخفض طائرتك إلى ما دون السرعة المسموحة.
2 – Tip Stall يحدث هذا عندما تحاول الدوران بإحكام شديد. يتحرك الجناح الموجود في الجهة الداخلية من الدوران عبر الهواء بشكل أبطأ من الجناح الخارجي. يفقد الجناح الداخلي الرفع وغالبًا ما يسحب الطائرة إلى دوامة الموت.
كيف اتجنب السقوط ؟
1 – محاولة الحفاظ على مستوى الطائرة الخاصة بك إلى حد ما. إنها ليست مثل سيارة . لا يمكنك الدوران بشكل حاد أو التوقف.
2 – مزيد من السرعة يعني المزيد من التحكم. لكن كن حريص. وقت رد فعلك يحتاج إلى أن تنضج.
3 – ارفع الطائرة الخاصة بك عالية ومعرفة سرعة السقوط من الحساسات التي اجريتها سابقا. وعندما تعتاد على شعور السقوط، فسوف يساعدك ذلك على الهبوط دون سقوط بأمان .


أجزاء الطائرة الأساسية Basic Plane Parts

تتكون الطائرة من العديد من المكونات الأساسية والثانوية ، بشكل عام ، تتكون الطائرة من المكونات التالية:

الجدول التالي يوضح المكونات اعلاه: 

الجسم الرئيسي – كل شيء يربط هنا. Fuselage
الذيل العامودي – يجعل حركة الطائرة مستقرة بشكل عام ، أنه يحتوي على الدفة Rudder لتغير الاتجاه لليسار واليمين. Vertical stabilizer
الذيل الافقي- يجعل حركة الطائرة مستقرة بشكل عام ، انه تحتوي على المصعد Elevator لتغير الاتجاه لأعلى ولأسفل. Horizontal Stabilizer
الجناح – وظيفة الجناح رفع الطائرة ، أنه يحتوي على الجنيحات Ailerons للتوجيه واللوحات Flaps للطيران بسرعة منخفضة. Wing
المروحة – تتحرك بقوة المحرك لتوليد قوة الدفع للامام. Propeller

القوى الأساسية في الطيران Airplane Forces

الطائرات ، مثل الطيور ، أثقل من الهواء. لذلك من أجل أن تطير طائرة ، من المنطقي أن تتغلب على آثار الجاذبية عن طريق إنتاج قوة رفع أكبر من أو تساوي وزنها. على متن طائرة تقليدية يتم إنتاج قوة الرفع هذه بواسطة الجناح. لن نخوض في الكثير من التفاصيل بعد ، يكفي القول أن حجم وشكل الجناح هو ما يدفع قوة الرفع التي يمكنها رفع الطائرة في الهواء. هناك أربع قوى أساسية تحكم كيفية تحليق طائرة وحالة طيرانها في وقت واحد. هذه القوى الأربعة هي الرفع , الوزن , الدفع والسحب ( LIFT, WEIGHT, THRUST & DRAG ). الصورة التالية تمثل اتجاهات القوى الاربعة:

هذه القوى الأربع تمثل دفع أو سحب في اتجاه معين. نظرًا لأن القوة لا توصف فقط بالحجم ولكن أيضًا بالاتجاه ، فإننا نعرّف القوة على أنها كمية متجهة, وهذا هي القوى:

  • الدفع Thrust

الدفع هو القوة الدافعة التي تدفع أو تسحب طائرة في الهواء وتنتجها محركات الطائرة. قوة الدفع الناتجة هي وظيفة موقع المحرك على الطائرة. يوجد عدد قليل من مواقع المحركات الشائعة مثل: أمام الأنف ، أسفل الأجنحة ، داخل جسم الطائرة ، على جسم الطائرة الخلفي , الدفع هو ناقل القوة الذي يعمل مع اتجاه الطائرة .

— اعلان —

  • السحب Drag

السحب الهوائي هو القوة التي تقاوم حركة الطائرة التي تتحرك في الهواء. يجب التغلب على هذه المقاومة عن طريق دفع المحركات. يمكنك تصور كيف يمكن للهواء أن يعيق حركة الطائرة من خلال التفكير في كيفية إعاقة الماء لحركة السباح. المبدأ هو نفسه تمامًا على الرغم من أن الوسيلة التي تتحرك من خلالها الطائرة هي الهواء وليس الماء. سننظر في السحب بمزيد من التفصيل مع تقدم الدروس ؛ على وجه التحديد كيفية حساب السحب الإجمالي كمجموع المكونات الفردية للطائرة ، ولكن في هذه المرحلة من المهم الإشارة إلى أن السحب الكلي للطائرة يتناسب مع مربع سرعة الطيران للطائرة. هذا يعني أنه مع زيادة سرعة الطائرة ، يزداد السحب أضعافا مضاعفة مع مربع السرعة. في المقابل ، فإن إجمالي قوة الدفع المطلوبة للحفاظ على سرعة ثابتة هي أيضًا اقتران لسرعة الطائرة المربعة .

  • الرفع Lift

من أجل مواجهة قوة الوزن ، يجب أن تنتج طائرة قوة الرفع. يتم إنشاء قوة الرفع هذه بواسطة حركة الهواء المتدفقة فوق الطائرة. غالبية قوة الرفع ينتجها جناح الطائرة. شكل أو انحناء قسم الجناح مهم للغاية كما درسنا سابقا حيث أن هذا هو ما ينتج عنه اختلاف في الضغط بين السطح العلوي والسفلي للجناح والذي بدوره يحفز قوة الرفع هذه. وسوف تتعلم أيضًا كيف يكون لحجم الجناح وأبعاده تأثير كبير في كيفية تحليق الطائرة.
يتم إنتاج الرفع على طول امتداد الجناح ، وهناك طرق لحساب توزيع الرفع لجناح معين. كما هو الحال مع الوزن المؤثر في مركز الثقل center of gravity ، من الشائع جمع الرفع الكلي الذي ينتج عن الجناح في نقطة واحدة تعرف باسم مركز الضغط center of pressure . تعد العلاقة بين مركز الثقل ومركز الضغط مهمة جدًا عندما يتعلق الأمر بإمكانية التحكم والاستقرار في الطائرة , الرفع هو ناقل قوة يعمل بشكل عمودي على اتجاه الطائرة .

  • الوزن Weight

الوزن هو القوة التي تم تطويرها كمنتج ثانوي لكتلة الطائرة. كل المواد على الأرض لها كتلة ، ووزن الطائرة هو جاذبية الأرض التي تعمل على كتلة الطائرة. يتكون إجمالي كتلة الطائرات من الهيكل والمحركات والحمولة والبطاريات او الوقود والأنظمة وأي شيء آخر كان على متن الطائرة وقت الرحلة. سوف يختلف الوزن الكلي للطائرة أثناء الرحلة حيث تستهلك المحركات الوقود (اذا كان المحرك ميكاينيكي) ولكننا نفترض أن الكتلة ثابتة لفترة زمنية محددة. يتم توزيع كتلة الطائرة في جميع أنحاء حجمها ، لكن في كثير من الأحيان يتم تجميع الكتلة الكلية للطائرة في نقطة واحدة تسمى مركز الكتلة center of mass . يمكن اعتبار هذا الموقع المكان الذي ستبقى فيه الطائرة متوازنة إذا تم تعليقها من تلك النقطة. يمكن تمثيل الوزن الكلي للطائرة بواسطة متجه قوة (وزن) يعمل في مركز الثقل (الموافق لمركز الكتلة). يجب تصميم طائرة لتعمل بأمان داخل مجموعة من مواقع مركز الثقل ، وبالتالي يجب تصميم أسطح التحكم لموازنة أو تقليم الطائرة خلال هذا النطاق ويتم تمثيل الوزن الكلي للطائرة في مركز الثقل وهو ناقل يتم توجيهه دائمًا نحو الأسفل نحو مركز الأرض.


اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق