دینامیک پرواز

[rohamavation]

دینامیک پرواز علم جهت گیری و کنترل وسیله نقلیه هوایی در سه بعدی است. پارامترهای مهم دینامیک پرواز زوایای چرخش با توجه به سه محور اصلی هواپیما در اطراف مرکز ثقل آن است که به نام‌های رول، گام و انحراف شناخته می‌شوند.چگونه افزایش زاویه حمله باعث افزایش لیفت می شود؟
هنگامی که گام هواپیما افزایش می یابد (رو به بالا)، دارای زاویه حمله مثبت است و زمانی که به سمت پایین کاهش می یابد، دارای زاویه حمله منفی است.
افزایش زاویه حمله باعث افزایش ضریب لیفت در نتیجه و بالعکس می شود. اگر همه عوامل دیگر ثابت بمانند، در نتیجه نیروی بالابر افزایش می یابد.
چیزی که من نمی فهمم این است که وقتی زمین افزایش می یابد، آیا جهت بالابر رو به عقب نخواهد بود، که هواپیما را به عقب می راند؟
هنگامی که گام کاهش می یابد، جهت نسبی بالابر رو به جلو خواهد بود. آیا این نه تنها هواپیما را به جلو می راند بلکه باعث افزایش نیروی بالابر هواپیما نیز نمی شود؟
برای هواپیماهایی با نسبت رانش به وزن بسیار پایین، آیا این اثر بزرگ‌نمایی نمی‌شود؟ آیا جزیی از نیروی وجود دارد که فراموش کرده ام در نظر بگیرم؟
هنگامی که گام هواپیما افزایش می یابد (رو به بالا)، دارای زاویه حمله مثبت است و زمانی که به سمت پایین کاهش می یابد، دارای زاویه حمله منفی است.
خوب، به نوعی. به بیان دقیق، این جمله تنها در صورتی کاملاً صادق است که مسیر پرواز دقیقاً افقی باشد، و تابش بال صفر باشد. اما زاویه حمله منفی معمولاً با پرواز افقی پایدار سازگار نیست. ادامه مطلب را بخوانید.
شما می دانید که نگرش زمین و زاویه حمله می توانند دو چیز بسیار متفاوت باشند، درست است؟ نگرش گام زاویه بین محور طولی هواپیما و افق است و زاویه حمله زاویه بین خط وتر بال - یا در برخی موارد، محور طولی هواپیما - و جهت مسیر پرواز. حتی اگر "تصادف" بال - زاویه بین خط وتر بال و محور طولی هواپیما - صفر باشد، زاویه حمله اغلب بسیار متفاوت از نگرش زمین خواهد بود. اگر این تصور را دارید که هر زمان که هواپیمای را در حالت نوک به پایین می بینیم، بال آن باید در زاویه حمله منفی باشد، پس باید کمی فکر کنید. برای ادامه مطلب دوباره بخوانید
جمله شما بهتر است به چیزی در این مسیر تغییر کند: "اگر جهت مسیر پرواز ثابت بماند، آنگاه افزایش نگرش زمین به افزایش زاویه حمله و کاهش نگرش به زمین مربوط می شود. کاهش زاویه حمله."
چیزی که من نمی فهمم این است که وقتی زمین افزایش می یابد، آیا جهت بالابر رو به عقب نخواهد بود، که هواپیما را به عقب می راند؟
باید بدانید که بردارهای Lift و Drag به ترتیب به صورت متعامد (عمود) و موازی با جهت مسیر پرواز تعریف می شوند.
نه سطح بال (یا "خط وتر").
مسیر پرواز همچنین جهت جریان هوا (جریان آزاد) است که ما آن را "باد نسبی" می نامیم -- این باد یا جریان هوایی است که هواپیما هنگام پرواز "احساس" می کند، صرف نظر از جهتی که هواشناسی خارجی و هواشناسی دارد. باد می وزد-- و به همین دلیل است که بردارها به این صورت تعریف می شوند.
به این پاسخ مرتبط نگاهی بیندازید: آیا می‌توانیم از طریق هندسه ساده به جای فرمول‌ها یا نمودارها نشان دهیم که بهترین نسبت لغزش در حداکثر نسبت Lift به Drag رخ می‌دهد؟ توجه داشته باشید که بردار Lift به دلیل اینکه هواپیما به سمت بالا کشیده شده است به سمت عقب متمایل نمی شود، بلکه به دلیل اینکه مسیر پرواز نزولی است به سمت جلو متمایل می شود. اگر مسیر پرواز افقی بود و بال‌ها روی هم قرار نمی‌گرفتند و بال‌ها در زاویه حمله مثبت بودند، بردار Lift بدون در نظر گرفتن وضعیت زمین هواپیما مستقیماً به سمت بالا اشاره می‌کرد.
البته می توان زاویه حمله را تا جایی کاهش داد که Lift صفر یا منفی شود. در مورد دوم، اگر هواپیما در ابتدا عمودی باشد و مسیر پرواز در ابتدا افقی باشد، بردار Lift در ابتدا مستقیماً به سمت پایین اشاره خواهد کرد. به سمت زمین خم شوید (به سمت پایین)، و جهت (نگرش زمین) هواپیما نیز بلافاصله شروع به تغییر می کند!
بنابراین می‌توانید ببینید که در این نوع بحث‌ها، در هر مورد خاص، ما باید بفهمیم که آیا این را به عنوان یک فرض در نظر می‌گیریم که مسیر پرواز بدون تغییر جهت یا سرعت ادامه می‌یابد یا خیر. اگر چنین است، تمام بردارهای نیرو باید با صفر جمع شوند (به این معنی که بردارهای نیرو را می توان در یک چندضلعی بسته مرتب کرد). اگر نه، آن محدودیت حذف می شود.
در اینجا یک پاسخ پیچیده‌تر وجود دارد که همان اصل را نشان می‌دهد: آیا وزنه‌ای برابر در یک صعود بلند می‌شود؟ توجه داشته باشید که در هیچ یک از نمودارهای برداری نگرش زمین هواپیما مشخص نشده است. و زاویه حمله بال نیز چنین نیست. اما جهت مسیر پرواز (یعنی زاویه صعود) است. این تمام اطلاعاتی است که ما برای ترسیم بردارهای Lift و Drag در جهت صحیح آنها نیاز داریم
به طور کلی، این شکل دارای دو خطا است: یکی، جهت بردار Lift به صورت عمود بر خط وتر بال نشان داده می شود، نه جریان هوا، و دوم، بردار Lift به طور کلی به سمت بالا است، نه به طور کلی به سمت پایین. به بیان دقیق تر، برای یک ایرفویل خمیده (غیر متقارن) ممکن است زاویه حمله بسیار کمی منفی باشد (فقط چند درجه) و بردار Lift همچنان در جهت "مثبت" باشد. اما نه در زاویه منفی بزرگ نشان داده شده در شکل - با فرض اینکه این شکل برای نشان دادن پرواز افقی و در نتیجه جریان هوای افقی در نظر گرفته شده است. اگر این شکل به هیچ وجه قصد ارائه هیچ گونه نمایشی در مورد جهت پرواز/جریان هوا نداشته باشد، در این صورت مشکلات عمیق تری داریم - این نشان می دهد که OP تصور می کند "زاویه حمله" مترادف با "نگرش زمین" است.
یک ساده‌سازی در آن پاسخ وجود داشت-- فرض بر این بود که بردار Thrust موازی با بردار Drag و بنابراین موازی با مسیر پرواز است. در واقع، بردار رانش موازی با مسیر پرواز تعریف نشده است، بنابراین برای هر جهت معینی از مسیر پرواز، گام هواپیما بر جهت بردار تراست تأثیر می‌گذارد. اما نه جهت بردارهای Lift و Drag.
بالابر به صورت عمود بر سرعت تعریف می شود. کشیدن همیشه موازی با سرعت است.
اگر هواپیما به صورت «افقی» حرکت می‌کند، آن‌گاه همیشه به سمت «بالا» حرکت می‌کند و همیشه به سمت عقب حرکت می‌کند.
ما سیستم محور Lift/Drag را "محورهای باد" می نامیم زیرا آنها با سرعت جریان آزاد (باد) همسو هستند.
ما همچنین اغلب از «تشه‌های بدنه» استفاده می‌کنیم، زیرا آنها به چارچوب مرجع (بدنه) هواپیما متصل هستند. اگر یک قلم مو بردارید و یک سیستم محوری را روی هواپیما نقاشی کنید، آن ها می توانند محورهای بدنه باشند. ما معمولاً اینها را محوری (از دماغه تا دم) و عادی (از بالای هواپیما) می نامیم.
زاویه حمله (طبق تعریف) زاویه بین محور بدنه در جهت محوری و سرعت است. یعنی زاویه حمله تبدیل از محورهای بدنه به باد را فراهم می کند.
وقتی زاویه حمله صفر است، آنها یکسان هستند. بنابراین، "Axial" و "Drag" تراز و "Lift" و "Normal" تراز شده اند.
شهود شما در مورد لیفت/کشیدن احتمالاً از اینجا شروع می شود - اما به طور صحیح تری به مؤلفه های نیروی عادی/ محوری حمله می شود.
وقتی زاویه حمله افزایش می‌یابد، نیروی عادی افزایش می‌یابد - و در حالی که هنوز بیشتر در جهت لیفت است، به عقب می‌چرخد و اکنون در جهت درگ نیز نشان می‌دهد.
با این حال، Lift همیشه عمود بر سرعت است. ما آن را اینگونه تعریف می کنیم.