میرایی آیرودینامیکی چیست؟

[rohamavation]

از آنجایی که تمام چرخش های بدنه صلب یک هواپیمای پرنده حول مرکز ثقل آن اتفاق میفته (این نتیجه حفظ تکانه هستش، این چرخش باعث حرکت عمودی قطعاتی می شود که فاصله ای با محور چرخش دارند. این حرکت عمودی زاویه حمله موضعی را تغییر می دهد به گونه ای که لحظه ای ایجاد می شود که مخالف آن چرخش است.
میرایی آیرودینامیکی یا همواره آیرودینامیکی (Aerodynamic Drag) به نیروی مقاومتی اطلاق می‌شود که هنگام حرکت یک شیء در هوا ایجاد میشه. این نیرو به دلیل تداخل بین شیء و هوا ایجاد می‌شود و باعث مخلوط شدن جرم هوا پیرامون شیء می‌شود. میرایی آیرودینامیکی از اهمیت زیادی در زمینه‌های مختلف نظیر هوانوردی، اتومبیل‌سازی، ورزش‌های موتوری و... برخوردار است.
در هوانوردی، میرایی آیرودینامیکی به عنوان یک نیروی مقاومت هوایی تأثیرگذار است که به هواپیماها، هلیکوپترها، و هر نوع وسیله پرنده یا حرکت‌کننده در هوا در حالت حرکت می‌آید. این نیرو بیشتر به شکل انتقال جرم هوا پیرامون بدنه و بالهای وسیله حرکت‌کننده مرتبط است.
عوامل متعددی بر میرایی آیرودینامیکی تأثیر می‌گذارند، از جمله:
شکل بدنه و بالها:
شکل و طراحی بدنه و بالهای وسیله حرکت‌کننده تأثیر مستقیمی بر میرایی آیرودینامیکی دارد. طراحی هواپیماها به گونه‌ای است که میرایی آیرودینامیکی به حداقل رسد.
سرعت حرکت:
با افزایش سرعت حرکت، میرایی آیرودینامیکی نیز افزایش می‌یابد. این افزایش به دلیل افزایش تعداد ذرات هوا که بر شیء برخورد می‌کنند است.
چگالی هوا:
چگالی هوا نیز تأثیر دارد. در ارتفاعات بالا، چگالی هوا کمتر است و به همین دلیل میرایی آیرودینامیکی نیز کمتر می‌شود.
سطح نماسا:
سطح نماسا شیء نیز بر میرایی آیرودینامیکی تأثیر می‌گذارد. سطح بزرگتر به معنای افزایش میرایی است.
میرایی آیرودینامیکی پس زمینه:
این میرایی بخاطر دما، رطوبت، و ویژگی‌های دیگر هوا می‌باشد.
با توجه به اهمیت میرایی آیرودینامیکی، در طراحی و ساخت وسایل حمل و نقل هوایی و سایر وسایل حمل و نقل، به بهینه‌سازی شکل و طراحی جهت کاهش میرایی آیرودینامیکی توجه زیادی شده است. این بهینه‌سازی به معنای افزایش بازدهی و کاهش مصرف سوخت در وسایل حمل و نقل می‌شود.
برای مثال از حرکت رول استفاده می کنیم. طرح زیر باید نشان دهد که زاویه حمله محلی چگونه تغییر می کند: هواپیما حول محور طولی خود می چرخد و یک نوک بال به سمت بالا حرکت می کند و دیگری به سمت پایین حرکت می کند (فلش های قطعه قوس قرمز). سرعت محلی در هواپیمای نورد سرعت نورد ωy
ناشی از انحراف بالن ξ
باعث حرکت عمودی ωy⋅y می شود
که با فاصله y از محور نورد رشد می کند. این سرعت عمودی (فلش های سبز) به سرعت v∞ هواپیما می افزاید
(فلش های فیروزه ای) و منجر به شیب سرعت جریان محلی (فلش های قرمز) می شود. از آنجایی که هواکش ها منحرف شده اند، بالابر محلی (فلش های آبی) باید بین چپ و راست متفاوت باشد. اما تغییر در سرعت موضعی افزایشی را اضافه می کند که قدرت مخالف دارد و تغییر بالابر را از هواکش ها برابر می کند. این امر هواپیما را از سرعت بخشیدن به حرکت رول باز می دارد.
اگر انحراف آیلرون روی خنثی تنظیم شود، چرخش اکنون منجر به اختلاف لیفت بین چپ و راست می شود و از آنجایی که این اختلاف بالابر روی بازوی اهرمی y به مرکز ثقل عمل می کند، باعث ایجاد یک لحظه غلتشی می شود. این لحظه غلتشی برخلاف حرکت غلتشی عمل می کند، بنابراین سرعت چرخش به سرعت به صفر می رسد. این میرایی آیرودینامیکی است.
بازوی اهرمی y دو بار اتفاق می افتد: تغییر سرعت محلی با y به صورت خطی رشد می کند و ممان مخالف که حاصلضرب تغییر بالابر و y است نیز به صورت خطی با y رشد می کند. نتیجه یک گشتاور میرایی است که با مجذور y متناسب است.
، تغییر سرعت محلی از چرخش به نسبت کوچکتر خواهد بود و لحظه میرایی نیز به همین ترتیب خواهد بود. از آنجایی که فشار دینامیکی با چگالی و مجذور سرعت متناسب است، میرایی با جذر چگالی کاهش می یابد.
این طرح همچنین یک اثر دیگر را نشان می دهد: انحراف نامطلوب. از آنجایی که بالابر موضعی در جریان متصل تقریباً عمود بر سرعت جریان محلی است، بالابر موضعی به سمت جلو بر روی بال متحرک پایین و بالعکس اشاره می کند. این باعث ایجاد یک لحظه انحراف می شود که هواپیما را حول محور عمودی خود می چرخاند مگر اینکه با انحراف سکان مخالفت شود.

میرایی نیرویی است که مخالف حرکت است و تابعی از سرعت است. این یک عامل مهم در پاسخ به اعوجاج تعادل است - روش کلاسیک برای توضیح این موضوع در نظر گرفتن ترکیب فنر/دمپر است که در اینجا توضیح داده شده است. میرایی باعث از دست دادن انرژی می شود، به طوری که نوسان متوقف می شود.
اگر یک هواپیما کوتاه و پایدار باشد، می توان آن را در این حالت تعادل با دست پرواز کرد. هنگامی که وزش باد دماغه هواپیما را به سمت بالا می‌برد، تغییر در نگرش می‌خواهد دماغه را به حالت کوتاه برگرداند. اما مانند سیستم فنری، از موقعیت بریده شده به سمت دیگر فراتر رفته، به حالت تراش و غیره باز می گردد.
میرایی آیرودینامیکی از وقوع نوسانات به طور نامحدود جلوگیری می کند. این میرایی است که توسط مقاومت آیرودینامیکی که بر حرکت نوسانی هواپیما عمل می کند، ایجاد می شود.