استفاده از پروانه بزرگتر از طول بال چقدر امکان پذیره

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3286

سپاس: 5494

جنسیت:

تماس:

استفاده از پروانه بزرگتر از طول بال چقدر امکان پذیره

پست توسط rohamavation »

استفاده از پروانه بزرگتر از طول بال چقدر امکان پذیر است؟ آیا قانون فیزیک وجود دارد که از این سازه جلوگیری کنه؟
چه پیامدهای فوری در جریان هوا در پشت چنین ملخ بزرگی دیده میشه؟ آیا بالهای پشت جریان هنوز هم قادر به ایجاد بالابر پایدار هستن؟
به طور عمومی، استفاده از پروانه‌هایی که اندازه‌شون بزرگتر از طول باله نه‌ای حلاله و نهایتاً تعدیلاتی داره. اینجوری پروانه‌ها از نظر فنی و ایمنی مسائلی براشون پیش میاد. اصولاً، قوانین هوایی و فیزیک هم همچین چیزی رو تایید می‌کنن که پروانه باید اندازه مناسبی برای بال و هواپیما داشته باشه. این قوانین مستقیماً از استفاده از پروانه‌هایی با ابعاد نامناسب جلوگیری می‌کنن. در واقع، استفاده از این پروانه‌ها می‌تونه موجب مشکلات فنی و ایمنی بشه، مثل وزن زیادی که اضافه میشه و ناپایداری تو پرواز، که می‌تونه به مشکلاتی مثل کنترل ناصحیح و استحکام پرواز منجر بشه.
فکر می‌کنم منظور شما اینه که ملخ‌های هواپیما که به عنوان یک سطح بالابر اضافی عمل می‌کنن، به طوری قرار بگیرن که تأثیر کمتری روی تعادل هواپیما داشته باشن. درسته؟ خب، در این صورت اگه بدون پیچ و تاب باشن، ممکنه بشه موقع پرواز ازشون استفاده کرد ولی مطمئن نیستم که کارایی زیادی داشته باشن. مثلا می‌تونیم طراحی کنیم که وسط ملخ‌ها باشه اما این تنظیمات ممکنه اثر چندانی نداشته باشن روی پرواز.
در مورد پیچش تیغه‌ها، بله، می‌شه با تغییر طول وتر تیغه از ریشه تا نوک، اثر پیچش رو بازتولید کرد. اما برای محاسبه رانش و درگ پروانه‌ای که پیچش نداره، ممکنه معادلات استانداردی وجود نداشته باشه. اینجا بیشتر به نوع پروانه و مدل هواپیما بستگی داره. مثلاً برای پروانه‌های مختلف ممکنه روش‌های محاسبه‌ی متفاوتی لازم باشه.
درباره محدودیت‌های طول پره‌های پروانه ممکنه محدودیت‌هایی وجود داشته باشه که به طراحی و عملکرد هواپیما بستگی داره. مثلاً اگه پره‌ها خیلی بلند باشن ممکنه مشکلاتی مثل وزن زیاد و مقاومت هوایی بیشتر ایجاد کنن. به طور کلی تعادل بین طول پره‌ها و دیگر ویژگی‌های هواپیما مهمه تا بهینه‌سازی شده باشه.
تصویر

نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3286

سپاس: 5494

جنسیت:

تماس:

Re: استفاده از پروانه بزرگتر از طول بال چقدر امکان پذیره

پست توسط rohamavation »

استفاده از پروانه بزرگتر از طول بال هواپیما چه میزان ممکن است؟ آیا قانون فیزیکی وجود دارد که از این تنظیمات جلوگیری کند؟ هیچ قانونی وجود نداره که این پروانه بزرگ رو ممنوع کنه. برای ایجاد نیروی رانش باید توده‌ای از هوا به سمت عقب حرکت کنه. هرچه پروانه بزرگتر باشه کمتر نیاز به شتاب برای یه رانش معین هست چون جریان بیشتری از هوا در دسترسه. این باعث میشه که پروانه‌های بزرگتر طبیعتاً کارآمدتر باشن ولی پره‌های بزرگتر سنگین‌تر هم هستن و کشش اصطکاک بیشتری ایجاد می‌کنن پس نقطه شیرین بین ابعاد پروانه و بال‌ها باید دقیقاً تعیین بشه که به بهترین نتیجه برسیم.
چه اثرات فوری در جریان هوا در پشت پروانه بزرگ دیده می‌شود؟ آیا بال‌های پشت جریان هنوز هم قادر به ایجاد بالابری پایدار هستن؟ وقتی پروانه بزرگی جلوی هواپیما قرار می‌گیره یه منطقه با فشار پایین پشت پروانه ایجاد میشه که می‌تونه تأثیرات غیرمطلوبی روی بال‌ها داشته باشه. بال‌های پشت جریان همچنان می‌تونن پرواز کنن ولی احتمالاً کاراییشون کمتر میشه. اونا باید با تغییراتی در جریان هوا کنار بیان.
تیغه‌ها هنگام قرارگیری مسطح باقی می‌مونن و به عنوان بال‌های اضافی عمل می‌کنن. اما ممکنه این تیغه‌ها به نحوی طراحی بشن که بر تعادل هواپیما تأثیر نگذارن؟ (مثلاً با تنظیمات محوری) استفاده از دو بال به جای یکی می‌تونه به بیشتر شدن سطح بال و ایجاد بالابری کمک کنه. باید توجه کرد که فلپ‌های هواپیمای مسافربری چقدر به سمت عقب حرکت می‌کنن تا نه تنها بال‌ها بلکه مساحتشون رو هم بزرگ کنن. استفاده از دو بال به این بال‌ها این امکان رو میده که زاویه حمله بالاتری به بالهای پشت بدنن و بتونن بهتر لایه مرزی رو تازه کنن همونطور که فلپ‌های شکافی انجام می‌دن. اما تیغه‌های ملخ بلند و باریک ممکنه به نظر سست بیان ولی احتمالاً نیاز به استفاده از مواد مقاوم‌تر دارن تا بتونن نیروی بالابری رو ایجاد کنن.
بدون پیچش یه پروانه می‌تونه هنوز نیروی رانش خوبی ایجاد کنه؟ آیا می‌تونید اثر پیچش رو با تغییر طول وتر تیغه از ریشه تا نوک بازتولید کنید؟ این سوال یه جواب دقیق نداره. بله حتی بدون پیچش پروانه می‌تونه نیروی رانش ایجاد کنه ولی از لحاظ کارایی اونقدر هم کارآمد نیست. با تغییر طول وتر تیغه‌ها می‌شه تأثیر پیچش رو کمی مدیریت کرد ولی این تغییرات به ساختار و طراحی خاص پروانه بستگی دارن.
معادلات رانش و درگ: بله برای محاسبه رانش و درگ پروانه‌ها معادلات استانداردی وجود داره. این معادلات به پارامترهایی مثل شیب پروانه (پیچش) زاویه حمل (pitch angle) و سرعت جریان هوا بستگی دارن.
محدودیت‌های طراحی: طول پره‌های پروانه ممکنه محدود بشه تا از دست دادن کارایی و پایداری ناشی از طول زیاد برخی مشکلات جلوگیری بشه. همچنین نکته مهمی که باید مد نظر داشته باشید نقطهٔ کانتربال پروانه نباید خیلی دور از مرکز جرم هواپیما باشه تا پایداری آن تأثیر مناسبی داشته باشه.
درسته قوانین فیزیکی که برای حرکت و نیروهای مرتبط با پروانه‌ها مطرح می‌شن امکان استفاده از پروانه‌های بزرگتر از طول بال را به طور کلی منعی نمی‌کنند. برعکس در برخی موارد پروانه‌های بزرگتر می‌توانند عملکرد بهتری داشته باشند.
مطابق با قانون نیوتن برای حرکت نیروی رانش یک جسم برابر با تغییر مقدار جرم آن در زمان ضرب‌در شتابشه. این معادله اینطور نوشتم
\[ F = \frac{{d(mv)}}{{dt}} \]
که دراون \( F \) نیروی رانش \( m \) جرم پروانه و \( v \) سرعت خروجی جریان هوا از پشت پروانه است. این فرمول نشون می‌ده که برای تولید نیروی رانش می‌توانید جرم بیشتری را به سرعت بالاتری تغییر دهید یا جرم کمتری را به سرعت بیشتری.
همچنین برای محاسبه درگ یک پروانه از معادله درگ دینامیکی استفاده می‌شود که به صورت زیر است:
\[ D = \frac{1}{2} \cdot C_D \cdot A \cdot \rho \cdot v^2 \]
در اینجا \( D \) درگ \( C_D \) ضریب درگ \( A \) مساحت مروری پروانه \( \rho \) چگالی هوا و \( v \) سرعت جریان هوا است. این فرمول نشان می‌دهد که درگ متناسب با مساحت مروری پروانه و سرعت جریان هوا است. از این رو یک پروانه بزرگتر می‌تواند درگ کمتری تولید کند در صورتی که مساحت مروری آن ثابت باشد.
با توجه به این معادلات می‌توان نتیجه گرفت که استفاده از پروانه‌های بزرگتر از طول بال اگر به درستی طراحی شوند می‌تواند عملکرد بهتری داشته باشد بدون اینکه قوانین فیزیکی را نقض کند. اما برای حصول از نتایج دقیق‌تر باید به توزیع فشار و دینامیک جریان هوا در اطراف پروانه نیز توجه کرد.
اگه سوال یا نیاز به توضیحات بیشتری دارین بگیدن تا کمکتون کنم.
تصویر

ارسال پست