نیروی برآر در هواپیما

در هواپیما اختلاف فشار هوائی که از روی بال و زیر بال می‌گذرد ایجاد نیروی برآر می‌کند و با خنثی شدن نیروی وزن، هواپیما به پرواز درمی‌آید.

 

بر هواپیمائی که در حال پرواز یک‌نواخت و مستقیم است چهار نیرو وارد می‌شود:

 

نیروی پیش‌رانش در خلاف جهت نیروی پسار است و نیروی وزن هواپیما در خلاف جهت نیروی برا قرار دارد. اگر نیروی پیش‌رانش بزرگ‌تر از نیروی پسار یا مقاومت هوا نباشد هواپیما دچار واماندگی خواهد شد و همچنین برای پرواز باید نیروی برآر از نیروی وزن بیشتر باشد تا هواپیما بتواند از زمین بلند شده و پرواز کند. وزن هواپیما ثابت است (بدون در نظر گرفتن وزن سوخت) ولی در شرایط مختلف پرواز نیروهای دیگر (نیروی برار و نیروی پسار و نیروی پیش‌رانش) ممکن است تغییر نمایند. مثلاً در هنگام اوج گیری که زاویه هواپیما نسبت به افق بیشتر است نیروی پسار هم بیشتر خواهد بود. اگر توان موتور یا نیروی پیش‌رانش نتواند نیروی پسار ایجاد شده در اثر افزایش زاویه پرواز هواپیما را جبران کند، هواپیما دچار واماندگی خواهد شد. همچنین نیروی برار هم با افزایش سرعت هواپیما افزایش خواهد یافت و با ارتفاع گرفتن هواپیما در اثر رقیق شدن هوا (در صورت ثابت بودن سرعت هواپیما) کاهش می یابد.

 

برآر یا نیروی برآر، نیرویی است که در اثر حرکت ماهیواره در شاره (سیال) ایجاد می‌شود. پرواز هواپیما در اثر نیروی برآری است که حاصل از شکل مقطع آیرودینامیکی بال‌ آن است، که اصطلاحاً مقطع ماهیواره دارند، نیروی برآر بال هواپیما به عواملی مانند سرعت هواپیما، مساحت بال، چگالی هوا، و شکل ماهیواره بال بستگی دارد و مطابق با فرمول زیر محاسبه می‌شود.

که در این فرمول:

ρ( V^2) S C(L) = 2L

L نیروی برآر هواپیما،
ρ چگالی هوا،
V سرعت پرواز هواپیما،
S مساحت بال، و
(C(L ضریب برآر است.

 

برآر را در فارسی «برآ» هم می‌گویند. واژه «برآر» پیشنهاد فرهنگستان است. پسار برآیند تمام نیروهائی است که هنگام حرکت جسم صلب در شاره در جهت مخالف حرکت آن عمل می‌کنند. این نیرو را معمولاً مقاومت هوا نیز می‌گویند، هرچند این اصطلاح دقیق نیست. پسار القایی درگ القایی نوعی از نیرو میباشد که در اثر نیروی برا بوجود می آید.هنگامی که بال با زاویه حمله صفر پرواز میکند نیروی پسا ر القایی نداریم و پسار موجود تماما یک نیروی اضافی و صرفاً مقاوم است.هنگامی که زاویه حمله افزایش مییابد بال یک نیرو ایجاد میکند,مولفه هایی از این نیرو که با باد نسبی موازی است پسار القایی نامیده میشود. همان طور که میدانید وقتی که بال نیروی لیفت ایجاد میکند جریان باد را بصورت یک مسیر منهنی منحرف میکند.نیروهای منتجه هنگامی که با هم جمع شوند نیروی عکس العمل کل را تشکیل میدهند.اگر نیروی عکس العمل کل درست عمود بر جریان نسبی باد باشد آن وقت نیروی لیفت بدون پسار القایی خواهد بود.اما عملا هیچگاه میگوید که بال با بوجود آوردن down wash نیروی لیفت ایجاد میکند.به عبارت دیگر با عبور هوا از روی بال جریان هوا به سمت پایین منحرف میشود.

 

نیروی لیفت نیروی عکس العمل در برابر این حرکت به سمت پایین میباشد.پس down wash منشا اصلی وجود درگ القایی است. عوامل موثر بر روی پسار القایی 1)نمای افقی بال نمای افقی بال مهم‌ترین فاکتور طراحی برای تعیین مقدار پسار القا شده است.معمولاً پیش بینی میشود که یک بال با پهنای بلندتر جریان باد را بیشتر به سمت پایین منحرف میکند تا یک بال با پهنای کوتاهتر.این خود up wash بزرگ‌تری را در جلوی بال ایجاد میکند اما اگر طول بال را بلندتر انتخاب کنیم آنگاه کمترین نیروی درگ القایی را خواهیم داشت. 2)زاویه حمله با افزایش زاویه حمله نیروی لیفت بیشتری خواهیم داشت و در نتیجه در انتهای بال down wash بیشتری خواهیم داشت.با افزایش یافتن down wash میدان فشاری که دور بال در حال چرخش است و گرداب های نوک را نیز در بر میگیرد قدرت بیشتری پیدا میکند که باعث افزایش up wash و در مهایت درگ القایی میگردد. 3)زاویه sweep هواپیمای دارای بالهای جارویی(همگرا)در موقعیت استال جریان هوای بیشتری را به سمت بالها همگرا میکند.این عمل به بزرگ‌تر شدن up wash در جلوی بال جارویی نسبت به بالهای مستقیم می انجامد و در نتیجه آن زاویه درگ القایی و همچنین زاویه حمله بزرگ‌تر در هنگام استال خواهیم داشت. با محاسبات ریاضی نه چندان پیچیده میتوان فرمولی را برای محاسبه درگ القایی ارایه کرد: D(i)=[2]W2/#peV2b2 با عرض پوزش قرارداد های زیر را درباره فرمول بالا بپذیریدچون که علایم جدیدی در ریاضیات اختراع کردم چون کامپیوترم برنامه فرمول نویسی نداشت: i داخل پرانتز به عنوان زیروند است برای D و در مجموع D با زیروند i معرف درگ القایی است. 2 داخل کروشه ضریب است وبجز آن هر عددی که میبینید معرف توان است. W وزن هواپیماست برحسب نیوتون. / یعنی تقسیم.

 

همان عدد پی است که هیچ شباهتی با نماد یونانی آن ندارد.

p همان رو یا چگالی هوا است بر حسب Kg/m2. V سرعت هواپیماست برحسب Km/h. b طول بال برحسب m و e عدد کارایی اسوالد است که برای بالهای بیضوی 1 وبرای سایر بالها بین0.7 تا 0.9 است برحسبN2h2m/Km2Kg(که باز هم اعداد توان هستند)عنوان پیوند. واژه «پسار» از پیشنهادات فرهنگستان است و در بیشتر متن‌های هوانوردی فارسی به آن «پسا» می‌گفتند.هواپیما با بال ثابت بیشتر هواپیماهای امروزی به‌ویژه هواپیماهای مسافری در این دسته جای دارند.

 

منظور از بال ثابت آن است که بال هواپیما (بر خلاف هلیکوپتر) فقط در اثر پیش‌رانش نیروی برآر ایچاد می‌کند. اگرچه بال در بعضی هواپیماها برای جاگیری کمتر یا ملاحظات هواپویشی ممکن است باز و بسته شود ولی این‌گونه هواپیما را نیز دارای بال ثابت می‌شمارند چون باز وبسته شدن بال ایجاد نیروی برآر نمی‌کند.هواپیما با بال ثابت بیشتر هواپیماهای امروزی به‌ویژه هواپیماهای مسافری در این دسته جای دارند.

 

منظور از بال ثابت آن است که بال هواپیما (بر خلاف هلیکوپتر) فقط در اثر پیش‌رانش نیروی برآر ایچاد می‌کند. اگرچه بال در بعضی هواپیماها برای جاگیری کمتر یا ملاحظات هواپویشی ممکن است باز و بسته شود ولی این‌گونه هواپیما را نیز دارای بال ثابت می‌شمارند چون باز وبسته شدن بال ایجاد نیروی برآر نمی‌کند.

 

شهپرهای هواپیماها در چند نوع هستند از جمله شهپرهای برآفزا که به افزایش نیروی برآ (نیروی بالابرنده) در پرواز کمک می‌کنند و شهپرهای برآکُش که از نیوری برآ جلوگیری می‌کنند.