مقاله هواپیما

مقدمه:
از دیرباز که بشر آرزوی پرواز در آسمان ها را داشت ، به فکر طراحی بال های پرنده افتاد و همیشه فکر دیدن زمین از آسمان را در فکر خود می پروراند.
پس از ابداع اولین هواپیما توسط برادران رایت ، دیگر دانشمندان نیز به فکر ارتقاء و پیشرفت این نوع از صنعت افتادند و کم کم صنعت هواپیمایی رواج یافت.
با ورود نسل های جدیدی از انواع هواپیماها در خانواده صنعتی خود موجب شد که امروزه حرف اول حمل و نقل میان قاره ای را هواپیماها تعریف کنند.این امر سبب انگیزه برخی از مهندسان جهت افزایش سرعت هواپیما و تسریع در امور حمل و نقل شد.تا آنجا که با ورود نسل جدیدی از هواپیماها در کشور فرانسه ، توجه همگان را به خود جلب نمود.این هواپیما کنکورد نام داشت که سرعت آن حدود 2700 کیلومتر بر ساعت بود که علت اصلی افزایش سرعت آن در طراحی بال ها بود.
از طرفی دیگر می توان از هواپیمای جاسوسی سلطان آسمان نام برد که آن هم به دلیل طراحی خاص در بدنه و بال ها که در ادامه پروژه به تعریف آن پرداخته ایم ، نام برد.
هواپیمای کنکورد چندین سال پیش به علت نقص فنی بر روی باند فرودگاه آتش گرفت و منجر به سقوط آن شد.این هواپیما برای همیشه تنها اسم خود را در کتاب ها جای گذاشت و با همگان خداحافظی کرد.بعد از آن بسیاری از خواستاران مسافرت با هواپیما ، از مسافرت با این وسیله حمل و نقل ، کناره گرفتند اما هنوز شماره بسیاری از افراد که با هواپیما مسافرت می کنند به چشم می خورد.زیرا زمان صرفه جویی شده و از اتلاف آن جلوگیری می شود از این رو ما به طراحی نوینی از هواپیما پرداخته ایم که هم خواستاران زیادی را در نوع خود خواهد داشت و هم باعث افزایش سرعت می شود.
امید است توانسته باشیم گامی موثر در اجرای این طرح و کمک به امر حمل و نقل برداشته باشیم.

تاریخچه پرواز:
اندیشه پرواز به آسمان ها و رهائی از زمین از دیر باز در مخیله آدمی وجود داشته است . در افسانه ها اساطیریونان و روایات بسیار باستانی این آرزوی دیرین بشر به خوبی مشاهده می شود . در کتاب ها آمده است که یکی ازامپراتوران باستانی چین اژدهای بزرگی از پارچه مخصوص ساخت و درون آن را از دود گرم پر کرد و در برار چشمانمتحیر رعایای خویش اژدها را به آسمان فرستاد .
بطور کلی در تاریخ هر کشور نظایر اقدام این امپراتور چینی مشاهده می شود .شاید نخستین کسی که عملاً در این راه کوشش مثبتی کرد و امکان پرواز را بوسیله بال های مصنوعی و یا اسباب و ادوات مکانیکی ثابت نمود " لئوناردو داوینچی " بود .
لئوناردو داوینچی نقاش ، مجسمه ساز ، فیزیکدان ، فیلسوف ، طبیب و دانشمند ایتالیایی نیازی به معرفی ندارد . وی زمانی مدعی شد که توسط بالهای متحرک مصنوعی می توان مانند مرغان در آسمان پرواز کرد و یا لااقل از مکانهای مرتفع به آسانی و بی خطر فرود آمد . اندیشه وی را یارانش به باد مسخره گرفتند ولی او پس از مدتی آزمایش موفق شد دستگاه کوچکی بسازد که مرکب از دو بال یک بدنه و یک سکان بود ، لئوناردو دستگاه خود را از مکان مرتفعی به پائین رها نمود . این دستگاه که در حقیقت پدر بزرگ هواپیماهای امروزی است پس از طی خط سیر طولانی به آرامی روی زمین نشست .
چندی بعد لئوناردو در سال 1500 دستگاه خود را کاملتر نمود بدین معنی که بوسیله یک فنر که حرکات ملایمی به بالهای دستگاه اختراعی می داد موفق شد آن را مدت بیشتری در هوا نگاه دارد ، ولی البته کسی با آن پرواز نکرد و اطرافیانش دستگاه را خرد کرده استاد را رنجیده خاطر ساختند و ار ادامه این کار منصرف کردند .
اگر چه لئوناردو کار خود را ادامه نداد ولی پس از وی دیگران طرح او را دنبال کردند . عده زیادی از افراد جسور اظهار می داشتند :
چگونه پرندگان با بالهای خود در هوا پرواز می کنند و به زمین سقوط نمی کنند ؛ ما نیز می توانیم با تعبیه دستگاهی شبیه بال پرندگان و یا بادبادک لئوناردو در هوا سر بخوریم . بالهای دستگاه می تواند ما را روی هوا نگاه دارد .

در سال 1678 م بینه فرانسوی با تعقیب فکر لئوناردو دستگاه دیگری ساخت که بالهایش توسط انسان حرکت می کرد . وی در این کار یعنی پرواز موفق نشد .
در 1784 م بین ونو فرانسوی دستگاهی ساخت که بالهایش شبیه پروانه یا فرفره بود . این دستگاه نیز می توانست مدت زیادی در هوا بماند و سقوط نکند .
در سال 1843 م هنسون آلمانی دستگاهی ساخت که دارای دو بال بسیار بزرگ ، یک سکان و اتاقک کوچک برای حمل انسان بود . این دستگاه نسبتاً کاملتر از دستگاهای قبلی بود می توانست کم و بیش مانند هواپیماهای بی موتور عمل کند . بدین ترتیب که آن را با زحمت فراوانی آن را به مکان مرتفعی می بردند و هنگام وزیدن باد مناسب آن را به سوی جلو پرتاب می کردند . دستگاه سبک حتی با داشتن یک سرنشین در هوا چرخ می زد و به آرامی بر روی زمین می نشست .
موفقیت هنسن در این راه توجه عده زیادی از محققین را جلب کرد و از این تاریخ به بعد متوجه شدند که ممکن است دستگاه کاملی تعبیه کرد که از مکانهای مرتفع در فضا رها شود و مانند پرندگان بر روی هوا بلغزد بدون آنکه سقوط آنی در پی داشته باشد ولی ماندن در هوا و ادامه پرواز مشکل بزرگی بود که حل آن به نظر هیچ کس نمی رسید . از سوی دیگر همین اختراع تکمیل شده هنسن نیز معایب فراوانی داشت و دیگران که کار وی را تقلید کردند فدای بلند پروازی خود شدند ، سقوط کردند و جان شیرین از دست دادند .
در حقیقت علت ادامه نداشتن پرواز این بادبادکه در هوا یکی سنگین آن بود دیگر آن که محور ثقل دستگاه کامل نبود و به همین علت آن طوری که پرندگان می توانند پرواز آزاد داشته باشند دستگاه اختراعی نمی توانست این کار را انجام دهد .

رفته رفته محققین دریافتند که برای این بادبادکها یا هواپیماهای بی موتور لازم است محور ثقل ترتیب داد . محور ثقل هواپیما که برای هر دانش آموز روشن است شاید بسیاری از افراد عادی اجتماع نیز آن را می دانند در زیر بالها واقع شده است اما یافتن آن برای جویندگان بیش از 70 سال به طول انجامید .
پس از هنسون پنو فرانسوی در سال 1871 م هواپیمای دیگری ساخت که بسیلر سبک بود و مدتها می توانست در هوا باقی بماند.
پس از پنو افراد دیگری در کشور های مختلف دست به تکمیل این اختراع زدند تا آنکه سرانجام در سال 1801 م لیلیان تال انگلیسی موفق شد بال پرنده بسازد . این بال پرنده که شبیه بال خفاش بزرگ بود می توانست یک سرنشین با خود حمل کند و مدت زیادی در فضا باقی بماند . جنس این بال ها از ابرشیم و فمق العاده سبک و محکم بود و محور ثقل آن نیز کم و بیش در محل مناسبی تعبیه شده بود . اختراع لیلیان تال با آنکه موفقیت آمیز بود ولی سرانجام به علت نقص فنی کوچک مخترع خود را به هلاکت رسانید .

پس از لیلیان تال مخترعین دیگری سال ها در این راه آزمایش کردند تا سرانجام در سال 1896 م شانو فرانسوی موفق شد یک هواپیمای بی موتور کاملی اختراع کند . این هواپیمای بی موتور دارای دو بال ، یک سکان متحرک و یک محور ثقل صحیح بود و سرنشین آن می توانست با خیال راحت در آن بنشیند و از مکان بسیار مرتفعی در هوا رها شود و به میل خود سکان را حرکت داده به سیر هواپیما تغییر جهت دهد و به همین نحو وزش باد نامناسب را کنترل کند . این هواپیما در حقیقت پدر هواپیماهای موتوری دو پله است . جنس آن از ابریشم و آلومینیوم و چوب های فوق العاده سبک و محکم بود .
از این به بعد اختراع بی موتور تکمیل شد و بر دانشمندان و مردم عادی محقق شد که با ساختن یک دستگاه سبک و وسیع که سطح بسلر زیادی را در فضا اشغال کند می توان تا مدتی در فضا باقی بود و یک انسان نیز همان طوری که پرندگان می توانند در پرواز آزاد بدون حرکت دادن بالهای خود در فضا باقی بمانند ، می توان در آسمانها بدون اینکه سقوط کند .

اکنون اساس هواپیما کشف شده و به مرحله عمل در آمده بود . همه می دانستند جسم مسطح و سبک و وسیعی که دارای شکل منظم و محور ثقل معین باشد می تواند بر روی ذرات هوا بلغزد . در حقیقت ذرات هوا از سقوط آنی این دستگاه به واسطه تماس با سطح وسیع آن جلوگیری می کردند .
ولی بلند پروازی انسان ارضاء نشد . همه می خواستند این بادبادک آرام و کند رو که فقط بر اثر وزش باد و یا از مکان های مرتفع حرکت می کنند دارای حرکت سریع بوده و به میل سرنشین به بالا و پائین و چب و راست بالاخره از مکانی به مکان دیگر برود.
شاید نخستین کسانی که موفق شدند هواپیمای بی موتور یا بادبادک هوائی را نیرو داده با سرعت و به میل سرنشین در فضا به پرواز در آورند برادران رایت پس از سالها آزمایش در تاریخ 1903 م موفق شدند موتور کوچکی بر روی بادبادک هوائی نصب کنند و به محور این موتور پروانه ای که عیناً شبیه یک فرفره بود متصل سازند و در نتیجه هواپیما را بر اثر گردش فرفره با استفاده از نیروی موتور در هوا به پرواز در آورند

با اینکه پیش از برادران رایت موتورهای نفت سوز اختراع شده بود ولی فکر استفاده از پروانه ( هلیس ) برای شکافتن هوا و پیش بردن هواپیما به اندیشه کسی خطور نکرده بود . آنهایی که می خواستند هواپیما را با سرعت در فضا به حرکت در آوردند همه سعی داشتند با استفاده از حرکت دادن بالها این کار را انجام دهند زیرا آنها می خواستند عیناً از پرندگان تقلید کنند ولی کوشش مخترعین در این راه بجایی نرسیده بر همه ثابت شد که فکر برادران رایت یعنی استفاده از پروانه برای پیش بردن هواپیما در هوا صحیح ترین اندیشه هاست .
پس برادران رایت ، کورتیس آمریکایی در سال 1908 اختراع رایت را تکمیل کرد و با قراردادن چند چرخ کوچک در زیر هواپیما مسئله فرود آمدن و برخاستن را حل کرد و بدین ترتیب از آن سال به بعد مخترعین در تکمیل این ماشین کوشیدند و بعد از اختراع لئوناردو داوینچی سرانجتم پس از از چهار قرن تجربه آزمایش و زحمت ماشین هوائی اختراع شد و به آسمان رفت.
اکنون با آنکه هواپیماهای جت اختراع شده ولی بسیاری از هواپیماهای جهان بر اصول همان اختراع برادران رایت ساخته می شود بدین معنی که پروانه هواپیما بر اثر نیروی موتور با سرعت می چرخد و عیناً مانند پیچی که در چوب پنبه سر بطری فرو می رود و چون به بدنه هواپیما وصل است خود و هواپیما را به طرف جلو پیش می برد . مانند پیچ سر بطری که در اثر چرخاندن در چوب پنبه فرو می رود وقتی پروانه در هوا پیش رفت با فشار زیاد هوا را به زیر بال می زند ، سکان یا باله عقب فشار هوا را نگاه داشته سر هواپیما را به سوی آسمان متمایل می کند . بر اثر ادامه این کار هواپیما به حرکت در آمده به هوا می رود و مانند کسی که در آب شنا می کند و آبها را به زیر بدن خود می لرزاند پروانه نیز در آسمان هوا را به زیر بال و بدنه هواپیما لرزانده و هواپیما پیش می رود .
هواپیمای جت که پروانه ندارد گاز حاصل از سوختن بنزین یا نفت را با شدت زیاد به عقب می راند . فشار گاز در حقیقت به صورت انفجار است ، مانند کسی که پای خود را در آب به بدنه استخر بزند بدنه هواپیما را به جلو می راند . با ادامه این کار هواپیمای جت به پرواز خود در فضا ادامه می دهد .
اکنون هواپیمائی ساخته اند که بیش از دو هزار کیلومتر در ساعت پرواز می کند . حد متوسط سرعت سرعت هواپیما در ساعت 800 کیلو متر است .

حداقل آن نیز برای یک هواپیمای کوچک سبک 180 تا 200 کیلومتر در ساعت است بدین معنی که اگر هواپیمائی کمتر از 180 کیلومتر در ساعت حرکت کند سقوط کرده به زمین می افتد مگر آنکه بی موتور بوده بواسطه سبکی فوق العاده بتواند در فضا باقی بماند.

دینامیک حرکت :(MOtion Dynamics)
در حالت کلی حرکت یک ذره از دو دیدگاه مختلف می تواند مورد بررسی قرار گیرد به بیان دیگر می توان گفت، بطور کلی مکانیک کلاسیک که در آن حرکت اجسام مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد، شامل دو قسمت سینماتیک و دینامیک است . در بخش سینماتیک از علت حرکت بخشی به میان نمی آید و حرکت بدون توجه به عامل ایجاد کننده آن بررسی می شود. بنابراین در سینماتیک حرکت بحث بیشتر جنبه هندسی دارد .اما در دینامیک علتهای حرکت مورد توجه قرار می گیرند. یعنی هر ذره یا جسم همواره در ارتباط با محیط اطراف خود و متاثر از آنها فرض می شود محیط اطراف حرکت را تحت تاثیر قرار می دهد. به عنوان مثال فرض کنید، جسمی با جرم معین بر روی یک سطح افقی در حال لغزش است. در این مثال سطح افقی به عنوان یکی از محیطهای اطراف جسم با اعمال نیروی اصطکاک در مقابل حرکت جسم مقاومت می کند. (1)
عوامل موثر بر حرکت:
حرکت یک ذره معین را ماهیت و آرایش اجسام دیگری که محیط ذره را تشکیل می دهند، مشخص می کند. تاثیر محیط اطراف بر حرکت ذره با اعمال نیرو صورت می گیرد. بنابراین مهمترین عاملی که در حرکت ذره باید مورد توجه قرار گیرد، نیروهای وارد بر ذره و قوانین حاکم بر این نیروها می باشد.(2)
تقسیم بندی انواع وسائل پرنده:
در اولین قدم کلیه وسائل پرنده ساخته دست بشر را به دو دسته کلی تقسیم بندی می نمایند:
* هواپیماها (Aircraft): وسائل پرنده جوی (اتمسفر)
* فضاپیماها (Spacecraft): وسائل پرنده غیر جوی
برای تقسیم بندی هواپیما (Aircraft) ، جنبه های مختلف هواپیما را می توان در نظر گرفت. از نظر سرعت ، هواپیماها را می توان به چهار نوع زیر تقسیم بندی کرد:
1. هواپیماهای مادون صوت ( Subsonic Aircraft) 0 < M < 0.7
2. هواپیماهای صوتی (Transonic Aircraft) 0.7 < M < 1.2
3. هواپیماهای مافوق صوت (Supersonic Aircraft) 1 < M < 5
4. هواپیماهای ماورای صوت ( Hypersonic Aircraft 5 < M
تفاوت این هواپیماها در اختلاف سرعتشان با سرعت صوت است. M عدد ماخ هواپیماست که می تواند با آن سرعت پرواز کند. عدد ماخ یک هواپیما عبارت است از نسبت سرعت هواپیما به سرعت صوت در ارتفاعی که هواپیما در آن ارتفاع پرواز می کند. بسته به نوع هواپیما از نظر سرعت ، قوانین حاکم بر آن متفاوت خواهد بود.(3)
آیرودینامیک پرواز:
نیروی آیرودینامیکی:
نیروی آیرودینامیک در اثر وزش باد بر روی یک جسم تولید می شود. این جسم می تواند تیر چراغ برق ، یک آسمان خراش ، پل ، هواپیما و یا کابل برق فشار قوی باشد. اما بازتاب نیروی آیرودینامیکی که ایجاد می شود، بستگی به شکل این جسم خاص که در معرض وزش باد قرار گرفته است. اگر هم پهن و دارای زاویه تند باشد در برابر باد مقاومت می کند و در جهت وزش باد خم می شود. اما اگر دارای زوایای خمیده و یا نیم دایره باشد، مقاومت کمتری نسبت به سایر اجسام خواهند داشت. نیروهای آیرودینامیکی شامل چهار نیرو می شود، که این نیروها عبارتند از :
نیروی برا :(LIFT)
به طور کلی نیرویی که بر اثر حرکت ماهیواره در شاره (سیال ) ایجاد می شود را نیروی برا می گویند. در واقع نیرویی است که باعث بالا رفتن هواپیما یا هلیکوپتر و اجسام برنده ایجاد می شود. برای اینکه این نیرو ایجاد شود باید جسم مورد نظر شکل خاصی داشته باشد، مطلوب ترین شکل می تواند به صورت یک قطره آب و یا یک جسم که یک طرفش نیم دایره و طرف مقابل آن زاویه تند داشته باشد. اگر این جسم به گوشه ای در جریان هوا قرار گیرد که باد از سمت جسم که حالت نیم دایره دارد بوزد و از طرف مقابل که زاویه تندی دارد جسم را ترک کند، نیروی برا ایجاد خواهد شد. وقتی که مولکولهای هوا با لبه جلوی بال برخورد می کند، تعدادی به سمت بالا و تعدادی به سمت پایین بال متمایل می شوند. هر دو گروه مولکولها می بایستی در انتهای بال همزمان به یکدیگر برسند. چون بالای بال هواپیما انحنای بیشتری دارد و مسافت آن نسبت به زیر بال بیشتر است.در نتیجه مولکولهایی که از سطح بالایی عبور می کنند. می بایستی با سرعت بیشتری حرکت کنند تا با مولکولهای سطح پایین همزمان به انتهای بال هواپیما برسند. این عمل باعث کاهش فشار هوا در سطح بالا نسبت به سطح پایین بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولی وقتی که سرعت هوا در سطح بالای بال بیشتر از سطح پایینی آن باشد، فشار در سطح بالایی کم می شود. حال که فشار هوا در قسمت بالای بال کاهش می یابد و یک خلا نسبی ایجاد می شود که جسم را به طرف خود می کشد. این خلا نسبی همان نیروی برا می باشد که باعث بالا رفتن هواپیما می شود. هر چقدر سرعت هواپیما بیشتر باشد مقدار خلا نسبی نیز بیشتر می شود.
نیروی برار بال هواپیما به عواملی همچون : سرعت هواپیما مساحت بال چگالی هوا و شکل ماهیواره بال بستگی دارد و مطابق با فرمول صفحه بعد محاسبه می شود.

که در این فرمول :
نیروی برآر هواپیما L
چگالی هوا ρ
سرعت پرواز هواپیما V ا
مساحت بال و S
ضریب بردار است.(4) CL
نیروی وزن :(WEIGHT)
زمانی که ما روی زمین قرار گرفته ایم وزن ما بطور عمود بر مرکز زمین وارد می شود. وزن ما باعث قرار گرفتن روی زمین و نیز جاذبه ای که برما وارد می شود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نیوتن ، نیروی جاذبه ای که بر جسم ما وارد می شود برابر با یک خواهد بود.
برای اینکه هواپیما به پرواز درآیند باید بر نیروی جاذبه غلبه کند. وزن همیشه در جهت مخالف نیروی برا است.
نیروی رانش :(THRUST)
وقتی جسمی از زمین بلند شده و در فضا قرار می گیرد، باید نیروی رانش کافی داشته باشد. به عبارت دیگر نیروی رانش باعث می شود تا هواپیما به طرف جلو حرکت کرده و جریان لازم را ایجاد کند. جریان ایجاد شده تولید نیروی برا این کار را خواهد کرد. در هواپیما نیروی رانش بوسیله موتور فراهم می شود.
نیروی پسا :(DRAG)
طبق قانون نیوتن هر عملی یک عکس العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دلیل این که نیروی رانش باعث جلو رفتن هواپیما می شود. افزایش این نیرو باعث افزایش نیروی پسا خواهد شد. وجود نیروی پسا یک امر اجتناب ناپذیر است ولی کارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپیما سعی می کنند در حین پرواز از مقدار نیروی پسا کاسته شود.(5)
نیروی پسار در جهت عقب هواپیما وارد می شود و همواره در مقابل نیروی پیشرانش قرار دارد و مقدار آن بستگی به شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا دارد.(6)
تمام موارد فوق ( نیرو ها ) در شکل زیر به نمایش گذاشته شده اند.

اصل برنولی:
اصل برنولی می گوید در جریان لایه ای نامتلاطم ، فشار با کاهش سرعت افزایش می یابد، برعکس ناحیه هایی که در آن سرعت بیشتر است فشار کمتری دارند. چنین وضعیتی را برای جریان متلاطم که در آن حرکت شاره در هم و بر هم یا نامنظم و نامرکب است نمی توان تعمیم داد. اصل برنولی برای جریان لایه ای یعنی هنگامی که هر لایه شاره در کنار لایه های مجاور به آرامی در حرکت باشد قابل استفاده است.
تئوری اصل برنولی:
اصل برنولی در شکل 1 نشان داده شده است. جریان لایه ای هوا در محل 1 ، که در سطح لوله در آنجا برابر است وارد لوله می شود. مساحت سطح مقطع لوله در آن محل 2 به مقدار در ناحیه ای از سرعت در ناحیه 1 بیشتر است و فشار در محل 2 از فشار در محل 1 کمتر است. یعنی چون است.
داریم __ این ارتباط میان و را می توان با فشار سنجی که در دو سر آن به محلهای 2 و 1 متصل شده است تایید کرد. اختلاف فشارهایی که در اصل برنولی با آنها سر و کار داریم، تنها از تغییرات سرعت ناشی می شوند. این بدان معنی است که ارتفاعهای دو نقطه مورد نظر از سطح زمین آنقدر به هم نزدیک است که اختلاف فشارهای ایستایی ناشی از گرانی در این دو نقطه قابل چشم پوشی است.
اساس فیزیکی اصل برنولی :
زیر بنای فیزیکی اصل برنولی و شرایط برقراری آن را با کاربرد قضیه کار و انرژی در صدد و جریان لایه ای ، نا چسبنده ، بی چرخش و تراکم ناپذیر که حالت پایا داشته باشد، به آسانی می توان درک کرد. این محدودیتها بدان معنی است که پیچ انرژی به علت انواع گوناگون اصطکاکها تلف نمی شود. در شکل 2 شاره ای با چگالی را نشان می دهد که در ابتدا فاصله ای بین سطوح و دور لوله پر می کند. در محل 1 در سطح ، فشار برابر با و سطح مقطع لوله برابر با است.در نتیجه نیروی به طرف راست بر شاره وارد می شود و به همین ترتیب در محل 2 در سطح نیرویی وجود دارد که اندازه آن برابر با بزرگ است. در این صورت شاره از سطح به طرف و از سطح به طرف حرکت می کند به این ترتیب ، در نهایت با جابجایی جرم: شاره میان سطحهای ، و یا ، است. با بکار بردن قضیه کار – انرژی در مورد داریم:
(1)

که در آن کار انجام شده روی سیستم توسط نیروهای ناپایستار و به ترتیب انرژیهای جنبشی و پتانسیل سیستم هستند. با قرار دادن کمیت معادله برنولی:

(2)

که همان پایستگی انرژی مکانیکی در واحد حجم است: (3(
بیان ریاضی اصل برنولی:
اصل برنولی را بلافاصله می توان از معادله برنولی بدست آورد. اگر چگالی شاره به قدر کافی کم و اختلاف ارتفاع در دو نقطه مورد نظر آنقدر کوچک باشد که قابل گذشت باشد. در آن صورت از معادله بالا خواهیم داشت: {TEX()} {p + fvac {1}{2}ρv_2 = Const} {TEX}که بیان ریاضی از اصل برنولی است: با افزایش سرعت به فشار کاهش یافته می یابد و با کاهش سرعت فشار افزایش می یابد. کندترین شاره بیشترین فشار را دارد. بدین سان می بینیم که اصل برنولی نتیجه ای از پایستگی انرژی مکانیکی در شاره های آرمانی است. در این صورت اصل برنولی برای شاره های واقعی که چسبندگی دارند و تراکم پذیر هستند، به تقریب برقرار است. (7)

اجزا هواپیما:
اجزا هواپیما شامل بال ، برآافزا ، برآکش ، شهپر ، پیش بال می باشد که در ادامه به شرح مختصر هر یک می پردازیم.

کلیات بال پرنده
آیرودینامیک:
می دانیم که اصلی ترین رکن پرواز ایجاد برا است که توسط بال ایجاد می شود. پس امکان ساخت هواپیما بدون بال ممکن نیست. از طرفی در هواپیماهای متعارف 90 تا 110 درصد برا توسط بال تولید می شود در حالی که حدود 25 درصد کل پسا مربوط به بال است.
بدهی با است صرف نظر از عمل کرد هر یک از اجزاء هواپیما در صورت حذف دوم، بدنه و اجزاء وابسته به آنها بازده هوا پیما افزایش می یا بد و مسئله پدا کردن راه کاری موثر برای پر کردن خلاء حذف این اجزاء است.
o ضرب گشتاور و برا
مهم ترین پارامترها در طراحی بال پرنده ممان است. به دلایلی که در قسمت پایداری توضیح داده خواهد شد بال در این نوع از هواپیما باید گشتاور مثبت ایجاد کند.( در هواپیما های معمولی این گشتاور منفی است) به همین دلیل از انحنایی در قسمت انتهای بال با عنوان Reflex وجود دارد که باعث ایجاد ممان صفر یا مثبت در ایرفویل می شود. از اثرات دیگر آن کاهش CLα=0 و کاهش CLmax است. البته با کاهش برا در زاویه صفر با مساحت برابر بال زاویه حمله در سرعت سیر افزایش می یابد و باتوجه به این که بهترین نسبت های L/Dmax در زاویه حمله 4 تا 8 درجه ایجاد می شود نسبت L/D در بال پرنده با عمل کرد مشابه بیشتر است این مسئله را طراحی های حرفه ای به اسباط رسانده است. ماننده BWB به اثبات رسانده است. جدول زیر مقایسه BWB را با 747-400 مقایسه می کند.
o ضریب پسا
شاید مهم ترین مزیت بال پرنده کاهش پسا است. که در کارایی نقش عمده ای دارد. در زیر به برسی کاهش انواع پسا در بال پرنده می پردازیم
1. کم شدن پسای اصتکاکی ناشی از کاهش سطح خیس شده تاشی از حذف دم وبدنه. به عنوان نمونه مقایسه C-5 و XB-35 که از نظر کلاس وزنی مشابه هستند. در این مقایسه بال پرنده 33 در صد سطح خیس شده کمتر دارد و Cd min در C-5 برابر با 023/0 و در XB-35 برابر با 012/0 است.

2. کهش پسای تداخل به دلیل ناشی از قرار گرفتن اجزاء در طلاتم سیر اجزاء
3. در مقابل در سرعت های حدود صوت به دلیل بیشتر بودن سطح مقطع از روبه رو در هواپیما های مشابه پسای موج بیشتر است.
عامل پائین آمدن بازده را می توان به شرح زیر بر شمرد:
افت ناشی از پایداری که در واقع انرژی صرف شده برای پایدار ماندن هواپیما است.(8)
بالهای رو به جلو، انقلابی در طراحی بال :
می گویند که در قرن بیست و یکم، هیچ گاه نباید گفت "غیر ممکن است". در این دنیای تکنولوژی و علم و صنعت که هر روز اختراعی جدید به ثبت می رسد و "غیر ممکنی" به ممکن تبدیل می گردد، باید انتظار هر نوآوری جدیدی را داشت. در صنعت هوا فضا، این نوآوری این بار، X-29 است.
هواپیمای X-29 طرح نامعمول بال رو به جلو
X-29 شبیه به هواپیمایی است که تقریباً به عقب پرواز می کند. اما اشتباه نکنید! چنین نیست. این هواپیما، از بال های رو به جلو بهره می جوید. اندیشه هواپیماهایی با بال های رو به جلو، از سال های جنگ جهانی دوم در ذهن طراحان هواپیمایی نقش بسته بود، اما محدودیت های سازه ای اجازه ساخت چنین هواپیمایی را نمی داد. بال های چنین هواپیمایی می بایست به اندازه کافی قدرتمند باشند که نیروی عظیم ناشی از جلوگرایی و مقاومت بال ها در برابر هوا را با آن سرعت، خنثی کنند. حتی آلمانی ها، هواپیمایی با بال های رو به جلو با نام Ju-287 طراحی کردند که در آن زمان به دلیل عدم وجود مواد کامپوزیتی و فناوری لازم برای به کارگیری آن ها در چنین هواپیمایی، این طرح شکست خورد. اما این طرح جالب، تا سال ها به فراموشی سپرده شد. در در اویل دهه 80، محققان مرکز هوافضایی شرکت ناسا، به تدریج حیاتی دوباره به این تفکر بخشیده و هواپیمایی را با نام X-29 متولد ساختند.
هواپیمای X-29 یک هواپیما مانند تمام هواپیماهای نسل چهارم بود و شباهت های فراوانی میان این هواپیما و هواپیما های معمولی دیگر دیده می شد، اما آنچه که این هواپیما را از دیگر هواپیما ها متمایز می کرد، طراح خاص بال های رو به جلوی آن بود. طرح بال رو به جلو با ترکیب بالچه هایی در جلو یا همان کانارد ها، وسیله ای بود که بنا بر انتظار محققان ناسا، می بایست قدرتی خاص در انجام مانور در سرعت های بالا و اکثراً مافوق صوت، برای هواپیما به ارمغان آورد. از هواپیمای X-29، تنها دو فروند با نام های شماره یک و شماره دو توسط شرکت گرومن ساخته شد. هواپیمای شماره یک، نخستین پروازش را در 14 دسامبر 1984 و هواپیمای شماره 2، نخستین پروازش را در 23 می 1989 انجام داد.
هواپیمای X-29 شماره دو در زاویه حمله بسیار بالا
حال ببینیم رمز مانورپذیری بالای این جنگنده در چه بود: اگر به شکل 1 نگاه کنید، می بینید که در هواپیماهای معمولی، هوا پس از رد شدن از روی بال ها تمایل به واگرایی دارد، یعنی در قسمت پشت هواپیما به راحتی پخش می شود. در حالی که در هواپیمای X-29 عکس قضیه صادق است و هوا تمایل به رفتن به سمت ریشه بال دارد. این ویژگی باعث می شود که در مواقعی که هواپیما در حال اوجگیری با زاویه زیاد حمله است، جریان هوا روی بال کاهش آن چنانی نیافته و در نتیجه شهپر ها و دیگر اجزای کنترلی کار خود را به خوبی انجام دهند. اصلی ترین قسمتی که در X-29 وظیفه تنظیم اوج گیری هواپیما را به عهده داشت، کانارد ها یا بالچه های جلوی هواپیما بود. نوآوری دیگر در سطوح کنترلی این هواپیما، فلپ-شهپر ترکیبی این هواپیما یا Flaperons بود. فلپ-شهپرهای این هواپیما، بالچه هایی در لبه فرار این هواپیما بودند که هم در نقش فلپ برای افزایش برا و کمک به عملکرد کاناردها هم در نقش شهپرها برای دور زدن هواپیما عمل می کردند.

هواپیمای X-29 شماره دو در پارکینگ مرکز دریدن
در ابتدای طراحی این هواپیما، مهندسان با مشکلاتی نیز مواجه شدند که از جمله آن می توان به عدم پایداری هواپیما در سرعت های زیر صوت اشاره کرد. این مشکل، با افزودن یک پردازنده مخصوص تنظیم عملکرد کاناردها و دیگر سطوح کنترلی که در هر ثانیه، 40 بار به تنظیم دوباره موقعیت کاناردها می پرداخت، رفع شد. هر یک از سه کامپیوتر مخصوصی که در هر لحظه وضعیت پرواز را چک می کردند، خود دارای کامپیوتر های پشتیبان بودند که در صورت بروز اشکال در هریک، کامپیوتر پشتیبان به کار می افتاد و وظیفه کامپیوتر معیوب را بر عهده می گرفت. در طراحی بال های X-29، از طرح بال های فرابحرانی یا Supercritical استفاده شده بود. همانطوری که می دانید، امواج ضربه ای که هنگام پرواز با سرعت صوت به وجود می آیند، باعث ایجاد پسای فراوانی می شوند. بال های فرابحرانی که سطح بالایی صاف تری دارند به تاخیر در ایجاد شدن امواج ضربه ای در سرعت صوت کمک کرده در نتیجه پسای کمتری به هواپیما وارد می شود.
هواپیمای شماره دوم نیز پس از تولید، آزمایشات بسیاری را انجام داد. این هواپیما، برای آزمایش مانورپذیری هواپیما در زوایه های حمله یا همان زاویه ی اوجگیری بسیار بالا به کار گرفته شد. نتیجه های این آزمایشات، واقعاً درخشان بود، چرا که هواپیمای شماره دو، توانسته بود که در زاویه حمله 67 درجه نسبت به سطح پرواز معمولی، ویِژگی های آیرودینامیکی خود را کاملاً حفظ کند. برای درک بهتر موضوع، خوب است بدانید که بیشترین زاویه حمله ای که هواپیمای توانای F-14 تامکت می تواند در آن ویژگی های دینامیکی خود را حفظ نماید، از 37 درجه بیشتر نیست! این ویژگی بسیار عالی هواپیمای X-29 که به مدد طراحی بی نظیر بال های رو به جلو و کاناردهای آن صورت گرفته بود، تحسین همگان را برانگیخت. جالب است که این توانایی فوق العاده، بدون استفاده از فلپ های لبه حمله یا Slat های معمول در اکثر هواپیماهای امروزی یا سیستم های تغییر جهت رانش موتور به دست آمده بود. X-29 در سرعت های مافوق صوت، یک اعجوبه بود، چرا که کاهش فوق العاده پسا به لطف استفاده از بال های جلوگرا، کنترل پذیری فوق العاده با استفاده از کاناردهای بی نظیر آن و قابلیت رسیدن به 67 درجه زاویه حمله بدون از دست دادن نیروی برا واقعاً از این هواپیما یک پرنده بی همتا ساخته بود.
کاکپیت تقریباً ساده هواپیمای X-29، نشان دهنده ها بیشتر به ادوات هوایی دهه 60 شبیه اند.هواپیمای X-29 یک هواپیمای تک سرنشینه است که دارای طولی معادل 14 متر و دهنه بال 8 متر است. هر دو نمونه تولید شده از X-29، به یک موتور توربوفن F404-GE-400 تجهیز شده بودند که توانایی لازم را برای انجام تست های مختلف بر روی هواپیما را فراهم می کرد. بال های این هواپیما به طور عمده ای از مواد کامپوزیتی ساخته شده اند که استحکام و سبکی وزن آن ها در این کاربرد مورد نظر است. تنها تفاوت میان نمونه شماره یک و نمونه شماره دو، وجود یک چتر کاهنده سرعت در انتهای دم هواپیمای شماره دو است که این هواپیما را از نمونه اول متمایز می سازد. سازه اصلی هواپیما نیز از آلیاژ آلومینیوم و تیتانیوم ساخته شده است که مقاومتی عالی برای رژیم های مختلف پرواز را فراهم می آورد. طراحی این هواپیما و البته موفقیت آن، وعده ای به طراحان آینده برای طراحی هواپیماهایی با قابلیت های چشمگیر بود. الهام های طرح بال های این هواپیما، به خوبی در بال های ذوزنقه ای هواپیمای نوین F-22 و بال های جلوگرای هواپیمای سوخو 47 روسی مشخص است که گشایش فصل تازه ای را در طراحی هواپیمایی نوید می دهد. (9)

پایداری و کنترل:
می دانیم که دم در هوا پیما های معمولی وظیفه خثی کردن گشتاور بال و در صورت پایدار بودن هواپیما گشتاور ناشی از امال وزن جلوتر از cg را دارد. پس از حذف دم در صورتی که گشتاور بال همچنان مثبت باشد. در صورتی که بخواهیم یک بال پرنده بدون دم پایدار بماند یک از سه روش شناخته شده زیر را به کار می بریم.
1. بال بدون عقیب گراد (plank)
در این سیستم نیاز به ایرفویل با ممان مثبت برای پایدری است که منجر به استفاده از ایرفویل با انحنای روبه بالای زیاد در انتهای ایرفویل دارد. این روش پایداری زیادی ایجاد نمی کند به همین دلیل در ترکیب با سایر روش های پایداری مثلا cg پائین تر از Ac به کار می رود. این شیوه معمولا در هواپیما هایی با قدرت مانور و سرعت پائین به کار می رود.
2. عقب گراد (swept wing)
در این روش تقریبا هر نوع ایر فویل با استفاده از swept و پیچش twist مناسب قابل استفاده است. اما بری گرفت کارایی مناسب و پسای کمتر بهتر است که از ایرفویل هایی با Cm حدود صفر استفاده شود. این روش بهترین روش ایجاد پایداری در بال پرنده است ولی در صورتی که دستیابی کارایی بالا مد نظر باشد تاحدودی پیچیده است.
3. بال و مرکز ثقل پائین (parafoil)
این شیوه پیکر بندی بیشتر در مورد چهپاد ها کارد دارد در این پیکر بندی از ایرفویل با max camber نزدیک به لبه حمله استفاده می شود.
با توجه به گفته های فوق نشان می دهد که بال پرنده ذاتاً پایدار است.
از مزایای و معایب پایداری بال پرنده می وتوان به شرح زیر نامبرد:
1. می توان با کم کردن پایداری استاتیکی Clmax را افزایش داد
2. یکی از سطوح کنترلی Elevator کم می شود
3. از آنجا که اصولا این سیستم برای هواپیما های پایدار به کار نمی رود قدرت مانور آنها بیشتر است
معایب پایداری بال پرنده نیز به شرح زیر است:
1. در هنگام باد کنترل هواپیما بدون سیستم کمکی کنترل مشکل است
2. به دلیل داشتن بازوی گشتاور کمتر چرخش حول مهور عرضی به سطوح کنترل بزرگتری نیاز دارد
3. به دلیل خلاصه شدن کنترل دو سطح کنترلی در یک سطح Elevon هدایت هواپیما پیچیده تر خواهد شد.
4. باز گشت غیر متعارف از اسپین
5. بازگشت سخت از لغزش در پرواز غیر معمول
البته با انتخاب سیستم کنترل مناسب و طراح صحیح بسیاری از معایب فوق قابل کنترل است.(10)
انواع هواپیما از نظر نوع بال:
با استفاده از اصل برنولی که منشا نیروی بالا بر هواپیما را نیز به آسانی می توان توضیح داد. شکل بال هواپیما زاویه پیشروی آن (تعیین طرز کج شدن بال نسبت به جریان هوا) طوری طراحی می شود که سرعت جریان هوا از روی بال بیشتر از سرعت جریان هوا در زیر بال باشد. بنابراین فشار هوا در زیر بال از فشار هوای روی بال بیشتر می شود. این اختلاف فشار باعث می شود تا نیروی بالا برنده بر هواپیما وارد شود. (11)
از نظر نوع بال ، بطور کلی دو نوع هواپیما وجود دارد:
1. هواپیماهای با بال ثابت (Fixed wing Aircraft)
2. هواپیماهای با بال چرخنده (Rotary wing Aircraft)
نوع اول هواپیما و به نوع دوم هلیکوپتر یا چرخبال نام دارد. هواپیما ها عموما دارای بال ثابت هستند و در طول پرواز بال نمی چرخد. ولی هلیکوپتر ، هواپیمائی است که بالش در حال پرواز به دور یک محور می چرخد.

برآافزا:
برآافزا (flap) وسیله ای در لبه فرار بال برای افزایش نیروی برآ در بال هواگردها. نیروی برآ نیروی اصلی عامل نگهدارنده وسایل پرنده در هوا و عامل غلبه بر نیروی وزن هواپیما می باشد. نیروی برآ دارای ارتباط مستقیم با سرعت هواپیما بوده و با افزایش سرعت افزایش و با کاهش سرعت کاهش میابد. بنابراین در رژیمهای پروازی برخاست و نشست که سرعت هواپیما کم است برای جبران کمبود نیروی برآ از برآافزا استفاده می شود.(12)

برآافزاهای نیمه خوابیده برآافزاهای تمام خوابیده برآافزاهای تمام خوابیده به همراه برآکُش های باز

شهپر:
شَهپَر عامل چرخش هواپیما است.شهپرها سطوح کنترلی لولاداری هستند که به لبه فرار یک هواپیما یا هر گونه هواگرد بال-ثابت متصل می شوند. شهپرها معمولاً به گونه ای با هم مرتبط هستند که وقتی یکی به پایین می رود دیگری رو به بالا می رود: شهپر پایین رو نیروی برآر هواپیما را افزایش می دهد و شهپر بالارو از آن می کاهد. شهپر جلوی بال شهپر حمله نام دارد. شهپرها نزدیکترین سطح کنترل لبه فرار به نوک بال هستند. در این پایپر چروکی پارک شده، شهپرها رو به پایین خوابانده شده اند.(13)
پیش بال :
پیش بال ، شهپر حمله یا برآافزای لبه حمله (Slat) به سطح کوچک آیرودینامیکی در لبه حمله یک بال هواپیما گفته می شود.(14)

انواع هواپیما از نظر دارا بودن سرنشین
از نظر دارا بودن سرنشین ، هواپیماها به دو گونه کلی تقسیم می گردند:
1. هواپیماهای با سرنشین (Manned Aircraft)
2. هواپیماهای بدون سرنشین (Unmanned Aircraft)
هواپیماهای بدون سرنشین شامل موشک هدایت شونده ( Missile ) ، موشک هدایت نشونده Rocket ) ، هواپیماهای کنترل از راه دور ( RPV یا ( Remote Piloted Vehicle ) و غیره می باشند.
انواع هواپیما از نظر چگالی
از نظر جرم حجمی هواپیماها به دو دسته کلی تقسیم می شوند:
* هواپیماهای سنگینتر از آزمایشهای مربوط به هوا (Heavier than Air Aircraft)
* هواپیماهای سبک تر از آزمایش های مربوط به هوا (Lighter than Air Aircraft)
نوع دوم شامل بالن (Balloon) ، کشتی هوائی (Air ship) و مانند اینهاست.
انواع هواپیمای مانوری
از نظر قدرت مانوری ، هواپیماها به چهار نوع مختلف تقسیم می کردند:
* هواپیماهای غیر مانوری (Normal (Non – Aerobatic) Aircraft)
* هواپیماهای نیمه مانوری (Utility (Semi – Aerobatic) Aircraft)
* هواپیماهای مانوری (Aerobatic Aircraft)
* هواپیماهای بسیار مانوری (High Maneuverability Aircraft)
از جنبه های دیگر از قبیل وزن ، نوع برخاستن ، قدرت مخفی شدن از دید رادار (Stealth) ، موتور و … نیز هواپیماها به انواع مختلف تقسیم بندی می شوند.
انواع هواپیمای نظامی (Military Aircraft)
1. هواپیمای بمب افکن
2. هواپیمای رهگیر
3. هواپیمای جنگنده
4. هواپیمای شکاری
5. هواپیمای حمل و نقل نظامی
6. هواپیمای شناسایی و جاسوسی
7. هواپیمای مخفی از دید رادار (استیلت)
8. هواپیمای سوخت رسان
9. هواپیمای پشتیبانی نزدیک
10. هواپیمای گشت
11. هواپیمای آموزشی نظامی
12. هواپیمای ضد زیر دریایی
13. هواپیمای هشدار سریع
14. هواپیمای فرماندهی هوایی
15. هواپیمای مخابراتی
16. هواپیمای سیبل (هدف)
17. هواپیمای ضد شورش
18. هواپیمای دیده بانی
19. هواپیمای مراقبت دریایی
20. هواپیمای آزمایشی
21. هواپیمای ضد کشتی
22. هواپیمای ضد تانک
23. هواپیمای دفاع هوایی
انواع هواپیما از نظر مکانیزم پرواز
* هواپیمای با باند صفر یا هواپیماهای عمود پرواز
* هواپیمای با باند کوتاه – کمتر از 150متر
* هواپیمای با باند معمولی
* هواپیمای معمولی یا خشکی نشین
* هواپیمای آب نشین توانایی فرود روی آب را دارند.
* هواپیمای دو زیست
* هواپیمای ناو نشین
انواع هواپیماها از نظر نوع موتور (Power Plant)
* موتور پیستون پراپ :
پراپ مخفف کلمه پروپلر (Propeller) و به معنی پروانه (ملخ) هواپیما می باشد. در اینگونه موتورها نیروی پیشران (Propulsion) توسط پروانه تولید می شود که پروانه نیز بوسیله موتور پیستونی می چرخد. محدودیت استفاده از این موتورها وزن آنهاست، زیرا درصورتی که نیروی زیادی از این موتور ها بخواهیم باید موتورهایی با وزن بسیار زیاد طراحی گردند.
* موتور توربو پراپ (پراپ جت) یا توربو ملخی :
در این موتورها نیز نیروی اصلی توسط پروانه تولید می شود ولی چرخش پروانه توسط موتور جت صورت می گیرد. هواپیمای ایران 140 ( An – 140) نیز از این گونه موتورها بهره می گیرد.

* موتور توربو جت :
به زبان ساده این موتورها آزمایشهای مربوط به هوا را از ورودی (Intake) به داخل کشیده و پس آنکه انرژی زیادی به آزمایشهای مربوط به هوا داده شد آنرا با سرعت زیاده از انتهای موتور خارج می کند و تغییر سرعت قابل توجه در ورودی و خروجی موجب حرکت هواپیما می گردد.

* موتور توربو فن :
ساختمان اینگونه موتورها همان ساختمان موتورهای توربوجت است، با این تفاوت که این موتورها دارای قطر بزرگتری هستند و همه هوای ورودی از داخل موتور عبور نمی کند. بلکه مقداری آزمایشهای مربوط به هوا از اطراف بدنه موتور و در داخل یک پوسته حرکت می کند.

* موتور توربو شفت :
این موتورها در هلیکوپتر ها کاربرد دارند و شباهت زیادی به موتورهای توربو پراپ دارند.

* موتورهای رم جت :
این موتور ها در سرعتهای بسیار زیاد کاربرد دارند و دارای هیچ عضو چرخنده ای نمی باشند (برخلاف کلیه موتورهای دیگر). (15)

اثرات تلاطم هوا بر هواپیما
تلاطم :TurbulEnce
در هواشناسی واژه "تلاطم" به حرکات جوی کوچکتر از شارش میانگین اطلاق می شود ، بنابراین طیف وسیعی از حرکات را در بر می گیرد. تنها طیف کوچکی از تلاطم برای پرواز هواپیما مهم است.
اثرات تلاطم هوا بر هواپیما :
واکنش هواپیما به تلاطم AIRCRAFT RESPONSE TO TURBULENCE
واژه Bumpiness را برای توصیف حرکات محسوس هواپیما در اثر تلاطم جوی بکار می بریم. مقیاس زمانی و مکانی آنها به قدری کوچک است که تصحیح آنها به روشهای معمولی کنترل ، غیر ممکن است. عملا این ناهماهنگی در پرواز باعث بیشترین اضطراب مسافرین می گردد. یک تعریف کلی تر آن حرکات با مقیاس بزرگتر را نیز در بر می گیرد که می توان آنها را با تکنیکهای نوین تا اندازه ای کنترل نمود. این حرکات در مورد توفانهای تندری و امواج کوهستانی کاملا مهم می باشند. مولفه های اغتشاشی در اندازه های هواپیما یا کوچکتر از آن می توانند نیروهای قوی نایکنواخت بر روی سطح هواپیما ایجاد کنند. این امر می تواند انحراف ، افت و خیز ، پیچش و هرگونه حرکات نامنظم دیگری را ایجاد نماید.گاهی اثرات تشدید کننده موجب بروز ارتعاش روی قسمتهای انعطاف پذیر هواپیما می شود. مهمترین واکنش هواپیما به تلاطم جوی همان شتاب عمودی کل بدنه می باشد. ابعاد حرکات در توفان تندری و امواج کوهستانی خیلی بزرگتر از حرکات ناشی از جستهای حاصل از Bumpiness معمولی است. بنابراین می توان تلاش کرد تا به کمک روشهای معمولی کنترل با عوارض ناشی از سرعت قائم مقابله نمود. در غیر این صورت به ازای چنین مواردی کاهش ارتفاع رخ می دهد، جستهای افقی همراه با تغییر همزمان سرعت هوا موجب شتاب عمودی هواپیما می گردند. دست اندازه های معمولی می توانند ناشی از جستهای افقی و عمودی باشند. بهر حال جستهای عمودی خیلی شدیدتر عمل می کنند.تلاطم در سطوح پایین و میانی معمولا همسانگرد بوده و تنها جستهای عمودی اهمیت دارند. در حالی که ناهمسانگردی همراه با جستهای قوی افقی گاهی در سطوح بالا بویژه در استراتوسفر رخ می دهد. در این شرایط تکنیک کاهش سرعت در هوای افت و خیزدار کمتر موثر واقع می شود

خطرات تلاطم هواپیما THE HAZARDS OF AIRCRAFT TURBULENCE
تلاطم از عمده ترین علل حوادث در هوانوردی می باشد. شدت جست از مهمترین فاکتورها است و می تواند به حدی بزرگ باشد که موجب خسارات بدنه ای شود. در پرواز با سرعت کم ، این امر به ازای یک جست با سرعت 15 m/sec می تواند موثر باشد. ولی برای سرعتهای عادی شدت باد جستی در حدود 10 m/sec کفایت می کند. بنابراین باید مواظب بود که از مناطق مستعد بروز تلاطم شدید در ابر و یا در هوای صاف اجتناب نمود.مخاطرات پرواز در شرایط تلاطی با افزایش غیر عادی سرعت یا ارتفاع ، فزونی می گیرد. این امر می تواند ناشی از خود تلاطم باشد و یا در اثر تلاش خلبان برای ایجاد کنترل یا تثبیت ارتفاع بوجود آید. گاهی کنترل بیش از حد توصیه نمی شود، زیرا خطر نقص بدنه را تشدید می کند. لرزشهایی که از مولفه های کوچک تلاطمی بوجود می آیند، می توانند گاهی عوارض جستهای موجود را تقویت کنند. در این شرایط اگر بدنه دارای عیوب نامشهود باشد به شکستن آن متناهی خواهد شد. فرسودگی فلز بدنه این مشکل را تشدید می کند، بویژه اگر هواپیما برای مدتهای طولانی در معرض فشار بار ناشی از جستهای مکرر قرار گرفته باشد.اگر ابقا کنترل هواپیما خطر آفرین باشد و با از دست دادن کنترل هواپیما اغلب برگشت به ارتفاع مطمئنه پرواز افقی در شرایط متلاطم مشکل می باشد. سرعتهای عمودی تا 30 m/s نیز در بعضی توفانهای تندری محتمل است و بدون تردید حفظ ارتفاع غیر ممکن خواهد شد. خوشبختانه شدت جریانات پایین سو در مجاورت سطح زمین کاهش می یابد، ولی تلاش خلبان برای حفظ ارتفاع می تواند وضیت هواپیما را نامطمئن سازد. تلاطم شدید در مرز جریانات عموی باعث از دست دادن کنترل می گردد. تلاطم مسائل دیگری نیز به همراه دارد. مسافران در اثر تلاطم ناگهانی مجروح شده و یا طی یک پرواز افت و خیزدار طولانی متحمل ناملایمات می گردند. خلبانها نیز هنگام نشست یا برخاست در شرایط متلاطم با مشکلاتی مواجه می شوند .

منابع انرژی تلاطمی SOURCES OF TURBULENT ENERGY
انرژی تلاطم جوی از چهار منبع عمده کسب می شود:
1. همرفت
2. اصطکاک سطحی
3. امواج گرانی
4. انرژی شارش میانگین در لایه های متلاطم
جز در مورد اصطکاک سطحی ، این مکانیزمها تلاطمی ایجاد می کنند که با توجه به مقیاس بزرگشان نمی توانند موجب افت و خیز هواپیما شوند. عموما بهم خوردن حرکات اولیه موجب تلاطم هواپیما می گردد. دسته بندی اصلی تلاطم هواپیما را می توان بر حسب این منابع انرژی توصیف نمود. همرفت قادر است باعث بروز تلاطم در داخل ابر CB یا در زیر آن گردد. اصطکاک سطحی می تواند تلاطم سطوح پائین در هوای صاف یا در ابرهای پائین را ایجاد نماید. در مجاورت رشته کوهها ، امواج گرانی منبع انرژی تلاطمی هستند. تلاطم سطح بالا نیز مشاهده می گردد که انرژی خود را از امواج گرانی و همچنین از انرژی میانگین شارش کسب می کند.علاوه بر انرژی ارائه شده از منابع طبیعی ، هواپیماهای چند موتوره غول پیکر با بالهای بزرگ می توانند پدیده ای بنام تلاطم دنباله ای تولید کنند که شامل ناحیه باریکی در عقب آن می باشد. این موضوع می تواند خطرات جدی برای هواپیماهای بزرگ خیلی قوی هستند به ویژه وقتی که از ابزار بلند شدن قوی استفاده می کنند. انرژی این تلاطمها با وزن بالها نسبت مستقیم و با سرعت نسبت عکس دارد. بنابراین شدیدترین پیچکهای تلاطمی توسط هواپیماهای پهن بال با حداکثر بارگیری که با سرعت کم حرکت می نماید ، ایجاد می شود بویژه اگر با تمام نیروی بالا برنده حرکت کنند. این وضعیت هنگام تقرب برای نشستن یا درست بعد از برخاستن رخ می دهد. البته این مشکلات زمانی مشهود است که یک هواپیمای سبک در بارگیر یک هواپیمای بزرگ قرار داشته باشد. پیچکهای تولید شده با باد منتقل می گردد و با افزایش فاصله از هواپیما به آهستگی از شدت آن کاسته می شود. بنابراین بدترین شرایط زمانی بروز می کند که باد عرضی ضعیف بوده یا وجود نداشته باشد .
تلاطم همرفتی CONVECTIVE TURBULENCE
این دسته از تلاطم هواپیما شامل تمام وضعیتهایی است که در آن گردش عمودی د ر نتیجه ناپایداری هیدروستاتیکی ایجاد می شود. جریانات همرفتی با ابرهای کومه ای همراه بوده که شدیدترین آن داخل و زیر ابرهای CB وجود دارد. ابرهای دیگر نیز دارای فعالیت همرفتی هستند. گاهی ابرهای کومه ای گسترده شده و لایه SC تشکیل می دهند ولی قله های کومولوس از سطح فوقانی آن نمایان هستند. ناپایداری نهان هوای صعود کننده در جبهه ها ، کوهستانها ، ناوه ها و غیره نیز به علت آزاد شدن انرژی در میان ابرهای لایه ای ، با فعالیت همرفتی همراه می باشد. در بعضی موقعیتها ابر آلتوکومولوس برجی تشکیل می شود، در حالی که در دیگر مواقع ابرهای کومه ای در میان توده های اصلی ابر قرار می گیرند.
غالبا همرفت در خارج از ابر تلاطم ایجاد می کند. این امر می تواند همراه با بسته های حرارتی باشد که روی زمینهای داغ توسعه می یابد. این بسته های حرارتی در صورت وجود رطوبت کافی با تشکیل ابر جوششی همراهی می گردد. عبور هوای سرد از روی سطوح آب گرم به فعالیتهای همرفتی منتهی می شود. ایجاد تلاطم هواپیما از انرژی همرفتی تابعی از این حقیقت است که معمولا ناپایداری هیدروستاتیکی ، مولد جریانات صعودی منفرد و قوی می باشد. فرضیه تشکیل ابر کوهها بصورت حباب چنین حرکتی را در مرحله اولیه توصیف می کند. جریانات بالا رونده در میان ابرهای کومه ای و در زیر آنها ایجاد می گردد، ولی حرکات جبرانی پایین سوی در ابتدا بخوبی سازماندهی نشده و یا به راحتی قابل تشخیص نیستند.اگر فعالیت به مرحله CB برسد، سلولهای فعال همراه با جریانات شدید صعودی و نزولی بخش اعظم ابر را اشغال می نماید. چینشهای شدید و اندرکنشها موجب تجزیه جریان به حرکات با مقیاسهای کوچکتر می شوند. این شرایط خاص مرزهای جریانات بوده که در آنجا تلاطم جوی منبع مهم تکانهای هواپیما می باشد. در نتیجه شدیدترین تلاطم در فعالیت همرفتی غالبا در مکان و همچنین در زمان متمرکز می شود. شدید بودن تلاطم در فعالیتهای همرفتی ، خطر عمده ای برای هوانوردی است.

تلاطم و هواپیمای فوق صوت TURBULENCE AND SUPRSONIC AIRCRAFT شدت و فراوانی تلاطم در سرعتها و ارتفاعاتی که هواپیماهای فوق صوت عمل می کنند نیز مسائل و مشکلاتی ایجاد می نماید. قبلا اشاره شد که هواپیما نسبت به بعضی از فرکانسهای طیف تلاطم دارای حساسیت می باشد. بنابراین شدت تلاطم برای یک هواپیما با توجه به ساختار ، وزن و سرعت آن می تواند متفاوت از مورد مواجه شده توسط هواپیمای دیگر باشد. آشفتگیها با طول موج کوتاه می تواند نیروی بالابر هواپیما را کم کند، بدون آنکه اثر نابهنجاری روی حرکان بدنه آن داشته باشد. آشفتگی با طول موج بلند حرکت بدنه بطور یکنواخت می شود از این رو فشارهای غیر قابل تحمل ساختاری ایجاد نمی کند. دو حالت طیفی از طول موجها قرار دارند که موجب پیچش و پرتاب هواپیما شده و احتمال صدمات بدنه ای را افزایش می دهند. آمار معتبری از عملیات در ارتفاعات مافوق صوت در سطح جهان در دسترس نیست. در عین حال شواهد موجود نشان می دهند که اثرات تلاطم با ارتفاع در بالای تروپوپاز کاهش می یابد بدون اینکه قابل صرفنظر کردن باشند. همچنین مشخص شده که CAT در سطوح پایین استراتوسفر برای پروازهای مافوق صوت وجود دارد گاهی نفوذ اتفاقی ولی همه ابر CB به درون تروپوپاز در ارتفاع 18 کیلومتری و بالاتر نیز رخ می دهد. تلاطم ناشی از ابرهای کومه ای قابل اجتناب هستند، ولی برای CAT که بسادگی طریق رادار و نقشه های سینوپتیکی قابل آشکارسازی نبوده این عمل مشکل می باشد. همچنین باید توجه نمود که تلاطم حاصل از ابر CB می تواند چندین کیلومتر در بالا و اطراف ابر گسترش یابد. در نتیجه لازم است که در طرح پرواز SST بدان توجه نمود. تلاطم در هوای صاف و در ابر بر روی پروازهای SST با سرعتهای زیر صوت در تروپوسفر یا در کانالهای شتاب گرفتن در مرحله انتقال به سرعت فوق صوت ، موثر می باشد. پرواز روی رشته کوهها نیز مشکل ساز است، زیرا CAT در این مناطق بیش از سایر جاها رخ می دهد. اثرات این امواج کوهستان حتی تا سطوح پرواز عملیات فوق صوت در لایه های پایین استراتوسفر گسترش می یابد. در سطوح فوق صوت ، بویژه در مناطق همگرایی بین شاخه های مجزای جریانات ، یک ارتباط بین CAT و جت استریم قطبی شبانگاهی تعیین شده است.کلا می توان گفت که شرایط ایجاد کننده CAT عبارت از امواج کوهستان ، چینش قائم قوی باد ، کوچک بودن عدد ریچارسون ، جت استریم قوی ، می باشد. از این رو پیش بینی مشکل می شود، ولی سعی شده تا ادواتی تولید شوند که حین پرواز بتوانند پارامترهای شاخص تقرب به منطقه CAT را اندازه گیری کنند. تیم کار نیز از ارزش بالایی برخوردار نیست، زیر پرواز خیلی سریع ، زمان اجرای تاکتیکهای گریز را محدود می سازد. گاهی باید به پیش بینی ها برای پرواز فوق کاملا اعتماد نمود. از نظر پروازهای کوتاه مدت SST اگر دیدبانیهای دارای پوس کافی باشند، اعتماد کاملا موثر می باشد. نصب شتاب سنج روی هواپیما و گزارش خودکار اطلاعات به سایر پروازهای SST و به ایستگاههای زمینی می تواند به پروازهای بعدی کمک نماید. از نقطه نظر پیش بینی ، اطلاعات مشروح بیشتر در مورد پایداری و چینش باد مفید واقع می شود. روش موجود در پردازش داده های جو بالا ، توانایی آشکارسازی لایه های نازک با لاپستریت عمیق و همچنین مشخص کردن چینش عمودی و قوی باد افقی را ندارد. این ناحیه ها مستعد تلاطم هواپیما می باشند. تلاطم یکی از خطراتی است که در پرواز بروز می نماید. (16)

پایداری و تعادل در پرواز:
هواپیمایی دارد در مسیر خودش پرواز می کند که ناگهان تند بادی می وزد و چند درجه آن را از مسیر خود دور می کند ؛ اما طولی نمی کشد که هواپیما مسیر خود را می یابد و در همان مسیر راه خود را ادامه می دهد .
وقتی هواپیما از حالت تعادل خود منحرف می شود ، می تواند دوباره به حالت تعادل بازگردد ؛ این توانایی ، پایداری نام دارد . این انحراف را ممکن است خلبان ، با حرکت دادن سطوح کنترل به وجود آورد یا اینکه اختلالات جوی ( مثلا همان تند باد ) سبب آن باشد هواپیما باید آن قدر پایدار باشد که خلبان به طور خسته کننده ای مجبور به کنترل مداوم هواپیما نباشد .
برای اینکه هواپیما بتواند ماموریت خود را به درستی انجام دهد ؛ دو شرط لازم است :
.1 توانایی انجام یک پرواز پایدار
.2 توانایی انجام مانورهای مختلف و پرواز در ارتفاع ها و سرعت های متفاوت
سیستم های کنترل این دو شرط را تامین می کنند و به هواپیما امکان انجام پروازی پایدار و با مانورهای مختلف می دهند . این سیستم ها شامل کنترا گرهای آیرودینامیکی و نیروی پیشران است . طراحی و عملکرد سیستم های کنترل مبحثی مشترک میان کنترل و پایداری هواپیماست . پایداری از دو دیدگاه تقسیم بندی می شود :
.1 از دید نوع پایداری : پایداری استاتیک و پایداری دینامیک
.2 از دید جهت پایداری : پایداری عرضی ، پایداری طولی و پایداری سمتی.(17)
پایداری استاتیک :
پایداری استاتیک به طور کلی یعنی : " مقابله با یک انحراف " یعنی وقتی نیروهایی به هواپیما وارد می شود و آن را منحرف می کند ؛ این پایداری نیروهایی خلاف آن ها ایجاد می کند تا اثر آنها را خنثی کند و تعادل هواپیما را حفظ کند . اگر دقیق تر بخواهیم بگوییم ؛ پایداری استاتیک غبارت است از : " ایجاد نیروها و گشتاورهایی ضد انحرافات برای حفظ تعادل اولیه . "
اگر بعد از انحراف ، نیروها و گشتاورها در جهت رسیدن به تعادل باشند ؛ پایداری استاتیک ، مثبت و پایدار است ؛ ولی اکر بعد از انحراف ، نیروها و گشتاورها در جهت رسیدن به تعادل نباشند ، پایداری استاتیک منفی و ناپایدار است.
به عنوان مثال اگر نوک هواپیما به هر دلیلی ذره ای نسبت به مسیر پرواز بالا برود و به دنبال آن روی هواپیما یک گشتاور بازدارنده ایجاد شود که به بالا رفتن دماغه مخالفت کند ، آن گاه گفته می شود هواپیما در مقابل چنین اغتشاشی از نظر استاتیکی پایدار است.
در شکل ها سه حالت پایداری استاتیک دیده می شود : پایدار ، ناپایدار و خنثی .(18)

انواع سیستم های کنترل موشک ها:
-1 نوع کنترل از روی بال ( Wing control )
این نوع پیکربندی از سطحی نسبتنا بزرگ است که در فاصله کمی از مرکز ثقل موشک قرار می گیرد.
در این نوع پیکر بندی نیاز به یک مجموعه متعادل کننده در قسمت انتهایی بدنه موشک داریم.این نوع سیستم کنترل معمولا در موشکهای AAM بکار گرفته می شود زیرا خصوصیات پاسخ سریع از لحاظ کنترل دارد .
نیروی براLift در اثر تغییر زاویه سطوح کنترل فورا تغییر می نماید و باعث مانور موشک میشود.برآی اضافی در اثر تغییر زاویه حمله بوجود می اید.کنترل گشتاور Pitching و یا Turning در اثرتغییر مکان سطوح کنترل عموما خیلی کم است . بنابراین حرکت مکانی نیروی برآ در محدوده بسته ای از مرکز ثقل انجام می گیرد به همین علت یک نیروی رو به پایین در قسمت دم در اثر دانوش بال بوجود می آید که از لحاظ گشتاور برای ایجاد برآی اضافی مطلوب است .
محل نصب بال در طراحی موشک نوع بال کنترل بسیار بحرانی است . بویژه در حالتی که محدوده تغییر مکان مرکز ثقل در حالت پرتاب در آخرین لحظات و روشن بودن موتور زیاد باشد این حالت رخ می دهد از این رو سطوح بال را عموما در محدوده بسیار نزدیکی از مرکز ثقل حالت پرتاب قرار می دهند و این به علت ایجاد تعادل استاتیکی مطلوب با داشتن ابعاد کوچک مجموعه دم است . تاثیر حرکت مرکز ثقل به طرف جلو کاهش تاثیر سطوح کنترلی و در نتیجه مانور پذیری بر حسب کج شدن بال است

موشک هارم با کنترل بال

2 – سیستم کنترلی کانارد ( Canard Control )
پیکر بندی کانارد شامل سطوح کنترلی کوچکی هستند که درست در قسمت جلوی بدنه موشک قرار می گیرند و سطوح دیگر نظیر بال یا دم به ترتیب در قسمت میانی و انتهایی بدنه نصب می شوند
بدلیل کوچکی اندازه سطوح کانارد در مقایسه با پیکربندی معمولی دانوش قابل توجهی ایجاد نمی کند بنابراین در مشخصات تعادل طولی اثرات مخالفی ایجاد می نماید .
بدین ترتیب حاشیه پایداری استاتیکی بزرگی با تغییر مکان بال به راحتی حاصل می آید . کل نیروی برآ در این نوع پیکربندی در اثر زاویه حمله بوجود می آید زیرا برآیی که کانارد تولید می نماید باعث ایجاد یک نیروی بطرف پایین در بال میگردد .
موضوع بسیار جالبی که در پیکر بندی کانارد مطرح است سادگی ذاتی آن است . بعلاوه تغییر در مکان مرکز ثقل در اثر تغییر طراحی ممکن است که به سادگی قابل تطبیق با مکان جدید بال باشد همچنین به دلیل کوچکی ابعاد سطوح تولید برآ پسای کلی و وزن موشک نیز کم است .
بعضی از معایب اصلی پیکر بندی کانارد عبارت اند از :
ایجاد تعادل در رول مشکل است چون سطوح کانارد ابعادشان کوچک است و اثر دانوش کمی بر بال دارند در نتیجه روش پیچیده ای برای کنترل رول مورد نیاز است .

موشک سایدواندر با کنترل کانارد

-3 دم کنترل ( Tail Control )
در این سیستم واضح است که تغییر وضعیت سطوح دم باعث کنترل پذیری موشک می شود و تغییر مکان دم در این وضعیت بر خلاف جهت زاویه حمله می باشد .
در اثر رفتار ای این وضعیت پاسخ آرامی در سیستم بالا بوجود می آید بنابراین نیروی برآی اولیه در جهت مخالف مورد قبلی است . این یک مزیت از لحاظ بار وارده بر قسمت دم و هچنین گشتاور لولایی مقدارش کاهش می پذیرد و زاویه حمله کلی نیز تنزل پیدا می کند .
در این حالت خمش وارده بر بدنه به حداقل مقدار خود کاهش می یادبد از این رو بسیاری از بار های برایند متمرکز بر بال اصلی و در نزدیکی مرکز ثقل وارد می شوند . بعلاوه تاثیرات تداخلی بال و دم نیز کم می شود و این بدین علت است که سطوح اصلی تولید نیروی برآ ثابت و هیچگونه دانوش در اثر تغییر وضعیت زاویه دانوش بال تولید نمی شود. بنابراین خصوصیات آیرودینامیکی این سیستم کنترل بسیار خطی تر از بال کنترل می باشد . معایب اصلی این نوع سیستم کنترل عبارت اند از :
اگر از موتور راکت با سوخت جامد استفاده کنیم فضای محدودی برای مکانیزم های کنترلی در قسمت دم داریم .
سطوح کنترل تامین تعادل عرضی کارایی لازم را ندارند .

موشک امرام با کنترل دم

4 -طرح بدون دم ( Tail Less )

در این نوع پیکر بندی سطوح کنترلی در لبه فرار بال قرار دارند . بزرگترین مزیت این نوع پیکر بندی کم شدن تعداد سطوح است که خود باعث کاهش پسا و همچنین هزینه ساخت می شود . یکی از بزرگترین معایب مشهور این نوع پیکر بندی این است که محل نصب بال بسیار بحرانی می باشد . قرار گرفتن بال در قسمت خیلی عقب تعادل بیش از حدی را بدست می دهد بطوریکه نیازمند سطوح کنترلی با ابعاد بزرگ هستیم و یا نیاز به تغییر وضعیت بیش از حد سطوح کنترلی داریم تا ضریب بار مطلوبی بدست آید . از طرف دیگر قرار گرفتن بال در قسمت خیلی جلو نزدیک مرکز ثقل باعث کاهش بازده کنترلی و میرایی آیرودینامیکی می شود و این وضعیت در بسیاری از موشک ها وضعیت مطلوبی محسوب می شوذ.
-5 بدنه های کشیده ( Body Extension )
روش دیگری که از آن برای کنترل استفاده می شود بکارگیری فشار پایه یا اولیه که تفاضل فشار بین پایه و جریان آزاد است . منطقه تفاضل فشار که به صورت یک نیروی برآ ظاهر شده است . بزرگترین مزیت های این طرح عبارت اند از :
به دلیل اینکه گشتاور لولایی وجود ندارد نیازمند توان سرویی کمی است .
طراحی جمع و جور و ساده ای دارد .
معایب این پیکر بندی عبارت اند از :
قابلیت مانور کم .
غیر قابل استفاده در سرعت های مادون صوت جایی که عملا فشار اولیه وجود ندارد .
در بین مرحله موتور روشن و موتور خاموش در اثر تاثیر جت کنترل بر عکس عمل می نماید که به آن ( Reversal Control ) می گویند .
اگر تعادل مثبت استاتیکی مورد نیاز باشد پیکر بندی دو کی دم برای این نوع کنترل مناسب است . بانابراین فضای اضافه ای برای نصب مکانیزم های کنترلی در قسمت های انتهایی دم در اختیار قرار میگیرد

-6 کنترل توسط فلپ در قسمت جلو ( Nose Flap )

این نوع سیستم کنترلی در واقع ترکیبی از قسمت جلویی دماغه و یک فلپ است که در یک چهارم مقطع عرضی بدنه عمل می کند . زمانیکه فلپ جمع می شود قسمتی از بدنه می شود .
این نوع سیستم کنترلی هنگامی که نسبت منظری فوق العاده کمی در دم داشته باشیم در موشک های پرتاب شونده از هوا مناسب می باشد . زیرا طراحی جمع و جوری دارند و در هنگام پرتاب فلپ برای ایجاد تعادل بسته است .
به هر حال این نوع سیستم کنترلی دارای قابلیت مانور پایینی است و کاربرد محدودی دارد.
-7 استفاده از تیغه آیرودینامیکی ( Dorsal )
در جایی که طول کلی موشک شدیدا دارای محدودیت باشد از تیغه آیرودینامیکی استفاده می کنند. در طراحی موشک برای جبران کمبود سطح و یا کم بودن نسبت منظری که باعث تلفات آیرودینامیکی می شود از یک قسمت ثابت آیرودینامیکی به نام Dorsal استفاده می گردد .
-8 کنترل توسط جریان جت ( Jet Control )
این نوع سیستم کنترلی به چهار کلاس طبقه بندی می شود :
1-جت عکس العملی ساده یا راکت
2-موتور های مفصلی یا نارلهای راکت
3-تیغه های جت
Jetavator-4 ها
نوع اولی از مجموعه بالا مزیت ویژه ای در موشک های کوچک با مدت پرواز کم دارد و همچنین در بدنه های برگشتی برای ایجاد تعادل و به حداقل رساندن سرعت چرخش در پرواز آزاد بکار می رود. جت بر روی سطح آیرودینامیکی سوار می شود و از آن برای افزایش بهره عملکرد سطوح استفاده می کنند . موتور های مفصلی با سوخت مایع بطور رضایت بخشی در طی سالیان متمادی مورد استفاده قرار گرفته اند .
موتور های راکت با سوخت جامد معمولا بصورت مفصلی نیستند ودر آنها از کنترل جتی استفاده می کنند . برای این نوع موتور ها در قسمت اگزوز از شیپوره گردان استفاده می کنند و بخوبی تدابیر کنترلی موتور های با سوخت جامد عمل می کند . مسئله جمع کردن تیغه ها نیز در حالتی که در جهت گازهای داغ خروجی نیستند باید مورد ملاحظه قرار گرفته شود . شوک های حرارتی به همان اندازه می توانند مضر باشند . همچنین به دلیل اضافه شدن وزن مکانیزم و پیچیدگی آن قابل اعتماد نمی باشد از نظر عملکرد و قیمت تمام شده نیز مطلوب نمی باشد .
اگر از سوختهای مایع یا جامد با انرژی بالا استفاده نماییم مسائل حرارتی تیغه های جتی بحرانی خواهند شد و Jetavator ها تدابیر جدیدی هستند که در سیستم های کنترلی از آنها استفاده می شود و به دلیل داشتن گشتاور لولایی کم بر سیستم نیروی کمنتری اعمال می شود.
تحت شرایط بهینه طراحی با صرفه است که تمام متعادل کننده های آیرودینامیکی و سطوح کنترلی را کنار بگذاریم و از Jetavator ها استفاده کنیم باید به این نکته توجه نمود که قبل از انتخاب یک نوع از این Jetavator ها آنالیز جزئیات آنرا انجام دهیم .
-9 سیستم کنترل تک باله ( Monowing )
آرایش تک باله عموما در موشک های نوع کروز استفاده می شود . این نوع موشک ها از این لحاظ همانند هواپیماهای مسافربری هستند . در پیکر بندی نوع تک باله علیرغم اینکه بالی با سطح و طول بیشتری است پسای ایجاد شده کمتر از طرح نوع صلیبی می باشد .
اگر چه در این نوع موشک ها برای مانور دادن مجبور به دوران موشک حول محور طولی هستیم ولیکن پاسخ زمانی سریعتری را به مت می دهد و از لحاظ سیستم هدایت دقت خوبی را ایجاد می کند.
10 -سیستم کنترل نوع سه باله ( Triform )
در این نوع سیستم آرایش بالها با زاویه 120 درجه انجام می پذیرد و به دلیل اینکه مزیت قابل توجهی نسبت به سایر سیستم ها ندارد به ندرت از آن استفاده می کنند . نتیجه آنالیز های مقدماتی نشان می دهد که سطح کلی بال این نوع ارایش برابر سطح بال در پیکر بندی صلیبی است و تغییر قابل توجهی از لحاظ پسایی ندارد بعلاوه کاهش وزن در این طرح خیلی کم است و حتی ممکن است که کاهش وزنی تحقیق نپذیرد . از طرفی چونکه بارهای وارده بر هر بال نسبت به پیکر بندی صلیبی بیشتر هستند از این رو نیاز به اتصالات بزرگتر و سنگین تری دارد به همین جهت از لحاظ وزنی مزیتی ندارد. پانل های سه تایی تا اندازه ای دارای طول بیشتر هستند و در نتیجه برآیند نیروها را اندکی تغییر مکان می دهد بدین ترتیب وزن در واحد سطح زیاد می گردد و سودی که در اثر نداشتن پک پانل اضافه تر نسبت به طرح صلیبی عاید می شد بدین ترتیب از بین می رود . آرایش نوع سه تایی زمانی بر آرایش صلیبی ترجیح داده می شود که با یک طرح تک باله ربط داده شود تا تعادل سمتی مطلوب ایجاد گردد
-11 آرایش صلیبی ( Cruciform )
این آرایش در طراحی موشک ها بیشتر از سایر انواع پیکربندی ها مورد استفاده قرار می گیرد . مزایای آرایش صلیبی عبارت اند از :
پاسخ سریع در تولید برآ در هر جهت خصوصیات یکسان در Yaw و Pitch
سیستم کنترل ساده تر یک دیدگاه مهم در طراحی نوع صلیبی جهت یابی سطوح کنترل نسبت به صفحات بال است . با استفاده از تجربیات و اطلاعات تجربی بدست آمده از چهل یا پنجاه مقاله در این رابطه این نتیجه می دهد که یک سطح دم هم راستا با بال بهترین مشخصه های آیرودینامیکی را بدست می دهد که در اکثر موشک ها می توان این طرح را بکار گرفت . نتایج زیر با استفاده از این نوع پیکربندی بدست می آیند :
وضعیت های پایدار در زاویه حمله تعادل بالا و انحراف زیاد سطوح کنترل ظاهر می شود که نتیجه اش نامتعادلی وضعیت های واگرای این سطوح کنترل می باشد .
اگر چه در آرایش دم هم راستا با بال در زوایای حمله کم تعادل ضعیفی را به همراه دارد در عوض این پیکر بندی ساده تر است .
خلاصه ای از مشخصات طراحی آیرودینامیکی انواع سیستم های کنترل
کنترل با بال ( Wing Control )
مزیت : کنترل سریع – تعادل کم زوایه حمله – بسته بندی نسبتا خوب – سودمندی ناشی از انحراف کانارد برای کنترل
معایب : گشتاور لولایی زیاد – نیاز به قدرت سرویی بالا – آیرودینامیک غیر خطی – گشتاور القایی زیاد کنترل با کانارد ( Canard )
مزیت : بسته بندی خوب – گشتاور لولایی کم – آیرودینامیک خطی خوب – تغییر مکان بحرانی نیست – تغییرات آسان طراحی – پسای کم
معایب : کنترل عرضی آسانی ندارد – گشتاور جهشی زیاد در بدنه – تعادل نسبتا زیاد زاویه حمله – نرخ کنترل بالایی را می طلبد.
کنترل با دم ( Tail Control )
مزیت : بارهای کم دم – گشتاور لولایی کم در دم – گشتاور جهشی کم در بدنه – آیرودینامیک خطی نسبتا خوب
معایب : پاسخ آهسته – عکس نیروی اولیه در جهت خلاف – بسته بندی مشکل – تعادل بالای زاویه حمله
پایداری دینامیک :
در پایداری دینامیک ، تغییرات یک پارامتر حول نقطه تعادل در طول زمان مد نظر است و آن را می توان این گونه تعریف کرد : " تمایل به رسیدن به حالت تعادل اولیه ، پس از انحراف . این تمایل معمولا با کاهس دامنه نوسان همراه است ."(20)
کنترل هواپیما:
خب راجع به دو نیروی مهم در هواپیما صحبت کردیم: گرانش و نیروی بالابر. اما دو نیروی دیگر هم در پرواز موثرند . در واقع بعد از بلند شدن از زمین، هواپیما باید بتواند به سمتی حرکت کند و اینجا نوبت موتور یا ملخ هواپیماست که "نیروی برا" یا پیش برنده را تولید نماید. البته نقش موتور تنها همین نیست و گرنه هواپیمایی که ناگهان در آسمان خاموش می شود سقوط نمی کرد! فکر می کنید چه رابطه ای بین وجود موتور و ماندن در هوا یا نیروی بالابر وجود دارد؟

درست است! وزیدن نسیم ملایم بهاری هواپیما را بلند نمی کند، بلکه وجود جریان شدید هواست که موجب پدید آمدن نیروی بالابر می شود. در واقع موتور با گردش قدرتمندش "باد نسبی" تولید می کند. پس حالا می دانید چرا تا قبل از اینکه هواپیماها موتوردار بشوند، فقط گلایدرها یا بادبادک های بزرگ پرواز می کردند!
اما همه چیز به همین سادگی هم نیست. شما هم حتما اصطکاک را فراموش نکرده اید. در واقع مقاومت هوا در برابر به جلو کشیده شدن هواپیما، نیرویی رو به عقب به آن وارد می کند که به آن "نیروی پسا" می گوییم. هر چقدر هواپیما سریعتر به جلو برود، هوا مقاومت بیشتری نشان خواهد داد و آن را بیشتر به عقب خواهد کشید. شکل هواپیما هم بسیار موثر است. هر چه بدنه صافتر یا به اصطلاح "آیرودینامیک تر" باشد، اصطکاک کمتری به وجود خواهد آمد.

حالا همه نیروهای موثر بر هواپیما را می شناسید. خواب است بدانید که با استفاده از آنها چطور خلبان هواپیما را کنترل می کند.

باید بدانید خلبان سه ابزار اصلی کنترل پرواز دارد:

شهپرها باعث گردش هواپیما هستند و درست مثل فرمان ماشین عمل می کنند. با چرخش فرمان در جهت عقربه های ساعت شهپر راست بالا می رود و شهپر چپ به سمت پایین حرکت می کند و نتیجه این ماجرا چرخیدن هواپیما به سمت راست است.
سکان وظیفه تغییر یا انحراف مسیر را به عهده دارد. خلبان با استفاده از پدالهای راست و چپ سکان را به سمت راست و چپ منحرف می کند که نتیجه اش چرخش هواپیماست. برای دور زدن استفاده از شهپر و سکان ضروری است.
بالابرها که روی دم هواپیما قرار دارند برای کنترل اوج گیری و ارتفاع به کار می روند. خلبان با جلو یا عقب کشیدن فرمان کنترل، بالابرها را بالا یا پایین می برد و با این کار دماغه هواپیما را به بالا بلند می کند یا به پایین می کشد.
ترمزها هم بالای پدالهای سکان هستند و فقط روی زمین کاربرد دارند.(21)
تایگا دیزاین:
این واژه از تجربیات آیرودینامیک که جهت کم کردن مقاومت بدنه هواپیما در مقابل هوا در دهه سی و چهل صورت میگرفت، آمده است. بعدها از این واژه برای سایر تولیدات از جمله اتومبیل و … استفاده شد. وسایلی که تحت این نام خوانده میشوند دارای فرمهای نرم و فارغ از قطعات دست و پا گیر و مزاحم میباشند. این استیل که جزو سبک فونکسیونالیسم در دیزاین بشمار میرود، در دهه پنجاه بصورت فرم بیرونی وسایل بیشتر بچشم میخورد.(22)

سیستم های کنترل پرواز:
ساده ترین سیستم کنترل پرواز را برادران رایت در هواپیمای خود به کار برده بودند. سیستم کنترل آنها تشکیل شده بود از مقداری کابل و قرقره که اهرم کنترل را به سطوح فرمان متصل میکرد. به تدریج و با مشخص شدن نقاط ضعف این کابلها و قرقره ها (انعطاف پذیری در کل سیستم) استفاده از میله و اهرم در سیستم کنترل متداول شد. به این ترتیب نیروی کنترل خلبان مستقیماً در رابطه با نیروی آیرودینامیکی بـَرای سطوح کنترل بود ولی مقدار نیرو را میشد توسط فنر و وزنه(Bob weight)در این سیستم متعادل کرد.
مساله فشردگی هوا که در دهه 1940 خودنمائی کرد، باعث تغییر شدید در تنظیم پرواز مستقیم هواپیما میشد. این مسئله، با وجود سیستم کنترل دستی سکان افقی(Elevator Trim)که تنظیم آن حساسیت زیادی به سرعت داشت، ابعاد وسیعتری گرفت به گونه ای که کنترل دقیق پرواز بسیار مشکل میشد. از سوی دیگر با نزدیک شدن به سرعتهای میان صوت، این مساله می توانست مسئله لرزش و اهتزار را بسیار پیچیده تر و مهمتر نماید. در پایان جنگ دوّم جهانی، اطلاعات مدرن بسیار کمی در مورد سطوح کنترل و گشتاور حول محور لولاها، در سرعتهای میان صوت(Transonic)وجود داشت. بعلاوه، با افزایش سرعت و وزن هواپیماها، نیروی لازم جهت به حرکت درآوردن سطوح کنترل به تدریج از توان خلبان انسانی خارج میشد.
در این بخش سیستمهای سوخت(Fuel system)، نیرو(Power system)و ارابه فرود(Landing gear)مورد بررسی قرار میگیرند. تا دهه1930، سیستم سوخت رسانی هواپیما بسیار ساده بود. این سیستم در کل، متشکل بود از یک باک سوخت که در بال فوقانی(Gravity tank)و بالاتر از موتور قرار میگرفت و سوخت تحت اثر جاذبه به موتور میرسید. گاهی هم این باک در سر راه باک اصلی (داخل بدنه) قرار داده میشد و سوخت توسط یک پمپ بادگرد(Windmill-driven fuel pump)، به باک فوقانی میرسید. محل معمول قرارگیری این پمپ، روی تیرک عمودی بین بال و بدنه بود.
با رواج جنگنده یک باله (معمولاً بال زیر) راه متداول سوخت رسانی از طریق پمپهای متصل به موتور(Engine driven fuel pump)بود. با این روش اگرچه کارایی پمپ به خودی خود بالا بود. ولی مشکل، فاصله این پمپ ها از باک سوخت و گرم شدن پمپ در اثر کارکرد موتور (تبخیر سوخت در آن) بود که البته فشارکم هوا در ارتفاعات نیز در این مسئله بی تاثیر نبود.
در اواسط جنگ دوّم جهانی، به منظور دستیابی به موتور قویتر با نسبت تراکم بیشتر، به سیستم سوخت رسان کارآمدتر نیاز بود و به این ترتیب پمپ الکتریکی شناور(Immersed Electric pump)در باک به وجود آمد. استفاده از این پمپ در امتداد پمپ متصل به موتور، باعث افزایش فشار سوخت به حد موردنظر شد. در اوایل، توجه چندانی به سیستم الکتریکی در هواپیما نمی شد و باور عمومی کارشناسان بر آن بود که اگر یک سیستم بهوسیله کابل و اهرم و سوخت کار نکند، چندان بکار نمیآید و بدین ترتیب، یک باطری 12 ولتی برای برآورد نیازهای یک هواپیما کاملاً کفایت میکرد.
در راستای استفاده روز افزون از سیستمهای مخابراتی در جنگنده، نیاز به سیستم الکتریکی فزونی گرفت و در آغاز جنگ دوّم جهانی، همه جنگنده ها به سیستم مولد الکتریکی مجهز شده بودند. این سیستمهای بسیار ساده، الکتریسیته لازم را تولید میکردند. به دلیل عدم امکان ذخیره سازی توان الکتریکی لازم در باطری، به ناچار از ژنراتورهای مولد برق در حین پرواز استفاده میشد. در دهه1930 و به سفارش شرکتهای مسافربری هوایی که نیاز به انرژی الکتریکی نسبتاً بیشتری در حین پرواز داشتند، ژنراتورهای سبک و مطمئن تولید شدند. در این حالت دیگر نیازی به استارت دستی موتور نبود. در دوران جنگ هم نیاز به نیروی الکتریکی به تدریج افزایش یافت. این نیازها شامل: نور، گرما ، مخابرات ، ابزارها و آلات دقیق پروازی، فلپها، سیستم تسلیحات، رادار و حتی در مواردی ارابه فرود میشد. در پایان جنگ، مولدهای28 ولت DC ، مورد استفاده وسیع قرار گرفتند.
تاریخچه پیشرفت طراحی جنگنده ها:
با نگاهی به گسترش و توسعه هواپیماهای مختلف جنگنده از جنگ جهانی تا کنون به این نکته پی می بریم که بیشترین تغییرات، پیشرفت و اختلاف سلیقه در مورد پیکر بندی هواپیماهای جنگنده در میان غرب، شرق و اروپا، محل قرار گیری و شکل ظاهری مدخل ورودی هوای موتور جنگنده می باشد که هر یک از ابتدا تا کنون دست به نوآوری های گوناگون زده و پیکر بندی های مختلف که هر یک دارای محسنات و معایبی می باشند را به بازار عرضه نموده اند .
در این میان اختلاف میان پیکربندی های مورد نظر اروپائی ها در زمینه بال دلتا و استفاده از کانارد با پیکر بندی های روسی و آمریکائی نیز به صورت واضح علاوه بر پیکر بندی های مختلف ورودی هوای موتور، قابل مشاهده است. در صورتی که سیر تکاملی چگونگی و محل قرار گیری موتور و همچنین ورودی هوای انواع جنگنده ها را بررسی کنیم، می بینیم که در ابتدا جنگنده ها، همانند هواپیماهای ترابری و مسافر بری از موتور های زیر بال برای نیروی جلو برنده خود استفاده می کردندکه این عامل از چابکی یک جنگنده می کاست، ضمن این که قابلیت نصب یک موتور بر روی هواپیما وجود نداشت، پس از این نوع پیکر بندی، موتور هواپیماها در داخل بدنه قرار گرفت که این موضوع تا کنون نیز ادامه دارد، ولی بحثی که هنوز هم اختلاف سلیقه هائی بر روی آن وجود دارد، چگونگی رساندن هوای مورد نیاز تنفس موتور بود. در اولین هواپیماهائی که از موتور های داخل بدنه استفاده کردند، مدخل ورودی هوای موتور در دماغه هواپیما قرار می گرفت و موتور هواپیما در داخل شکم هواپیما بود. این طرح دارای یک مشکل اساسی بود و آن اینکه فضای بسیاری از Fuselage هواپیمارا که باید جهت سیستم های هواپیما و محل استقرار خلبان هواپیما قرار می گرفت اشغال می کرد. برای حل این مشکل،Intake را در محل خود حفظ نموده و موتور را به انتهای Fuselage انتقال دادند. این طرح تا حدودی مشکلات طرح قبلی را حل می نمود ولی هنوز هم فضا برای استقرار خلبان و تجهیزات کم بود. برای حل این مشکل، با حفظ موقعیت Intake و موتور در طرح قبلی، هوای ورودی به Intake را از اطراف سیستم های هواپیما عبور دادند تا فضای بیشتری برای سیستم ها و تجهیزات هواپیما بوجود آید. پس از آن سعی شد تا هوای ورودی به موتور از کناره های بدنه و از دوIntake جداگانه که هویتی مستقل از Fuselage نداشتند وارد شود که نمونه آن هواپیمای F-80 در سال 1944 می باشد . در سال 1955 و برای اولین بار در هواپیمای جنگنده F-8،Intake موتور هویت مستقل یافت و به صورت عضوی جداگانه در زیر بدنه هواپیما قرار گرفت. پس از آن و در سالهای 1958 و 1959 با ساخته شدن هواپیماهای F-4 و F-5،Intakeهواپیماها هویتی کاملا مستقل از بدنه پیدا کردند و به صورت دو عضو جداگانه به کناره بدنه هواپیما چسبیدند. در دهه 50 کمپانی های اروپائی داسو و ساب، هواپیماهایی با بال دلتا شکل طراحی و عرضه نمودند و در دهه 60 بلوک شرق هواپیماهای MIG-23 را که یک هواپیمای Variable sweep (قابلیت تغییر زاویه سوئیپ یا عقبگرد بال) بود عرضه نمود و پس از آن در دهه 70 هواپیماهای F-14 توسط آمریکائی ها و هواپیمای Tornado توسط اروپائی ها به صورت Variable sweep عرضه گردیدند. در اواسط دهه 60 میلادی روس ها هواپیمای MIG-25 را بر خلاف روند گذشته با دو دم عمودی عرضه نمودندکه این روش توسط آمریکائی ها در اوائل دهه 70 میلادی در هواپیماهای F-14 و F-15 پیگیری گردید. هواپیماهای F-14 و F-15 بر خلاف روند گذشته هواپیماهای F-4 و F-5، هواپیماهایی دارای بال بالا بودند که Intake های موتور در زیر بال بسته می شدند. دراواسط دهه70 میلادی، آمریکائی ها باعرضه هواپیمای F-16 روند ادامه دارSide Intake های زیر بال بالا را شکستند و هواپیماهای تک موتوره خود را بایک Intake در زیر شکم هواپیما طراحی نمودند که این مسئله خود سختی هائی را برای جایگزین ارابه فرود دماغه هواپیما در بر داشت. پس از F-16 آمریکائی، روسها یکی از شاهکارهای طراحی خود یعنی هواپیمای MIG-29 را عرضه نمودند که دارای دو Intake در زیر بدنه و به صورت کاملا مجزا از Fuselage هواپیما بود. گوئی Fuselageهواپیماها بر روی Intake های موتور سوار شده بود. این پیکر بندی طراحی در هواپیماهای SU-27 و SU-30 و SU-34 نیز حفظ گردید.دوران هواپیماهای F-16 و MIG29، دوران شروع استفاده از بدنه های Hybrid و Strake در هواپیماها برای بهره گیری بهتر آیرودینامیکی از بدنه هواپیماها بود. پس از هواپیمایF-18 E/F که کارائی Strake در آن به صورت کاملا واضح به منصه ظهور رسید، از دهه 90 میلادی به بعد، با طرح مسائلی مانند Stealth و Super cruise بودن هواپیماها، طرح هائی از جمله هواپیماهای F-22 و F-35 مطرح گردیدند که در این هواپیماها بدنه ( به صورت سه بعدی ) و بال و دم افقی ( به صورت دو بعدی ) به سمت لوزی شکل شدن پیش می روند. همچنین در این هواپیماها از ویژگیVectoring Thrust برای قابلیت انجام مانور های سخت استفاده می شود.هواپیماهای F-35 (JSF) که آخرین پدیده تکنولوژی در زمینه Fighter ها می باشد، یک هواپیمای کاملا Stealth است که Supersonic cruise نیز می باشد. ویژگی های خاص این هواپیما علاوه بر دو مورد گفته شده Multi-role بودن این جنگنده به معنای واقعی کلمه و همچنین عمود پرواز بودن (STOVL)در نسخه تفنگ دار دریائی و یا قابلیت ناو نشینی آن (CV) در نسخه نیروی دریائی آن می باشد. این هواپیما با وجود تک موتوره بودن به دلیل وجود فن بزرگ برای عمود نشینی، دارای قطر Fuselage زیادی است و همچنین از ویژگی های خاص آن استفاده از دو دم عمودی با وجود یک اگزوز خروجی موتور می باشد.این هواپیما با وجود یک موتور از دوSide Intake استفاده می کند که در زیر بال ( مانند هواپیماهای F-22 و F-18 و F-14 و F-15 ) و یا در زیر بدنه ( مانند هواپیماهای روسی ) نیستند بلکه به صورت خاصی در محل اتصال بال و بدنه محو گردیده اند و به این دلیل هیچگونه جدایش جریان در ورود به Intakeها به وجود نمی آید. در این هواپیماها نیز مانند هواپیمای F-22 به دلیل حرکت کردن به صورت Supersonic در رژیم کروز، Intake ها به صورت خاصی جلوتر از Intake های بقیه جنگنده ها قرار دارد تا از ورود هوا به صورت Supersonic به موتور جلوگیری شود.همچنین در هواپیماهای F-22 وF-35 به صو
رت خاصی فضای بسیار گسترده ای برای آزادی عمل خلبان در نظر گرفته شده است.(23)
هدف از طراحی هواپیمای جنگنده:
اکتشاف و تجسس هوایی برای فرماندهان آن زمان نه تنها یک قابلیّت غیر ضروری نبود، بلکه یک نیاز حیاتی به شمار می آمد. به همین دلیل یک سیستم کاملا منسجم ایجاد شد که کارش تعیین هدف ، استفاده از هواپیما برای عسکبرداری هوایی ، ظهور و تفسیر عکسها و فرستادن آنها به فرماندهی بود. در اوایل جنگ اوّل جهانی ، درگیری هوایی بسیار کم اتفاق می افتاد.در زمان وقوع درگیری نیز نتیجه آن به تاکتیکهای اعمال شده در آغاز درگیری بستگی داشت. چندی بعد که کارایی (Performance) هواپیماها افزایش یافت، خلبانان از تواناییهای هواپیمای خود به نحو احسن استفاده کردند. به این ترتیب که روی هواپیمای دو نفره اکتشافی مسلسل سوار کرده و خلبانان هواپیماهای یک نفره پیشاهنگ را به تفنگ مجهز کردند. همچنین تاکتیکهای درگیریهای هوایی نیز بصورت طبیعی فرا گرفته شد. اولین هواپیمایی که برای جنگ هوایی طراحی شده بود، هواپیمای یک باله فوکر E – III بود.

بدون شک اولین هواپیمای جنگنده طراحی شده در جهان فوکر E – III است که در سال 1915 با استفاده از تیربار شلیک کننده از میان دیسک ملخ و قابلیت مانور بالا زندگی را برای خلبانان متفقین بسیار مشکل کرده بود. عکس فوق آس نبردهای هوایی آلمان ستوان ایمل مان را با هواپیمای معروف او نشان می دهد. این هواپیما به مسلسلی مجهز بود که از میان دایر ملخ شلیک میکرد با اختراع موتور جت و استفاده از آن در جنگنده ها ، ارتفاع یک نقش اساسی در زمان گشتزنی (Cruise) و در نتیجه بُرد عملیاتی (Range capability) پیدا کرد. سقف پرواز (CruiseAltitude) به یکبار جهش10000تا15000 پایی نمود و به همین نسبت سرعت نیز به مقدار Km/h 187 (100 نات) افزایش یافت. افزایش سرعت و ارتفاع بیش از این مقدار، نیازمند کارایی بالاتر موتورهای جت بود.
وظیفه طراح ، لزوما ابداع یک طرح کاملا جدید نیست، بلکه ابتدا ، او باید مشخص کند که جنگنده کنونی تا چه حد و در چه زمینهای کفایت لازم را ندارد و ثانیا ایده های جدید و تکنولوژیهای در دسترس تا چه اندازه ای به بهبودی وضع کمک می کنند. با کاهش بودجه های دفاعی در سطح جهان و عدم اطمینان نسبت به تهدیدهای آینده ، یک طرح جدید باید توان تطبیق با تسلیحات جدید و امکانات آینده را داشته باشد.
در هر مرحله از طراحی یک هواپیما ، تاکید و تمرکز اساسی بر نقش عملیاتی جنگندهمی باشد. درک این مطلب بسیار مهم است که طراحی یک هواپیما به نسبت عمر و هزینهکلی آن ، با صرف مدت زمان کمتر حداکثر تاثیر را بر هزینه چرخه حیات جنگنده (Life Cycle cost) دارد. طراحی هواپیما کار ساده ای نیست. یک طراحی موفق ، مستلزم کار تیمی بین مهندسان، دانشمندان و ریاضیدانان است که پشتوانه وسیعی از تجربیات درزمینه های آیرودینامیک ، پیشرانه ها ، سازه ، کنترل پرواز ، مواد ، الکترونیک ، کارایی پرواز و عملیات ، عوامل انسانی ، وزن و توازن ، تولید و هزینه ها را داشته باشند.

کارایی بالای جنگنده های مدرن ، به دنبال خود مسائل عدیده دیگری را برای طراحان بوجود آورد. مثل خروج ایمن از هواپیما در سرعت بالا و ارتفاع پائین. این عکس یک آزمایش از صندلی پران ساخت شرکت مارتین بیکر را نشان می دهد.(24)
سازه هواپیماهای جنگی:
مشخصه اصلی انتخاب یک ماده در سازه هواپیما، نسبت بار قابل حمل به ابعاد آن میباشد. هواپیماهای اولیه نسبت به اندازه خود سرعت پائینی داشتند و بار روی سازه آنها نیز به نسبتا کم بود. متوسط بار روی بال(W/S) این هواپیماها در حدود Kg / m2 25 الی Kg / m220 بود. در این صورت منطق حکم میکرد که در سازه مربوطه، بار فشاری(Compression Load)را روی چند قطعه میلهای شکل وارد کرده و از سوی دیگر بار کششی(Tension)را در سیمها و پارچه روکش پخش نمایند.
این نوع سازه سبکترین و ارزانترین بود و انواع دیگر سنگینتر و گرانتر بودند. مقایسه ابعاد واندازه های جنگنده های اولیه با جنگنده های مدرن امروزی نشان میدهد که تفاوت چندانی بین این دو نسل متفاوت وجود ندارد، ولی وزن جنگنده های اولیه بسیار کمتر بود (وزن سازه هواپیمای تمام فلزی، ده برابر جنگنده چوبی ـ پارچهای قدیمی میباشد). با توجه به قدرت موتورهای آن زمان، سازه روکش پارچهای روی اسکلت چوبی که توسط سیم محکم شده بود، تنها سازه ای بود که می شد انتظار پرواز از آن داشت. جنگنده های دو باله آن زمان از موادی مثل: چوب، سیم فولادی و پارچه جهت روکش کاری ساخته میشدند که این مواد سبک، ارزان و سهل العمل بودند.
روش معمول و تجربی اندازه گیری بار قابل تحمل توسط سازه، به این صورت بوده که بار استاتیک توسط کیسه های شن و یا سرب روی سازه بال هواپیمایی که روی سکو وارونه شده بود، اعمال میشد. با شکست بال مشخص میشد که سازه تحمل چه مقدار بار را دارد. با افزایش سرعت در هواپیماهای جدیدتر، بار روی سازه نیز افزایش یافته و سازه مستحکمتری میبایست مدّنظر قرار میگرفت. طراحان سعی میکردند که اعضای باربر سازه را در نزدیکی سطوح آیرودینامیکی و مناطقی که تنش به نسبت بالا بود، قرار دهند. سطح فوقانی بال یک هواپیما، معمولاً در معرض بار فشاری و سطح تحتانی در معرض بال کششی است و در میان این محدوده یک محور خنثی(Neutral Axis) (تار خنثی) وجود دارد که بهترین محل جهت ایجاد دایره های سبک کننده(Lightening holes)میباشد. تغییر روش ساخت به صورت هواپیمای تمام فلزی برای اولین بار در آلمان و از سال1914 آغاز گشت. آلیاژ "دورآلومین"(Duralumin)به طور اتفاقی در سال 1908 تهیه شده بود و مشخصات سازه ای برتر آن، مثل تنش جاری شدن(Yeild Strenght)در 210 اسحاق نیوتن بر میلیمتر مربع، بر طراحان پوشیده نبود ولی روشهای استفاده عملی از آن در دسترس نبود.
با تغییر ماده اصلی به کاررفته در سازه هواپیما از چوب به فلز، روشهای ساخت و مونتاژ نیز باید تغییر میکرد. روش بسیار موفق تولید که از دهه1930رواج یافت بر مبنای ساخت قطعات مختلف(Split construction) (بال، بدنه، موتور و…) توسط شرکت سازنده و یا پیمانکاران دیگر ومونتاژ آنها در یک خط تولید اصلی بود که بسیار کارآمدانه بود. تغییر عمده دیگری که در این مدت صورت گرفت، جایگزینی پرچ خزانهای(Flush rivet)به جای پرچ سرگرد(Dimple rivet)بود. در50 سال گذشته، اندازه و وزن جنگنده ها افزایش بسیاری یافته است. با بزرگتر شدن جنگنده ها تصور می شد که موقعیتی برای بهبود کیفی طراحی سازه به وجود آید. در همین راستا، انتظار میرفت که با پیشرفت فن آوریهای دخیل در طراحی و ساخت، نسبت وزن سازه به حداکثر وزن در هنگام برخاستن نیز کاهش یابد، امـّا این انتظار برآورده نشد در جنگنده های جنگ جهانی دوم، نسبت وزن سازه به حداکثروزن در هنگام برخاستن (Maximum Take-off weight) ،1به3 بوده و جالب توجه است که امروز این نسبت به دلیل ، افزایش فاکتور بار محاسباتی در مرحله طراحی هنوز تغییری نکرده است. با وجود کاهش وزن سازه بال، وزن قسمتهای دیگر اویونیک ، سیستم ها و…) افزایش چشمگیری یافته اند، به علاوه، سازه ها به گونه ای طراحی میشوند که عمر خدمتی جنگنده به نسبت جنگنده های قدیمی بسیار بیشتر است.
در طول حیات یک هواپیما، تمام قسمتهای سازه آن تحت بارهای متناوب متغیر میباشند. که در این حالت، پدیدهای به نام خستگی سازه پیش میآید. خستگی سازه، در اصل مرگ تدریجی یک قطعه در طول میلیونها دفعه اعمال بار متناوب روی آن میباشد. امّا این خستگی دو تفاوت عمده با خستگی در انسان دارد. اولاً، با استراحت کردن برطرف نمیشود و ثانیاً عارضه خارجی نداشته تا وقتی که ترکها در سازه هویدا شوند که البته آن وقت دیگر خیلی دیر است. لازم به ذکر است که کارشناسان سالها بود به این مسئله واقف بودند که اگر بار روی یک قطعه به صورت متناوب اعمال شود، بار گسیختگی آن قطعه بسیار پائینتر از حالت اعمال بار در شرایط استاتیک میباشد. قبل از سال1940، به دلیل عمر کم جنگنده ها و در کل هواپیماها، توجه کمی به مسئله خستگی سازه در فاز طراحی میشد.
برداشت عمومی این بود که با طراحی سازه جهت بار استاتیکی بیشتر، مسئله خستگی سازه منتفی میشود. مهمترین اثر استفاده از یک ماده جدید در یک هواپیما، کاهش وزن میباشد. آسانترین روش جهت کاهش جرم سازه، کاهش چگالی آن میباشد. آلیاژ فولاد ضریب انعطاف کم و استحکام کششی بالایی دارد، امّا چگالی آن نیز بالا است (سه برابر آلیاژهای آلومینیوم). در سازه هواپیما عموماً از فولاد آبدیده استفاده میشود. در جنگنده ضربتیF-111 ، جعبه مشترک محورهای تغییر زاویه بال(Carry-through wing box)از این آلیاژ ساخته شده است. امّا به دلیل وزن زیاد فولاد، روند کنونی در جهت استفاده از فلز تیتانیوم است. به جرات میتوان ادعا کرد که مهمترین ماده وارد شده در سازه هواپیما، ماده ترکیبی از فیبر کربن (CFC) میباشد.CFC تشکیل شده است از الیاف کربن بسیار مستحکم که در بستری از مواد چسبنده اپاکسی(Matrix ofEpoxy resin)قرار گرفته است. این ماده برای اولین بار در سال1961 در موسسه سلطنتی تحقیقات هواپیمایی در شهر معروف فارن برو در انگلستان تولید شد. نه تنها نسبت استحکام به وزن این ماده بالاست، بلکه ضریب انعطاف آن نیز پائین است. به علاوه، استفاده از مواد ترکیبی، امکان طراحی سازه و مواد مصرفی سازه را در یک زمان برای گروه طراحان فراهم میآورد.
از طرفی با استفاده از ویژگی جهتدار بودن(Directional properties)استحکام و سختی سازه ساخته شده از این مواد ساخته شده، میتوان آن را به گونه ای طراحی کرد که تحت فشار دینامیکی، انعطاف و قوس مناسب رژیم سرعتی و مانور را تولید کند. از زمان اولین تولید مواد CFC حدوداً 10 سال طول کشید تا این مواد به طور جدی در سازه هواپیما به کار رفت. اولین کاربرد گسترده CFC در برنامه توسعه جنگنده عمود پرواز هاریر مدل AV8-B و توسط شرکت مک دانل داگلاس و بریتیش ایر واسپیس بود.
مشخصات ویژه:
مقدورات پروازی عالی و فقدان واکنشهای خطرناک در پیچ (Spin) و واماندگی (Stall) که ثمره تحقیقات تئوریک طولانی بوده و به دنبال آن تستهای بسیار گسترده در تونل باد بر روی آن انجام گرفته است. و دو موتور توربوفن "لارزاک-04" که نسبت به کشش به وزن را در حد بسیار خوبی بوجود می آورد و دارای مصرف ویژه کم به هنگام گشت زنی می باشد.
یک سیستم "برا" زیاد ، موثر که وجه مشخصه آن فلاپهای باریک و قوی شکافدار است و به هواپیما اجازه می دهد که به سرعت فرود تا صد نات (185 کیلومتر در ساعت) دست یابد. و ارابه فرود سه چرخ واقع در بدنه که مجهز به لاستیکهای فشار پایین می باشد در ماموریت پشتیبانی تاکتیکی ارابه فرود دماغه مجهز به یک سیستم گردشی بوده و از این گذشته یک قلاب گیرنده کابل استواری نیز در هواپیما موجود است.
سطوح کنترل توسط سر و کنترل های ، در بدنه یی در امتداد سه محور اصلی هواپیما به حرکت درمی آیند. بدین ترتیب خصوصیات کنترلی آلفا جت مشابهت نزدیکی با مدرنترین هواپیماهای جنگنده دارند. و دو صندلی پرتاب شونده با بلندیهای متفاوت بدین منظور که حتی در ترکیب اپروچ (با نزدیک شدن برای فرود) خلبان کابین درم دارای قابلیت دید استثنایی به جلو و اطراف باشد. نصب صندلی های متفاوت امکان پذیر است.
آماده سازی سریع و آسان برای پرواز ، با سوخت گیری ثقلی یا فشار و زمان درنگ میاندو پرواز آموزشی حدود ده دقیقه است. به علاوه ظرفیت مبدل اکسیژن مایع برای چهارپرواز آموزشی بدون پرکردن مجدد کافی می باشد. و پتانسیل رشد برای نصب تعدادیتجهیزات الکترونیکی اضافی برای ناوبری رادیویی یا ناوبری.(25)

پروژه طراحی و ساخت سلطان آسمان:
پروژه طراحی و ساخت یک هواپیمای جاسوسی فوق سریع السیربرای جاسوسی آمریکا در ماه فوریه سال 1963 آغاز شد . کار طراحی و ساخت این پروزه به یکی از متخصصین علوم هوافضای آن زمان یعنی کلارسی جانسونسپرده شد . هدف از این کار جایگزین کردن هواپیمای مذکور با هواپیمای جاسوسی U-2 آن زمان آمریکا بود.روسها قبلا توانسته بودند یک فروند هواپیمای جاسوسی U-2 را بر فراز مسکو شناسایی کرده و با شلیک دو موشک آن را ساقط کنند . آمریکایی ها بدنبال یک هواپیمای سریع تر و بلند پروازتر بودند.
آقای جانسون که اتفاقا U-2 را نیز طراحی کرده بود با طراحی این هواپیما درصدد جبران این افتضاح برآمد. این پروژه با موفقیت به اتمام رسید. حاصل کار آقای جانسون هواپیمایی بود که قادر بود فاصله نیویورک تا لس آنجلس را در 1 ساعت طی کند. سرعت این هواپیما چیزی در حدود 4158 کیلومتر بر ساعت است یعنی 3.5 برابر سرعت صوت.sr-71 قادر است در ظرف مدت 1 ساعت مساحتی معادل 100,000 مایل مربع را شناسایی کند.روس ها بزودی خود را رو در روی هواپیمایی دیدند که حتی سریعترین موشک ها قادر به ساقط کردن آن نبودند. قابلیت مانور پرنده سیاه چیزی فراتر از تصور است .قابلیت مانور پرنده سیاه چیزی فراتر از تصور است .سرعت و قابلیت مانور آن از بکارگیری دو موتور رم جت و یک بدنه بسیار سبک و آئرودینامیک بدست آمده است.sr-71 را میتوان تنها هواپیمای عملیاتی مجهز به موتور رم جت(RAMJET) دانست.شاختار این موتور در کل همانند یک قیف است . این شکل خاص باعث میشود تا در هنگام رانده شدن به جلو مقدار زیادی هوا وارد محفظه قیف شکل شود.دریچه پشتی این موتور کوچکتر از دریچه ورود هوا استبنابراین هوا قبل از خروج جبرا متراکم می شود. در این هنگام سوخت بر روی هوای فشره پاشیده شده و پس از اشتعال فشار فوق العاده ای ایجاد می کند. دقیقا این فشار فوق العاده است که هواپیما را به سرعتی معادل3.5 برابر صوت می رساند.
اصطکاکی که در سرعت 3.5 برابر صوت مابین بدنه هواپیما و ملکول های هوا ایجاد می شود دمایی بیش از 600 درجه سانتیگراد تولید می کند . برای اجتناب از ذوب شدن قطعات بدنه این هواپیما در سرعت های بالا تمامی قطعات بدنه آن یا از آلیاژ تیتانیوم ساخته شده اند ولی این میزان زیاد گرما کماکان مشکل ساز است.قسمتهاس مختلف این هواپیما از جمله کانال های سوخت آن بر اثر گرمای زیاد ذوب می شوند.برای رفع این مشکل هواپیما با اتکا به موتور توربینی خود و در حالی که مقدار کمی شوخت دارد از زمین بر می خیزد . در این زمان سطح بدنه آن با ماده خاصی پوشیده شده است. دمای بدنه هواپیما پس از رسیدن به شرعت2.2 ماخ به قدری گرم میشود که باعث ذوب شدن پوشش مخصوص و پر شدن منافذ و درزها توسط ماده پوششی می شود.در این هنگام هواپیما از یک هواپیمای سوخت رسان سوخت گیری کرده و عازم ماموریت می شود.
و جود بدنه تخت و بال های کوتاه باعث شده تا در زمان پرواز بهترین ضریب آئرودینامیک و کمترین میزان صدا بوجود آید .به گفته برخی ازمقامات سازمان ناسا حتی با توصل به رادارهای صوتی فوق پیش رفته هم نمی توان SR-71 را شناسایی یا ردیابی کرد.البته بر طبق ادعاهای دانشمندان هندی نوعی رادار مادون صوت قادر است تا با ردگیری امواج بسیار ضعیف متصاعد شده از موتور این هواپیما آن را رهگیری کند که البته این کار هم نتیجه ای نخواهد داشت چرا که مرحله اصلی کار یعنی ساقط کردن با کمک موشک های کنونی تقریبا غیر ممکن است. هواپیمای SR-71 آخرین بار در جنگ دوم خلیج فارس و در عملیات "سپر صحرا"مشاهده شده است.هزینه 1 ساعت پرواز با این هواپیما 50 هزار دلار است در حالی که هزینه سالیانه نگهداری آن چیزی در حدود 260میلیون دلار آب می خورد.هنوز با گذشت سال ها از ساخت این هواپیما پرنده ای را نمی توان یافت که سریع تر از آن پرواز کند.SR-71 را میباید سلطان سرعت در آسمان ها نامید . سلطانی که سال های متمادی از تاج و تخت خود دفاع خواهد کرد.(26)

راز بال های پرنده و افسانه هواپیمای B-2
هواپیما هایی که با عنوان بال پرنده از آن ها یاد می شود، نتیجه سال ها تلاش و طراحی های مستمر دانشمندان علوم مختلف هواپیماییست. هر کسی که هواپیمای بمب افکن بی نظیر B-2 ملقب به روح را دیده باشد، احتمالاً طرح بال پرنده برای وی بسیار آشناست. سال ها پیش، یعنی در حدود دهه 1920 میلادی، بنیان گذار شرکت مشهور نورث روپ گرومن یعنی آقای جک نورث روپ، طرح بال های پرنده را برای نخستین بار در سطحی وسیع معرفی کرد. هواپیمای از طرح بال پرنده استفاده کند، در حقیقت هواپیماییست از نظر ما غیر متعارف و نا آشنا، چرا که در این هواپیما، شما چیزی به نام دم، سکان عمودی و یا افقی پیدا نمی کنید! این هواپیما، تنها از یک بال تشکیل شده و هر قسمت جانبی دیگر چون بدنه و موتور ها، در درون همین بال شکل گرفته اند. این نوع طراحی، به خوبی در هواپیمای B-2 مشهود است. هواپیمایی که تماماً فقط یک بال باشد، قادر است که سیستم ها و تسلیحات بسیاری را تا فاصله های بسیار دور حمل نماید، چرا که به دلیل حذف کلی قسمت دم هواپیما، از تولید مقادیر زیادی از نیروی پسا جلوگیری شده است. در این طرح، وزن کلی هواپیما نیز به همین دلیل، تا مقدار قابل توجهی کاهش یافته و عامل بالقوه دیگری در افزایش برد هواپیما می تواند به شمار آید.
اما بزرگترین مشکل در بال های پرنده، ناپایداری شدید در پرواز عادیست که به علت فقدان سکان عمودی و به طور کلی سازه دم به وجود آمده است. در چنین شرایطی، Yaw کردن یا چرخش حول محور عمودی به طور کلی غیر ممکن بوده و هواپیما نیز میل به بر هم زدن تعادل ایجاد شده دارد. حال، بشنویم از آزمایش های آقای جک نورث روپ، طراح و مبتکر افسانه ای هواپیمایی. در دهه چهل میلادی، آقای نورث روپ آزمایش هایی را بر روی هواپیما هایی با نام XB-35 و YB-49 آغاز کرد که در حقیقت، نمونه های اولیه ای از بمب افکن های آینده، با استفاده از طرح بال های پرنده بودند. XB-35 هواپیمایی با چهار موتور پیستونی بود که ملخ موتورها در قسمت عقب بال ها واقع شده بودند. این هواپیما بردی معادل 8.000 کیلومتر و توانایی حمل 4.000 کیلوگرم تسلیحات مختلف را داشت. این طرح جالب، توجه نیروی هوایی آمریکا را به خود جلب کرد، به طوری که این نیرو 15 فروند از این هواپیما را به عنوان نمونه های اولیه سفارش داد.
اما پس چند آزمایش دیگر، نیروی هوایی ریسک به کارگیری هواپیمایی با مشکلات ناشناخته را نپذیرفته و سرانجام هواپیمای B-36 به عنوان بمب افکن مطبوع نیروی هوایی آمریکا پذیرفته شد.
از 15 فروند XB-35، تنها 3 فروند آن ها پرواز کردند. چند سال بعد، نمونه هایی از این هواپیما که دارای موتورهای جت و سکان های عمودی کوچکی در قسمت انتهایی بال هایشان بودند، با نام YB-49 طراحی و پرواز کردند. علی رغم طراحی رادیکال و متفاوت این هواپیما که بیشتر شبیه به یک پیکان نوک تیز بود، YB-49 دارای مشکلات عدیده ای در پایداری در پرواز بود، به طوری که بسیار مشکل می شد این هواپیما را هدایت و کنترل کرد. سرانجام در سال 1948، آقای گلن ادواردز که پایگاه مشهور ادواردز به نام او شده است و پنج نفر خدمه دیگر، در حادثه سقوط یک YB-49 کشته شدند. با وقوع این حادثه، می شد گفت که تقریباً پرونده بال های پرنده به دلیل مشکلات فراوان آن بسته شد و تنها تجربه ی تلخی برای آقای نورث روپ به جا گذاشت، به طوری که آقای نورث روپ همیشه از اینکه با وی و طرحش بی انصافانه رفتار شده است، شکایت داشت.
اما مشهورترین و موفقترین هواپیمای بال پرنده، همان هواپیمای B-2 Spirit خفاکار است که ساخت آن در سال 1989 به پایان رسید اما به دلیل همان مشکلات بال های پرنده، هواپیما تا یک دهه بعد، یعنی زمان جنگ یوگسلاوی پرواز نکرد. برای حل این مشکل اساسی، یعنی ناپایداری هواپیما های بال پرنده، از سیستم های کنترلی بسیار پیچیده کامپیوتری در هواپیمای B-2 استفاده شده است که در هر ثانیه قریب به 60 بار وضعیت هواپیما را بررسی و کنترل می نماید. همچنین با عرضه مقاطع بال Reflexed یا " مقطع برعکس" این مشکلات تا حدود زیادی بر طرف شده است. طراحان هواپیما در نظر دارند که آینده جنگنده ها را نیز بر اساس همین طرح بال های پرنده برنامه ریزی کنند، البته با استفاده از چنین فناوری پیشرفته ای، بسیار دور از واقعیت نیست.(27)
سوخو 47، عقاب طلایی آزمایشی روسی:
به تازگی هیئت طراحی سوخو در مسکو، هواپیمای سوخو 47 با لقب عقاب طلایی که قبلاً S-37 نامیده می شد، طراحی و چند نمونه ای را نیز از آن تولید کرده است که اولین پروازش را در سپتامبر 1997 به انجام رساند. مهمترین و می توان گفت جالب ترین ویژگی این جنگنده، پیکربندی بال های آن که برخلاف جنگنده ها و هواپیماهای دیگر، رو به جلو است، می باشد. هواپیمای سوخو 47 اولین پروازهای آزمایشی خود را در دسامبر 2001 به پایان رسانده و به مجرد آن شرکت سوخو برای تولید نسل آینده هواپیماهای جنگنده روسی برگزیده شد. طراحی این هواپیما به جز طراحی خاص بال های آن می توان به جرات گفت که تماماً از روی جنگنده موفق روسی سوخو 27 فلانکر اقتباس شده است. این هواپیما به دلیل طراحی ویژه بال های آن، جنگنده ای واقعاً مافوق چست و چابک بوده و قادر است که مسیر پروازی و زاویه حمله خود را به سرعت تغییر دهد. این ویژگی های مطلوب، در سرعت های مافوق صوت نیز تقریباً به همین گونه حفظ می شود و در کل این جنگنده، هواپیمایی بسیار مانورپذیر است. سوخو 47 ملقب به برکوت، ضریب چرخش یا پیچش به طرفین بسیار بالایی دارد که این مسئله در نبرد های هوایی نزدیک اهمیت فوق العاده ای میابد، چرا که هر خلبانی که قادر باشد زودتر دماغه هواپیمای خود را متوجه دشمن نماید، احتمالاً برنده میدان او خواهد بود.
حال به بررسی تکنولوژی بال رو به جلو بپردازیم. بال رو به جلو مزیت های گوناگونی را با خود به همراه دارد، که از جمله آن ها می توان به بالاتر بودن نسبت برا به پسا، مانور پذیری بالا در نبرد های هوایی تن به تن، برد بیشتر هواپیما، دارا بودن ویژگی های ضد واماندگی یا ستال و سپین، پایداری در زاویه حمله بالا و داشتن سرعت برخاست و نشست پایین تر اشاره کرد. در بدنه این هواپیما بیشتر از آلیاژهای تیتانیوم و آلومینیوم ساخته شده و قسمت محدودی از آن نیز به میزان 13% از مواد کامپوزیتی تولید شده است. در کاکپیت این هواپیما به راحتی خلبان در هنگام انجام نبرد های هوایی توجه فراوانی شده است. بیشترین مقدار شتاب جی یا شتاب گرانشی زمین قابل تحمل برای هواپیمای سوخو 47، که بر وزن خلبان تاثیر می گذارد، میزانی بسیار بهینه به مقدار بالاتر از 9 جی می باشد. در کاکپیت این هواپیما، خلبان به راحتی قادر است که حتی در شتاب جی بسیار بالا نیز به ادامه عملیات بپردازد و صدمه ای نیز به او وارد نگردد. همچنین این هواپیمای جنگنده از سیستم نجات خلبان یا صندلی پرتاب شونده نوینی نیز بهره می برد که این صندلی، با داشتن قابلیت وفق پذیری بالا نسبت به خلبان و شکل متغیر، می تواند اثر نامطلوب شتاب جی فراوان را بر روی خلبان کاهش دهد که در این شرایط، خلبان قادر است که شتاب جی بیشتری را نسبت به حالت معمولی و در هواپیماهای دیگر تحمل نماید.
دسته کنترل هواپیما یا همان استیک، دسته با شکل ارگونومیک می باشد که بر خلاف بسیاری از هواپیماها در وسط قرار نگرفته بلکه در یکی از جوانب خلبان یا در کنار او برای راحتی بیشتر و تا نشدن دست تعبیه شده است. این دسته بسیار حساس بوده و از مسیر حرکت یا پیمایش کمی به منظور انجام مانور های سریع و به موقع برخوردار است که امکانات فراوانی به خلبان این هواپیما می دهد. ارابه های فرود این هواپیما متشکل از دو پایه چرخ اصلی و یکی پایه چرخ دماغه است که در هریک یک چرخ سوار شده است. ارابه فرود جلو به سمت عقب و ارابه های اصلی این هواپیما به سمت جلو و به درون ریشه بال جمع می شوند. حداکثر سرعت این هواپیما نیز با اتکا بر موتورهای مدرن این جنگنده حدود 6/1 ماخ برآورد شده است. در مورد نقش اصلی این هواپیما نیز باید اظهار کرد که برنامه های هوایی کشور روسیه برای مدت زیادی پنهان از دید جهانیان می مانند به همین دلیل، هنوز بر کسی آشکار نیست که این جنگنده اصولاً برای انجام چه ماموریت هایی به کار خواهد رفت و کدام میدان نبرد سرانجام پذیرای این جنگنده روسی مدرن خواهد بود.(28)

نتیجه گیری:
با توجه به آن چه در بخش آیرودینامیک پرواز و در اصل برنولی به آن اشاره شد ، می توان بال های هواپیما را به گونه ای طراحی نمود که قسمت زیرین بال مساحت کمتری برای ایجاد فشار بیش تر و قسمت رویین بال مساحت بیش تری برای متحمل شدن فشار کمتر و در نتیجه افزایش سرعت قسمت رویین به سطح زیرین اشاره نمود. با افزوده شدن سرعت هواپیما ، جریان هوا نیز افزایش یافته و نیروی برا افزایش می یابد تا بر وزن هواپیما غلبه کند. با افزایش نیروی برا و رانش بر میدان نیروی پسا نیز افزوده خواهد شد. اما زمانی که هواپیما در مسیر پرواز قرار می گیرد کلیه نیروها به حالت تعادل در آمده و هواپیما با سرعت ثابتی به پرواز خود ادامه می دهد.
همان طور ایجاد زاویه ای بیش از نود درجه در بال ها باعث به وجود آمدن زوایای تند در بال هواپیما شده که طبق نیروی آیرودینامیکی ، سرعت بیش تر می شود. اکنون با توجه به راه کار های پیشنهادی برای تسریع در سرعت هواپیما باید توجه خاصی به دید خلبان مبذول داشت ، به همین منظور در طراحی این نوع بال به طرز قرار گیری کاکپیت نیز پرداخته ایم که در ادامه به شرح آن می پردازیم. برای این که خلبان دید وسیعی داشته باشد باید کابین را به شکل یک ذوزنقه سه بعدی در نظر گرفت که همیشه قاعده کوچکتر برای ایجاد فشار بیش تر و سرعت بالابرنده در قسمت زیرین قرار گیرد سپس آن را میان دو بال تعبیه می کنیم . قابل ذکر است که سرنشینان در پایین کابین خلبان و در میان بال ها قرار می گیرند ، این امر باعث کنترل هر چه بیس تر هواپیما توسط خلبان و نیز به وجود آمدن گوشه های تند دیگر بر روی بدنه هواپیما می شود. این مسائل علاوه بر ایجاد طراحی نوین و جدید در نسل هواپیما ها ، کمک به تسریع در امر حمل و نقل و افزایش سرعت نیز کمک می کند.

شکل شماتیک از اجزای توصیف شده:

نمای کاکپیت از پهلو نمای بال از زاویه متمایل

بدنه هواپیما از پهلو

فهرست مطالب
مقدمه: 1
تاریخچه پرواز: 2
دینامیک حرکت :(MOtion Dynamics) 9
عوامل موثر بر حرکت: 10
تقسیم بندی انواع وسائل پرنده: 10
آیرودینامیک پرواز: 10
نیروی آیرودینامیکی: 11
نیروی برا :(LIFT) 11
که در این فرمول : 12
نیروی برآر هواپیما L 12
چگالی هوا ρ 12
سرعت پرواز هواپیما V ا 12
مساحت بال و S 12
ضریب بردار است.(4) CL 12
نیروی وزن :(WEIGHT) 12
نیروی رانش :(THRUST) 12
نیروی پسا :(DRAG) 13
تمام موارد فوق ( نیرو ها ) در شکل زیر به نمایش گذاشته شده اند. 13
اصل برنولی: 14
تئوری اصل برنولی: 14
اساس فیزیکی اصل برنولی : 14
بیان ریاضی اصل برنولی: 15
اجزا هواپیما: 16
کلیات بال پرنده 17
آیرودینامیک: 17
بالهای رو به جلو، انقلابی در طراحی بال : 18
هواپیمای X-29 طرح نامعمول بال رو به جلو 18
هواپیمای X-29 شماره دو در زاویه حمله بسیار بالا 19
هواپیمای X-29 شماره دو در پارکینگ مرکز دریدن 20
پایداری و کنترل: 22
انواع هواپیما از نظر نوع بال: 23
برآافزا: 24
شهپر: 25
پیش بال : 25
انواع هواپیما از نظر دارا بودن سرنشین 25
انواع هواپیما از نظر چگالی 26
انواع هواپیمای مانوری 26
انواع هواپیمای نظامی (Military Aircraft) 26
انواع هواپیما از نظر مکانیزم پرواز 28
انواع هواپیماها از نظر نوع موتور (Power Plant) 28
اثرات تلاطم هوا بر هواپیما 31
تلاطم :TurbulEnce 31
اثرات تلاطم هوا بر هواپیما : 31
واکنش هواپیما به تلاطم AIRCRAFT RESPONSE TO TURBULENCE 31
خطرات تلاطم هواپیما THE HAZARDS OF AIRCRAFT TURBULENCE 32
منابع انرژی تلاطمی SOURCES OF TURBULENT ENERGY 33
پایداری و تعادل در پرواز: 38
پایداری استاتیک : 39
انواع سیستم های کنترل موشک ها: 40
پایداری دینامیک : 49
کنترل هواپیما: 49
تایگا دیزاین: 52
سیستم های کنترل پرواز: 53
تاریخچه پیشرفت طراحی جنگنده ها: 55
هدف از طراحی هواپیمای جنگنده: 58
سازه هواپیماهای جنگی: 61
مشخصات ویژه: 64
پروژه طراحی و ساخت سلطان آسمان: 65
راز بال های پرنده و افسانه هواپیمای B-2 68
سوخو 47، عقاب طلایی آزمایشی روسی: 70
نتیجه گیری: 72

41