نیروهای وارد بر هواپیما در طول پرواز و بردارهای مربوطه

در طول پرواز چهار نیرو بر هواپیما وارد می شود که این چهار نیرو عبارتند از : 1- نیروی وزن 2- نیروی لیفت (بَرا یا بالابرنده) 3- نیروی پیشران یا جلوبرنده 4- نیروی دِرَگ (پسا یا مقاومت هوا)

تعریف نیروی وزن


یک هواپیما مانند تمام اجسام دارای جرم می باشد. وقتی که هواپیما بر روی زمین به صورت ساکن قرار دارد فقط یک نیرو به واسطه ی جاذبه ی زمین به آن وارد می شود. این نیرو، نیروی وزن نام دارد. به طور کلی نیروی وزن به دلیل نیروی گرانشی یا نیروی جاذبه ی زمین به هواپیما وارد می شود. این نیرو در تمام مدت به صورت عمودی و رو به پایین بر روی هواپیما اثر می گذارد.

  

تعریف نیروی لیفت (نام های دیگر آن بَرا یا بالابرنده می باشد) :



برای کنده شدن یک هواپیما از روی زمین حتما باید نیروی لیفت یا بالابر ایجاد شود. لیفت نیرویی در جهت بالا است که بر اثر جریان هوا در سطح بالایی و پایینی بال به وجود می آید. نیروی لیفت نیروی کلیدی آیرودینامیک می باشد. لیفت نیرویی است که بر خلاف جهت نیروی وزن عمل می کند. در یک پرواز وقتی نیروی لیفت و وزن با هم برابرند هواپیما در حالت تعادل و توازن قرار دارد. در این حالت اگر دیگر فاکتورهای آیرودینامیکی هواپیما ثابت باشد و تغییر نکند هواپیما نه به ارتفاعش افزوده خواهد شد و نه از ارتفاعش کم خواهد شد چرا که هر دو نیرو با هم برابرند.

تعریف نیروی تراست (نام های دیگر آن پیشران یا جلوبرنده می باشد) :


برای ایجاد نیروی لیفت هواپیما باید به سمت جلو رانده شود تا هوا در سطح بالایی و پایینی بال جریان داشته باشد و اختلاف فشار بین دو سطح ایجاد شود و هواپیما از روی زمین بلند شود. نیروی تراست یا پیشران یک نیروی جلوبرنده و رو به جلو است که توسط موتور ایجاد می شود و هواپیما را به جلو می راند.

تعریف نیروی دِرَگ (نام هام دیگر آن نیروی پَسا یا مقاومت هوا می باشد) :

در خلاف جهت تراست، نیروی درگ یا پسا قرا دارد که یک نیروی در جهت عقب است. این نیرو توسط برخورد مولکول های هوا به هواپیما حاصل می شود که باعث محدود کردن سرعت هواپیما می شود.

حال به شکل زیر که چهار نیروی وارد به هواپیما در طول پرواز را نشان می دهد نگاه کنید:

در یک پرواز بدون شتاب هر چهار نیروی پرواز در حالت تعادل قرار دارند. پرواز بدون شتاب بدین معناست که هواپیما سرعت خود را به صورت ثابت حفظ کند و نه به سرعتش بیفزاید و نه از آن بکاهد.
در شکل 1 پیکان هایی که نیروهای وارد بر هواپیما را نشان می دهند بردار نام دارند. مقدار نیروهای وارد بر هواپیما به وسیله ی طول بردار مشخص شده است. همچنین جهت اعمال هر نیرو به وسیله ی نوک پیکان مشخص شده است. وقتی دو یا چند نیرو در یک زمان به یک شی وارد می شوند با هم ترکیب می شوند تا یک بردار برآیند به دست آید.
همانطور که در شکل زیر مشاهده می کنید وقتی یک نیروی عمودی و یک نیروی افقی به هواپیما وارد می شود (به طوری که زاویه بینشان 90 درجه باشد)، بردار برآیند بردار زرد رنگ خواهد بود (که به عبارتی بر روی قطر مربع قرار دارد):

همچنین حاصل برآیند دو نیرویی که دقیقا مساوی هم هستند و زاویه بینشان 180 درجه است برابر صفر می باشد مانند شکل زیر :

جهت حرکت هواپیما در جهت برآیند چهار نیروی وارد بر هواپیما است.
برای فهم بهتر این موضوع به مثال زیر دقت کنید :
فرض می کنیم هواپیمایی می خواهد از روی زمین جدا شود و نیروهای زیر به آن وارد می شود :

می خواهیم ببینیم هواپیما با چه زاویه ای نسبت به افق صعود می کند.
برای اینکار ابتدا باید برآیند چهار نیرو را به دست بیاوریم. ابتدا برآیند نیروی لیفت و درگ را به دست می آوریم (برآیندشان بردار A می شود):

حال برآیند برداری دو نیروی تراست و وزن را حساب می کنیم (برآیندشان بردار B می شود):

حال برآیند دو نیروی لیفت و درگ یعنی بردار A را با برآیند دو نیروی تراست و وزن یعنی B برآیندگیری می کنیم :

بنابراین هواپیما با زاویه ی بردار بنفش رنگ نسبت به افق صعود می کند به عبارتی با زاویه ی α صعود خواهد کرد . البته این زاویه دائما و به صورت اندک در حال تغییر است چرا که این زاویه به عوامل زیادی بستگی دارد، مثلاً هر چقدر ارتفاع هواپیما افزایش پیدا می کند، از غلظت هوا کم می شود و کم شدن غلظت هوا به معنای کاهش نیروی درگ یا مقاومت هوا می باشد. همچنین کاهش غلظت هوا به معنی کاهش قدرت موتور است چون که در واحد زمان حجم کمتری از هوا وارد موتور می شود. همچنین هر چقدر هواپیما از زمین دورتر می شود وزن آن به دلیل دوری از مرکز زمین کمتر می شود. به علاوه خلبان با control column می تواند نیروی لیفت را تغییر دهد و آن را کم یا زیاد کند.



دسته بندی و ترجمه این مطلب از کتاب های PPM و Oxford Aviation Jeppesen-principle of flight  و در بزرگترین مرکز هوافضا و هوانوردی ایران آئروسنتر صورت گرفته لذا هرگونه کپی برداری از مطلب بدون ذکر aerocenter.ir و نام نویسنده ممنوع می باشد.