پرواز و طراحی هواپیما

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 .

دینامیک حرکت (MOtion Dynamics)

در حالت کلی حرکت یک ذره از دو دیدگاه مختلف می‌تواند مورد بررسی قرار گیرد به بیان دیگر می‌توان گفت، بطور کلی مکانیک کلاسیک که در آن حرکت اجسام مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد، شامل دو قسمت سینماتیک و دینامیک است . در بخش سینماتیک از علت حرکت بخشی به میان نمی‌آید و حرکت بدون توجه به عامل ایجاد کننده آن بررسی می‌شود. بنابراین در سینماتیک حرکت بحث بیشتر جنبه هندسی دارد .اما در دینامیک علتهای حرکت مورد توجه قرار می‌گیرند. یعنی هر ذره یا جسم همواره در ارتباط با محیط اطراف خود و متاثر از آنها فرض می‌شود محیط اطراف حرکت را تحت تاثیر قرار می‌دهد. 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 می‌کند. (1)

عوامل موثر بر حرکت:

حرکت یک ذره معین را ماهیت و آرایش اجسام دیگری که محیط ذره را تشکیل می‌دهند، مشخص می‌کند. تاثیر محیط اطراف بر حرکت ذره با اعمال نیرو صورت می‌گیرد. بنابراین مهمترین عاملی که در حرکت ذره باید مورد توجه قرار گیرد، نیروهای وارد بر ذره و قوانین حاکم بر این نیروها می‌باشد.(2)

تقسیم بندی انواع وسائل پرنده:

در اولین قدم کلیه وسائل پرنده ساخته دست بشر را به دو دسته کلی تقسیم بندی می‌نمایند:

• هواپیماها (Aircraft): وسائل پرنده جوی (اتمسفر)
• فضاپیماها (Spacecraft): وسائل پرنده غیر جوی

اصل برنولی:

اصل برنولی می‌گوید در جریان لایه‌ای نامتلاطم ، فشار با کاهش سرعت افزایش می‌یابد، برعکس ناحیه‌هایی 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 نمی‌توان تعمیم داد. اصل برنولی برای جریان لایه‌ای یعنی هنگامی که هر لایه شاره در کنار لایه‌های مجاور به آرامی در حرکت باشد قابل استفاده است.

انواع هواپیما از نظر نوع بال:

با استفاده از اصل برنولی که منشا نیروی بالا بر هواپیما را نیز به آسانی می‌توان توضیح داد. شکل بال هواپیما زاویه پیشروی آن (تعیین طرز کج شدن بال نسبت به جریان هوا) طوری طراحی می‌شود 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 می‌شود. این اختلاف فشار باعث می‌شود 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. هواپیما‌ها عموما‌ دارای بال ثابت هستند و در طول پرواز بال نمی‌چرخد. ولی هلیکوپتر ، هواپیمائی است که بالش در حال پرواز به دور یک محور می‌چرخد.