چرا پاراگلایدرها رو به جلو پرواز می‌کنند؟

چون بال‌های لغزنده درگ ندارند.

برای بسیاری از خلبان‌ها، لیفت در تقابل با وزن می‌باشد و درگ به قیمت حرکت کردن در هوا می‌باشد. علم آیرودینامیک کلاسیک شرح می‌دهد که لیفت نیرویی است که نسبت به سرعت هوا (جریان هوا) عمودی می‌باشد و درگ نیرویی است که مخالف سرعت هوا (جریان هوا) می‌باشد. اما لیفت و درگ نمی‌توانند شرح دهند که چرا پاراگلایدرها، هنگ‌گلایدرها (کایت‌ها) و هواپیماهای بدون موتور به جلو پرواز می‌کنند. آنها چطور می‌توانند درگ داشته باشند و باز هم بدون موتور به جلو پرواز کنند؟

آیا منطقی درگ – لیفت بی‌انتها از این درک ناشی می‌شود که لیفت و درگ نیروهای مستقلی می‌باشند. در واقع آنها فقط مولفه‌های مصنوعی از یک نیروی آیرودینامیکی می‌باشند. هر شیء که در هوا حرکت می‌کند فارغ از شکل، موقعیت و سرعتش فقط یک نیروی آیرودینامیکی را تجربه می‌کند. این که به عنوان نیروی آیرودینامیکی کامل R نامیده می‌شود می‌تواند بسته به مسئله‌ای که می‌خواهیم حل کنیم به هر مولفه‌ای که ما بخواهیم تقسیم گردد.

برای هواپیماهای موتوری بنظر می‌رسد که اصولاً شرح دادن موارد از طریق تقسیم کردن نیروی آیرودینامیکی کامل به مولفه‌های لیفت و درگ در تناسب با محور حرکتشان ساده‌تر باشد:

فشار محوری برای غلبه بر درگ استفاده می‌شود.

https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-١٢/airplane/thrust١.html (لینک خارجی است).

درگ نیروی آیرودینامیکی است که مخالف با حرکت یک هواپیما در هوا می‌باشد.

https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-١٢/airplane/drag١.html (لینک خارجی است).

لیفت نیرویی است که مستقیماً مخالف با وزن هواپیما می‌باشد. لیفت یک نیروی آیرودینامیکی مکانیکی می‌باشد که بواسطه‌ی حرکت هواپیما در هوا تولید شده و مستقیماً نسبت به جهت جریان به صورت عمودی می‌باشد.

https://www.grc.nasa.gov/WWW/K-١٢/airplane/lift١.html(لینک خارجی است).

 

در صورتی که نیروی آیرودینامیکی کامل نسبت به سطح بال بررسی گردد، تحلیل بهتر و عمیق‌تری را می‌توان بدست آورد. بنابراین این نیرو نسبت به پروفیل مولفه‌ی نرمال Rn عمودی و نسبت به پروفیل مولفه‌ی تانژانتی Rt موازی می‌باشد. برای سادگی ما مولفه‌ی تانژانتی را در امتداد وتر پروفیل ترسیم کرده و مولفه‌ی نرمال نسبت به آن عمودی می‌باشد.

 

 

Ry چپ و Rx درگ، به عنوان مولفه‌های نیروی آیرودینامیکی کامل R نسبت به جریان هوا (سرعت هوا)

Ry چپ و Rx درگ، به عنوان مولفه‌های نیروی آیرودینامیکی کامل R نسبت به جریان هوا (سرعت هوا)

مولفه‌های تانژانتی Rt و نرمال Rn نیروی آیرودینامیکی کامل R نسبت به سطح پروفیل

مولفه‌های تانژانتی Rt و نرمال Rn نیروی آیرودینامیکی کامل R نسبت به سطح پروفیل

 

 

 

مهم‌ترین مورد مولفه‌ی تانژانتی Rt است که مانند یک موتور کار می‌کند. هرچه بزرگتر باشد، نیروی فشار محوری بال بزرگتر است. زمانی که نوک مولفه‌ی تانژانتی رو به عقب باشد، مانند یک نیروی فشاری محوری معکوس موتور عمل می‌کند.

به منظور درک کردن اهمیت مولفه‌ی تانژانتی نیروی ایرودینامیکی کامل، ما باید درک کنیم که این مولفه چگونه ایجاد می‌شود.

اگر یک پروفیل متقارن را در جریان هوا قرار دهیم، مولفه‌ی درگ Rx را به صورت مخالف و ۲ مولفه‌ی لیفت Ry را به صورت متعامد به محور جریان هوا تجربه خواهد نمود.

اگر این پروفیل را تقسیم نموده و نیمی از آن را در جریان هوا قرار دهیم، درگ Rx و فقط یک مولفه‌ی لیفت Ry نامتعادل را به صورت متعامد به محور جریان هوا تجربه خواهد نمود.

 

 

 

اکنون به راحتی می‌توان یک ویژگی مهم پروفیل بال را درک نمود. این ویژگی، قابلیت القایی نام دارد که توانایی پروفیل بال برای ایجاد نیروی تانژانتی از (نرمال) عمودی به سرعت هوای سطح می‌باشد. برای سادگی ما می‌گوییم که نیروی تانژانتی Rt، اما منظورمان مولفه‌ی تانژانتی نیروی ایرودینامیکی کامل می‌باشد. هنگامی که می‌گوییم سرعت هوای نرمال برای ایجاد نیروی تانژانتی مورد نیاز است، منظورمان این نیست که فقط به سرعت هوای سطح بال متعامد باشد، بلکه یعنی مولفه‌ی سرعت هوای نرمال کافی باشد.

برای مثال اگر یک بال را بیندازیم، جریان هوا از زیر مکشی حول پیرامون لبه‌ی پیشرونده ایجاد می‌کند که منجر به افزایش شتاب بال به سوی جلو خواهد شد. نیروی تانژانتی Rt حرکت افقی به سقوط عمودی می‌افزاید. اساساً ۹۰ درجه، زاویه‌ی حمله می‌باشد که کاهش خواهد یافت اما به دلیل شکل مقعر سطح بالایی نزدیک به لبه‌ی پیشرونده (کمبر)، نیروی تانژانتی همچنان باقی خواهد ماند و تا زمانی که تعادل بدست آید افزایش خواهد یافت.

 

 

نیروی تانژانتی Rt به موارد ذیل بستگی دارد:

  • پروفیل بال. پروفیل‌های ضخیم‌تر با منحنی سطح بالایی مناسب (کمبر) که به لبه‌ی پیشرونده نزدیک‌تر می‌باشند مناسب‌تر هستند
  • سرعت هوایی. مانند مولفه‌های لیفت و درگ نیروی آیرودینامیکی کامل.
  • زاویه‌ی حمله
  • در نهایت ما به این سوال می‌رسیم که چرا پاراگلایدرها به جلو پرواز می‌کنند؟

زیرا نیروی وزن G آن‌ها را به پایین می‌کشد که یک جریان هوا از زیر ایجاد می‌کند. مکش ایجاد شده از لبه‌ی پیشرونده و کمبر سطح بالایی باعث متمایل شدن نیروی آیرودینامیکی رو به جلو می‌شود (مولفه‌ی تانژانتی می‌سازد). به دلیل درگ ناشی از خطوط و خلبان، شتاب‌گیری بال متوقف می‌شود و کل گلایدر به تعادل می رسد.

 

البته جزئیات بسیار بیشتری وجود دارند اما کل ایده درباره‌ی قابلیت القایی یک بال می‌تواند به جستجوی موارد ذیل کمک نماید:

  • پایداری و کنترل پاراگلایدر
  • راندمان تکنیک سر خوردن و اوج گرفتن
  • ارتقاهای طراحی پاراگلایدر
  • چگونه پرندگان با بال‌های آویخته به جلو پرواز می‌کنند
  • موارد دیگر

در فیزیک، القا به معنای اثر ایجاد شده بواسطه‌ی تأثیر غیرمستقیم می‌باشد (دور از یک میدان با مستقیم توسط یک تماس فیزیکی).

این ایده‌ها توسط نیکولای تزاروف در سال ۲۰۱۱ تهیه و توسط نیکولای یوتوف در آگوست سال ۲۰۱۴ نوشته شده‌اند.