ریاضیات

خصوصیات [ ویرایش ]

IAI Heron یک وسیله نقلیه هوایی بدون سرنشین (UAV) با پیکربندی دو بوم است.

بدنه هواپیما [ ویرایش ]

مقاله اصلی: بدنه هواپیما

اجزای ساختاری یک هواپیمای بال ثابت را بدنه هواپیما می نامند. قطعات موجود می تواند بر اساس نوع و هدف هواپیما متفاوت باشد. انواع اولیه معمولاً از چوب با سطوح بال های پارچه ای ساخته می شدند، هنگامی که موتورها برای پرواز با موتور در حدود صد سال پیش در دسترس قرار گرفتند، پایه های آنها از فلز ساخته شد. سپس با افزایش سرعت قطعات بیشتر و بیشتر فلزی شدند تا اینکه در پایان جنگ جهانی دوم هواپیماهای تمام فلزی رایج شدند. در دوران مدرن استفاده روزافزون از مواد کامپوزیتی صورت گرفته است.

قطعات ساختاری معمولی عبارتند از:

• یک یا چند بال افقی بزرگ ، اغلب با شکل مقطع ایرفویل . با حرکت هواپیما به سمت جلو، بال هوا را به سمت پایین منحرف می کند و نیروی بالابر برای حمایت از آن در پرواز ایجاد می کند. بال همچنین ثبات در چرخش را برای جلوگیری از غلتیدن هواپیما به چپ یا راست در پرواز ثابت فراهم می کند.

An - 225 Mriya ، بزرگترین هواپیمای جهان که می تواند محموله 250 تنی را حمل کند، دارای دو تثبیت کننده عمودی است.

• بدنه ، بدنه‌ای بلند و نازک، معمولاً با انتهای مخروطی یا گرد که شکل آن را از نظر آیرودینامیکی صاف می‌کند. بدنه به سایر قسمت‌های بدنه هواپیما می‌پیوندد و معمولاً شامل موارد مهمی مانند خلبان، محموله و سیستم‌های پرواز است.
• تثبیت کننده عمودی یا باله یک سطح عمودی بال مانند است که در پشت هواپیما نصب شده و معمولاً بالای آن بیرون زده است. باله انحراف هواپیما را تثبیت می کند (به چپ یا راست بپیچید) و سکان را سوار می کند که چرخش آن را در امتداد آن محور کنترل می کند.
• یک تثبیت کننده افقی که معمولاً در دم نزدیک تثبیت کننده عمودی نصب می شود. تثبیت کننده افقی برای تثبیت گام هواپیما (شیب به بالا یا پایین) استفاده می شود و آسانسورهایی را که کنترل زمین را فراهم می کنند نصب می کند.
• ارابه فرود ، مجموعه‌ای از چرخ‌ها، لغزش‌ها یا شناورهایی که هواپیما را در حالی که روی سطح است حمایت می‌کنند. در هواپیماهای دریایی، پایین بدنه یا شناورها (پنتون ها) در حالی که روی آب است، آن را پشتیبانی می کنند. در برخی از هواپیماها، ارابه فرود در طول پرواز جمع می شود تا نیروی پسا کاهش یابد.

بال [ ویرایش ]

بال های یک هواپیمای بال ثابت هواپیماهای ثابتی هستند که به دو طرف هواپیما امتداد می یابند. هنگامی که هواپیما به سمت جلو حرکت می کند، هوا بر روی بال ها جریان می یابد که برای ایجاد بالابر شکل می گیرند.

ساختار بال [ ویرایش ]

بادبادک ها و برخی از گلایدرها و هواپیماهای سبک وزن دارای سطوح بال انعطاف پذیر هستند که در یک چارچوب کشیده شده و توسط نیروهای بالابر اعمال شده توسط جریان هوا بر روی آنها سفت و سخت می شوند. هواپیماهای بزرگتر دارای سطوح بال سفت و سخت هستند که استحکام بیشتری را ایجاد می کنند.

بیشتر بال‌ها چه انعطاف‌پذیر باشند و چه صلب، دارای یک قاب قوی هستند تا شکل خود را به آن‌ها بدهد و بالابر را از سطح بال به بقیه هواپیما منتقل کند. عناصر ساختاری اصلی عبارتند از یک یا چند اسپار که از ریشه تا نوک حرکت می کنند و دنده های زیادی از لبه جلویی (جلو) تا لبه عقب (عقب) در حال اجرا هستند.

موتورهای اولیه هواپیما قدرت کمی داشتند و وزن سبک بسیار مهم بود. همچنین بخش‌های آئروفویل اولیه بسیار نازک بودند و نمی‌توانستند قاب محکمی در داخل آن نصب کنند. بنابراین تا دهه 1930، وزن بیشتر بال‌ها برای داشتن استحکام کافی بسیار سبک بود و سیم‌ها و مهاربندی‌های خارجی به آن اضافه شد. هنگامی که قدرت موتور موجود در طول دهه‌های 1920 و 1930 افزایش یافت، بال‌ها را می‌توان به اندازه‌ای سنگین و قوی کرد که دیگر نیازی به مهاربندی نباشد. به این نوع بال بدون مهار، بال کنسولی گفته می شود .

پیکربندی بال [ ویرایش ]

مقالات اصلی: پیکربندی بال و بال

هواپیمای تک چتری با مهار سیمی Morane-Saulnier L ضبط شده است

تعداد و شکل بال ها در انواع مختلف بسیار متفاوت است. یک هواپیمای بال معین ممکن است کاملاً دهانه داشته باشد یا توسط یک بدنه مرکزی به بال های پورت (چپ) و سمت راست (راست) تقسیم شود. گاهی اوقات، حتی بیشتر از بال استفاده شده است، با سه بال سه بال در جنگ جهانی اول به شهرت دست یافت. طرح های چهاربال چهاربال و دیگر طرح های چند هواپیما موفقیت چندانی نداشته اند.

monoplane که از پیشوند مشتق شده است، mono به معنای یک به این معنی است که دارای یک صفحه تک بال است، یک هواپیمای دوباله دارای دو بال روی هم است، یک بال پشت سر هم دارای دو بال پشت سر هم قرار گرفته است. هنگامی که قدرت موتور موجود در طول دهه‌های 1920 و 1930 افزایش یافت و دیگر نیازی به مهاربندی نبود، مونوپلان بدون مهار یا کنسول به رایج‌ترین شکل از نوع موتوری تبدیل شد.

شکل پلان بال به شکلی است که از بالا دیده می شود. برای اینکه از نظر آیرودینامیکی کارآمد باشد، یک بال باید مستقیم با دهانه بلند از یک طرف به سمت دیگر باشد، اما دارای وتر کوتاه ( نسبت تصویر بالا ) باشد. اما برای اینکه یک بال از نظر ساختاری کارآمد و در نتیجه سبک وزن باشد، یک بال باید دارای دهانه کوتاه اما همچنان منطقه کافی برای بالا بردن (نسبت تصویر کم) باشد.

در سرعت‌های فراصوت، نزدیک به سرعت صوت ، به جاروب کردن بال به عقب یا جلو کمک می‌کند تا در هنگام شکل‌گیری امواج ضربه‌ای مافوق صوت، کشش را کاهش دهد. بال جارو شده فقط یک بال مستقیم است که به عقب یا جلو کشیده می شود.

دو نمونه اولیه Dassault Mirage G ، یکی با بال‌های جارو شده (بالا)

بال دلتا یک مثلث است که ممکن است به دلایل مختلفی مورد استفاده قرار گیرد. به عنوان یک بال Rogallo انعطاف پذیر اجازه می دهد تا یک شکل پایدار تحت نیروهای آیرودینامیکی داشته باشد، و بنابراین اغلب برای بادبادک ها و سایر کشتی های فوق سبک استفاده می شود. به عنوان یک بال مافوق صوت، استحکام بالا را با کشش کم ترکیب می کند و بنابراین اغلب برای جت های سریع استفاده می شود.

یک بال هندسی متغیر را می توان در پرواز به شکل دیگری تغییر داد. بال رفت و برگشت متغیر بین یک پیکربندی مستقیم کارآمد برای برخاستن و فرود ، به یک پیکربندی جاروب پایین برای پرواز با سرعت بالا تبدیل می‌شود. سایر اشکال پلانفرم متغیر پرواز کرده اند، اما هیچ کدام فراتر از مرحله تحقیق نرفته اند.

بدنه [ ویرایش ]

نوشتار اصلی: بدنه هواپیما

بدنه یک بدنه بلند و نازک است که معمولاً انتهای آن مخروطی یا گرد است تا شکل آن از نظر آیرودینامیکی صاف شود. بیشتر هواپیماهای بال ثابت دارای یک بدنه هستند که اغلب به آن «بدنه» می گویند. برخی دیگر ممکن است دو یا چند بدنه داشته باشند، یا ممکن است بدنه دارای بوم هایی در دو طرف دم باشد تا امکان استفاده از قسمت انتهایی بدنه را فراهم کند.

بدنه ممکن است شامل خدمه پرواز ، مسافران، محموله یا محموله ، سوخت و موتور(ها) باشد. هواپیماهای بدون خلبان (پهپادها) معمولاً خلبان یا خدمه پرواز یا مسافر دیگری ندارند. گلایدرها معمولاً سوخت یا موتور ندارند، اگرچه برخی از تغییرات مانند موتور گلایدرها و گلایدرهای موشکی آنها را برای استفاده موقت یا اختیاری دارند.

خلبانان هواپیماهای بال ثابت سرنشین دار معمولاً آنها را از داخل کابین خلبان کنترل می کنند ، که معمولاً در جلو یا بالای بدنه قرار دارد، مجهز به کنترل و معمولاً پنجره ها و ابزار. هواپیماها اغلب دارای دو یا چند خلبان هستند که یک نفر فرماندهی کلی ("خلبان") و یک یا چند "کمک خلبان" را بر عهده دارد. در هواپیماهای بزرگتر معمولاً یک ناوبر نیز در کابین خلبان می‌نشیند. برخی از هواپیماهای نظامی یا تخصصی ممکن است خدمه پرواز دیگری نیز در کابین داشته باشند.

در هواپیماهای کوچک، مسافران معمولاً پشت خلبان(ها) در همان کابین می‌نشینند، اگرچه گاهی اوقات یک صندلی مسافر ممکن است در کنار یا حتی جلوی خلبان باشد. هواپیماهای مسافربری بزرگتر دارای یک کابین مسافری مجزا یا گاهی کابین هایی هستند که از نظر فیزیکی از کابین خلبان جدا می شوند.

بالها در مقابل بدنها [ ویرایش ]

بال پرواز [ ویرایش ]

نوشتار اصلی: بال پرواز

بمب افکن استراتژیک B-2 Spirit که قادر به انجام ماموریت های بین قاره ای است، دارای پیکربندی بال پرنده است.

بال پرنده هواپیمای بدون دم است که بدنه مشخصی ندارد و بیشتر خدمه، محموله و تجهیزات درون ساختار بال اصلی قرار دارند. [29] : 224 

پیکربندی بال پرنده به طور گسترده در دهه های 1930 و 1940 مورد مطالعه قرار گرفت، به ویژه توسط جک نورتروپ و چستون ال. اشلمن در ایالات متحده، و الکساندر لیپیش و برادران هورتن در آلمان. پس از جنگ، تعدادی از طرح های آزمایشی بر اساس مفهوم بال پرواز بود. برخی علاقه‌مندی‌های عمومی تا اوایل دهه 1950 ادامه یافت، اما طراحی‌ها لزوماً مزیت بزرگی در برد نداشتند و تعدادی از مشکلات فنی را به همراه داشتند که منجر به اتخاذ راه‌حل‌های "متعارف" مانند Convair B-36 و B-52 Stratofortress شد.. با توجه به نیاز عملی به بال عمیق، مفهوم بال پرنده برای طراحی‌هایی در محدوده سرعت آهسته تا متوسط ​​بسیار کاربردی است و علاقه مستمری برای استفاده از آن به عنوان یک طراحی هواپیمای تاکتیکی وجود داشته است .

علاقه به بالهای پرواز در دهه 1980 به دلیل سطح مقطع بازتاب راداری کم آنها تجدید شد. فناوری مخفی کاری متکی بر اشکالی است که فقط امواج رادار را در جهات خاصی منعکس می کند، بنابراین شناسایی هواپیما را سخت می کند مگر اینکه گیرنده رادار در موقعیت خاصی نسبت به هواپیما قرار داشته باشد - موقعیتی که با حرکت هواپیما به طور مداوم تغییر می کند. این رویکرد در نهایت منجر به ساخت بمب افکن رادارگریز نورثروپ B-2 Spirit شد. در این مورد مزایای آیرودینامیکی بال پرنده نیازهای اولیه نیستند. با این حال، سیستم‌های fly-by-wire با کامپیوتر کنترل می‌شوند که بسیاری از ایرادات آیرودینامیکی بال پرنده را به حداقل می‌رسانند و یک بمب‌افکن دوربرد کارآمد و پایدار ایجاد می‌کنند.

بدنه بال ترکیبی [ ویرایش ]

مقاله اصلی: بال ترکیبی

مدل کامپیوتری بوئینگ X-48

هواپیمای بال ترکیبی دارای بدنه ای صاف و ایرفویل شکل است که بیشتر نیروی بالابر را برای حفظ خود در ارتفاع و ساختارهای مجزا و مجزای بال تولید می کند، هرچند بال ها به آرامی با بدنه ترکیب می شوند.

بنابراین هواپیماهای ترکیبی با بدنه بال دارای ویژگی های طراحی از هر دو طراحی بدنه و بال پرنده هستند. مزایای ظاهری رویکرد بدنه بال ترکیبی، بال های کارآمد بالابر و بدنه ایرفویل شکل عریض است. این کار کل کشتی را قادر می‌سازد تا با افزایش مصرف سوخت در تولید بالابر کمک کند.

بدنه بالابر [ ویرایش ]

شرکت هواپیماسازی مارتین X-24 به عنوان بخشی از یک برنامه آزمایشی نظامی ایالات متحده در سال های 1963-1975 ساخته شد.

نوشتار اصلی: بدنه لیفتینگ

بدنه بالابر پیکربندی است که در آن بدن خود لیفت تولید می کند . بر خلاف بال پرنده ، که بالی با حداقل یا بدون بدنه معمولی است ، بدنه بالابر را می توان به عنوان بدنه ای با بال معمولی کم یا بدون بال در نظر گرفت. در حالی که یک بال پرنده به دنبال به حداکثر رساندن کارایی کروز در سرعت های مادون صوت با حذف سطوح غیربالاکننده است، اجسام بالابر عموماً کشش و ساختار بال را برای پروازهای مافوق صوت، مافوق صوت و مافوق صوت یا ورود مجدد فضاپیما به حداقل می رساند . همه این رژیم‌های پرواز چالش‌هایی را برای پایداری مناسب پرواز ایجاد می‌کنند.

اجسام بالابر یک حوزه اصلی تحقیقاتی در دهه های 1960 و 1970 به عنوان وسیله ای برای ساخت یک فضاپیمای سرنشین دار کوچک و سبک وزن بود. ایالات متحده تعدادی هواپیمای معروف راکت بدنه بالابر را برای آزمایش این مفهوم و همچنین چندین وسیله نقلیه راکت پرتاب مجدد که بر فراز اقیانوس آرام آزمایش شدند، ساخت. با از دست دادن علاقه نیروی هوایی ایالات متحده به مأموریت سرنشین دار، علاقه کاهش یافت ، و توسعه عمده در طول فرآیند طراحی شاتل فضایی پایان یافت، زمانی که مشخص شد که بدنه های بسیار شکل، جا دادن مخزن سوخت را دشوار می کند.

Empennage و Foreplane [ ویرایش ]

مقاله‌های اصلی: Empennage و Canard (هوانوردی)

بال کلاسیک بخش ایروفویل در پرواز ناپایدار است و کنترل آن دشوار است. انواع بال انعطاف پذیر اغلب به یک خط لنگر یا وزن یک خلبان آویزان در زیر برای حفظ نگرش صحیح متکی هستند. برخی از انواع پرواز آزاد از یک آئروفویل سازگار که پایدار است یا مکانیسم‌های مبتکرانه دیگری از جمله، اخیراً، پایداری مصنوعی الکترونیکی استفاده می‌کنند.

اما به منظور دستیابی به تریم، پایداری و کنترل، اکثر انواع بال ثابت دارای یک بازشوی متشکل از یک باله و سکان هستند که به صورت افقی عمل می کنند و یک هواپیمای عقب و آسانسور که به صورت عمودی عمل می کنند. این به قدری رایج است که به عنوان چیدمان معمولی شناخته می شود. گاهی اوقات ممکن است دو یا چند باله وجود داشته باشد که در امتداد صفحه انتهایی فاصله دارند.

کانارد در ساب ویگن

برخی از انواع هواپیمای افقی " کانارد " جلوتر از بال اصلی، به جای پشت آن، دارند. [29] : 86  [30] [31] این هواپیمای جلویی ممکن است به ترمیم، پایداری یا کنترل هواپیما یا چندین مورد از این موارد کمک کند.

کنترل هواپیما [ ویرایش ]

کنترل بادبادک [ ویرایش ]

بادبادک ها توسط سیم هایی که به سمت زمین می روند کنترل می شوند. به طور معمول هر سیم به عنوان یک اتصال دهنده به قسمتی از بادبادک که به آن متصل است عمل می کند.

کنترل هواپیمای آزاد پرواز [ ویرایش ]

گلایدرها و هواپیماها سیستم های کنترل پیچیده تری دارند، به خصوص اگر خلبان باشند.

نوشتار اصلی: سیستم کنترل پرواز هواپیما

هواپیمای سبک معمولی ( Cessna 150 M) کابین خلبان با یوغ های کنترلی

کنترل های اصلی به خلبان اجازه می دهد تا هواپیما را در هوا هدایت کند. به طور معمول این موارد عبارتند از:

• یوغ یا جوی استیک چرخش هواپیما را حول محورهای زمین و چرخ کنترل می کند . یوغ شبیه فرمان است و چوب کنترل یک جوی استیک است . خلبان می تواند با فشار دادن یوغ یا چوب هواپیما را پایین بیاورد و با کشیدن آن هواپیما را بالا ببرد. چرخاندن هواپیما با چرخاندن یوغ در جهت رول مورد نظر یا با کج کردن چوب کنترل در آن جهت انجام می شود.
• پدال های سکان چرخش هواپیما را حول محور انحراف کنترل می کنند. دو پدال وجود دارد که طوری می چرخند که وقتی یکی به جلو فشار داده می شود دیگری به عقب حرکت می کند و بالعکس. خلبان روی پدال سکان سمت راست فشار می آورد تا هواپیما به سمت راست منحرف شود و روی پدال سمت چپ فشار می آورد تا آن را به سمت چپ منحرف کند. سکان عمدتاً برای متعادل کردن هواپیما در چرخش، یا برای جبران باد یا سایر اثراتی که هواپیما را حول محور انحراف می‌چرخاند، استفاده می‌شود.
• در انواع برقی، یک کنترل توقف موتور (مثلاً "قطع سوخت") و معمولاً یک اهرم دریچه گاز یا رانش و سایر کنترل ها مانند کنترل مخلوط سوخت (برای جبران تغییرات چگالی هوا با تغییر ارتفاع).

سایر کنترل های رایج عبارتند از:

• اهرم های فلپ که برای کنترل موقعیت انحراف فلپ ها روی بال ها استفاده می شود.
• اهرم های اسپویلر که برای کنترل موقعیت اسپویلرها روی بال ها و مسلح کردن استقرار خودکار آنها در هواپیماهایی که برای استقرار آنها در هنگام فرود طراحی شده اند استفاده می شود. اسپویلرها برای فرود بالابر را کاهش می دهند.
• کنترل‌های برش ، که معمولاً به شکل دستگیره یا چرخ هستند و برای تنظیم پیچ، رول یا انحراف استفاده می‌شوند. اینها اغلب به ایرفویل های کوچک در لبه دنباله سطوح کنترلی به نام "Trim Tabs" متصل می شوند. تریم برای کاهش میزان فشار روی نیروهای کنترلی مورد نیاز برای حفظ یک مسیر ثابت استفاده می شود.
• در انواع چرخدار، از ترمز برای کند کردن و توقف هواپیما بر روی زمین و گاهی اوقات برای چرخش روی زمین استفاده می شود.

یک کشتی ممکن است دارای دو صندلی خلبان با کنترل های دوگانه باشد که به دو خلبان اجازه می دهد به نوبت بنشینند. این اغلب برای آموزش یا برای پروازهای طولانی تر استفاده می شود.

سیستم کنترل ممکن است به اتوماسیون کامل یا جزئی پرواز اجازه دهد، مانند خلبان خودکار ، تراز کننده بال، یا سیستم مدیریت پرواز . یک هواپیمای بدون سرنشین خلبان ندارد اما از راه دور یا از طریق وسایلی مانند ژیروسکوپ یا سایر اشکال کنترل مستقل کنترل می شود.

ابزار دقیق کابین خلبان [ ویرایش ]

در هواپیماهای بال ثابت سرنشین دار، ابزارها اطلاعاتی از جمله پرواز ، موتورها ، ناوبری ، ارتباطات و سایر سیستم های هواپیما که ممکن است نصب شوند، در اختیار خلبانان قرار می دهند.

شش ابزار اصلی پرواز
ردیف بالا (از چپ به راست): نشانگر سرعت هوا، نشانگر وضعیت، ارتفاع سنج.
ردیف پایین (از چپ به راست): هماهنگ کننده چرخش، نشانگر سرفصل، نشانگر سرعت عمودی.

شش ساز اصلی که گاهی اوقات به آنها "سیکس پک" نیز گفته می شود به شرح زیر است: [32]

1. نشانگر سرعت هوا (ASI) سرعت حرکت هواپیما در هوای اطراف را نشان می دهد.
2. نشانگر نگرش (AI) که گاهی اوقات افق مصنوعی نامیده می شود ، جهت گیری دقیق هواپیما را در مورد محورهای زمین و چرخش آن نشان می دهد .
3. ارتفاع سنج ارتفاع یا ارتفاع هواپیما از سطح متوسط ​​دریا (AMSL) را نشان می دهد.
4. نشانگر سرعت عمودی (VSI) یا واریومتر ، سرعت بالا رفتن یا فرود هواپیما را نشان می دهد .
5. نشانگر سمت (HI) که گاهی اوقات ژیروسکوپ جهت دار (DG) نامیده می شود، جهت قطب نمای مغناطیسی را نشان می دهد که بدنه هواپیما به سمت آن است. جهت واقعی هواپیما که به سمت آن پرواز می کند تحت تأثیر شرایط باد است.
6. هماهنگ کننده چرخش ( TC) یا نشانگر چرخش و بانک ، به خلبان کمک می کند تا هواپیما را در حالتی هماهنگ در حین چرخش کنترل کند.

سایر ابزارهای کابین خلبان ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• یک رادیو دو طرفه ، برای برقراری ارتباط با سایر هواپیماها و کنترل ترافیک هوایی . هواپیماهایی که قبل از جنگ جهانی دوم ساخته شده اند ممکن است مجهز به رادیو نبوده باشند اما در حال حاضر در مواقع اضطراری ضروری هستند.
• یک نشانگر وضعیت افقی (HSI) ، برای نشان دادن موقعیت و حرکت هواپیما از بالا با توجه به زمین، از جمله مسیر/سرفصل و سایر اطلاعات.
• ابزارهایی که وضعیت هر یک از موتورهای هواپیما را نشان می دهد ( سرعت عملیاتی ، رانش ، دما و سایر متغیرها).
• سیستم های نمایش ترکیبی مانند نمایشگرهای اولیه پرواز یا کمک ناوبری .
• نمایشگرهای اطلاعاتی مانند نمایشگرهای رادار هواشناسی داخل هواپیما .
• جهت یاب رادیویی (RDF) ، برای نشان دادن جهت یک یا چند چراغ رادیویی، که می تواند برای تعیین موقعیت هواپیما استفاده شود .
• یک سیستم ناوبری ماهواره ای (satnav) برای ارائه موقعیت دقیق.

همچنین ببینید [ ویرایش ]

• پورتال هوانوردی

• مکانیک پرواز هواپیما
• هواپیمای مسافربری
• هواپیمایی
• هوانوردی و محیط زیست
• تاریخچه هوانوردی
• راندمان سوخت
• فهرست رکوردهای ارتفاعی که انواع هواپیماهای مختلف به دست آورده اند
• سرعت مانور
• روتورکرافت

منبع

https://en.wikipedia.org/wiki/Fixed-wing_aircraft