قدرت و گشتاور در موتورهای احتراق داخلی

کار ((Work :

زمانی که نیرو وارد شده روی یک جسم باعث تغییر مکان آن بشود ، روی آن جسم کار صورت گرفته است .مقدار آن برابر

نیرو × جابجایی است . در سیستم SI واحد نیرو نیوتن است که طبق تعریف برابر نیرویی است که به واحد جرم (Kg) ، شتابی معادل (1m/s) می دهد. واحد دیگری که از آن استفاده می شود ، کیلو گرم نیرو (Kgf) است که نیرویی است که به واحد جرم شتابی معادل شتاب ثقل (9.81m/s²) می دهد. واحد های مشابهی در سیستم انگلیسی مانند پوند جرم و پوند نیرو نیز کاربرد دارند.

گشتاور : (Torque)

حرکت دورانی ای که بر یک جسم یا محور اعمال می شود، گشتاور نام دارد که عبارت است از ، نیرو × بازوی اعمال نیرو.

(بازوی اعمال نیرو برابر فاصله ی عمودی راستای نیرو تا مرکز گردش است). منظور از گشتاور موتور اتومبیل ، گشتاور وارد به میل لنگ می باشد. واحد گشتاور در SI نیوتن-متر(N.m) و در سیستم انگلیسی پوند-فوت(lb.ft) است. در تبدیل این واحد ها به یکدیگر داریم :( 1 lb.ft =1.356 N.m )

باید توجه داشت که ، با آ نکه در ظاهر گشتاور و کار هر دو از حاصل ضرب نیرو و فاصله بدست می آید ، ولی یک اختلاف در فیزیک این دو وجود دارد ، به این ترتیب که گشتاور وارد شده به یک جسم لزومی برای گردش آن ایجاد نمی کند ولی چنانچه نیروی وارد شده بر یک جسم باعث حرکت ان نشود کار انجام نشده . در موتور اتومبیل گشتاور تولید شده همواره باعث گردش میل لنگ مشود .

قدرت (Power) :

قدرت یا توان برابر کار انجام شده در واحد زمان یا گشتاور اعمال شده در سرعت زاویه ای (رادیان بر ثانیه) است . واحد آن در سیستم متریک وات (W) یا کیلو وات (kW)است و در سیستم انگلیسی اسب بخار (HP) است.

, 1W=N.m/s اسب بخار انگلیسی , HP=550 lb.ft/s اسب بخار متریک HP=75 Kg.m/s

در تبدیل ان واحد ها به یکدیگر داریم :

متریکHP 1.36 = انگلیسی1kW = 1.34 HP

حجم جابجایی موتور((Engine Displacement Volume:

منظور از این عبارت ، حجم جابجایی موتور است . حجم جابجایی هر سیلندر برابر با حجم جاروب شده توسط پیستون در یک کورس حرکت(Stroke) خود است که برابر فاصله ی بین نقطه ی مرگ بالا TCو نقطه ی مرگ پایینBC می باشد .

حجم موتور برابر است با : V=n×π×L×(d/2)² که در این رابطه n تعداد سیلندر ، L کورس پیستون ، d قطر پیستون و V حجم موتور است ، که معمولا با cc ، لیتر یا in³ بیان می شود.

از آنجا که حجم موتور نشان دهنده ی میزان هوا یا مخلوطی است که موتور می تواند به درون بکشد ، تا برای احتراق مورد استفاده قرار دهد ، بنابراین عامل تعیین کننده ای در توانایی تولید قدرت و گشتاور توسط موتور است .

نسبت قطر سیلندر و کورس پیستون هم در قدرت و گشتاور تولید شده تاثیر دارند ولی مطالب مربوط به آنها از حوصله ی این نوشته خارج است ، و در کتاب های طراحی موتور به صورت کامل بیان شده است .

نسبت تراکم ((Compression Ratio :

نسبت تراکم نشان دهنده ی میزان فشرده شدن گاز در داخل سیلندر بوده و عبارت است از نسبت بیشترین حجم سیلندر ،یعنی زمانی که پیستون در نقطه ی مرگ پایین است ، به کمترین حجم سیلندر یعنی زمانی که پیستون در نقطه ی مرگ بالا است.

هر چه نسبت تراکم یک موتور بیشتر باشد ، قدرت و گشتاور بیشتری می تواند تولید کند ، این نسبت هم دارای محدودیت هایی است .

راندمان حجمی (Volumetric Efficiency) :

راندمان حجمی عبارت است از نسبت حجمی از هوا ، در فشار و دمای اتمسفر که در زمان مکش ، به داخل سیلندر کشیده می شود ، به حجم سیلندر . این مقدار به صورت درصدی ، بیان می شود و مقدار ایده آل آن 100% است. ولی به علت افت فشار سیال ( جریان هوا یا مخلوط سوخت-هوا ) در داخل سیستم تغذیه (از فیلتر هوا تا داخل سیلندر ) ، مانع ایجاد شده به وسیله ی سوپاپ ها و زمان بندی آن ها و از این دست مسا ئل ، همواره مقدار واقعی کمتر از 100% است . با افزایش ارتفاع از سطح دریا که فشار کم می شود ، راندمان حجمی موتور هم کم می شود ، چون این اختلاف فشار بین بیرون و داخل سیلندر است که عامل جریان یافتن سیال به داخل سیلندر است .

رسیدن به راندمان 100% و حتی بالا تر از 100% تنها با تغذیه ی اضافی یا پرخورانی موتور ممکن است . در این حالت هوا به صورت اجباری توسط سوپرشارژر (Supercharger) یا توربوشارژر (Turbocharger) به داخل سیلندر فرستاده می شود . عمل تغذیه ی اضافی موتور را با هر وسیله ای که انجام شود ، سوپرشارژ کردن (Supercharging) موتور می نامند . یکی از راه های افزایش قدرت و گشتاور موتور ، افزایش راندمان حجمی آن است .

عملکرد موتورها (Engins Performance) :

موتورهای درون سوز برای شروع به کار ، نیازمند رسیدن به یک سرعت اولیه ی مشخص می باشند ، این سرعت اولیه توسط استارت تامین می شود. پس از روشن شدن ، کمترین دور ممکن برای ادامه ی کار موتور ، دور آرام (Idle) نامیده می شود . با افزایش دور موتور از دور آرام ، قدرت و گشتاور تولید شده توسط آن ابتدا به سرعت افزایش یافته و پس از رسیدن به یک دور مشخص گشتاور به ماکزیمم خود می رسد . از این دور به بعد گشتاور رو به کاهش می گذارد . علت اساسی این کاهش پایین آمدن راندمان حجمی موتور است ، که خود به دلیل کاهش زمان لازم برای پر و خالی شدن سیلندر ها ، افت فشار در سیستم تغذیه ی موتور و مشکلات ناشی از زمان بندی سوپاپ ها که همه زایده ی دور زیاد موتور هستند ، ایجاد می گردد . معمولا ماکزیمم گشتاور در دوری بدست می آید که ماکزیمم راندمان حجمی وجود دارد . از این دور به بعد قدرت تا مدتی باز هم افزایش می یابد ولی با شدتی کمتر از قبل ؛ علت این موضوع با رابطه ی بین قدرت و گشتاور (P=T×ω) توجیه می شود . به این ترتیب که تا دور ماکزیمم گشتاور ، هم دور موتور و هم گشتاور در حال افزایش هستند و لذا قدرت هم به شدت افزایش می یابد . از دور ماکزیمم گشتاور به بعد ، گشتاور رو به کاهش می گذارد ؛ اما باز هم افزایش دور موتور، تا دور مشخصی ، بر کاهش گشتاور غالب است و لذا قدرت هنوز افزایش می یابد ولی با شدتی کمتر از قبل . از یک دور به بعد ، که در آن دور قدرت به ماکزیمم خود رسیده ، اثر کاهش گشتاور ، بیشتر از افزایش دور موتور می شود و از این دور به بعد قدرت هم کم می شود .

برای موتور ها معمولا تنها اعداد ماکزیمم گشتاور و قدرت در دور معین بیان می شود . با اینکه این اعداد برای مقایسه مفیدهستند ، ولی بیانگر تمام جنبه های عملکردی موتور نیستند ،زیرا هر موتور در هر دور معین یک قدرت و یک گشتاور مشخص تولید می کند . اگربخواهیم اطلاعات دقیقی از عملکرد یک موتور بدست آوریم ، باید منحنی های تغییر گشتاور و قدرت تولید شده توسط آن را ،در تمام دورها بررسی کنیم . ممکن است یک موتور ماکزیمم گشتاور بالایی داشته باشد ، که

مطلوب بنظر می رسد ، اما در طرفین ماکزیمم ، گشتاور افت بسیار زیادی داشته باشد و همچنین ممکن است ماکزیمم

گشتاور موتوری دیگر کمتر ، اما توزیع آن بسیار مناسب تر باشد ، به طوری که در اطراف نقطه ی ماکزیمم ، کسر زیادی

از مقدار ماکزیمم در دسترس باشد .

تلاش طراحان موتور بر این است که موتور، بیشترین گشتاور خود را در تمام محدوده ی کاری خود تولید نماید . برای دستیابی به این منظور ازمانیفولدهای تغذیه با مقطع بزرگ و سیستم اگزوز با کمترین پس فشار (Back Pressure) می توان استفاده کرد . این مسائل باعث بهبود تنفس و تولید قدرت بیشتردر دورهای بالا می گردد .

شکل شماره ی 1، منحنی های تغیرات قدرت و گشتاور بر حسب دور موتور در حالت حداکثر گاز (Full Throttle) را برای موتور 2 لیتری توربوی آئودی 1991-20V Turbo Quattro نشان می دهد .منحنی ای که شیب بیشتری دارد مربوط به منحنی تغییرات قدرت و منحنی دیگر مربوط به تغییرات گشتاور است . محور عمودی چپ ، محور قدرت و محور عمودی راست محور گشتاور بوده و محور افقی محور دور موتور بر مبنای دور بر دقیقه (rpm) است .

ماکزیمم گشتاور این موتور N.m310 در rpm2000 و ماکزیمم قدرت آنkW=217HP 155 در rpm5700 است .

با دقت در شکل می توان دید که ، نرخ افزایش قدرت (شیب منحنی قدرت) از دور ماکزیمم گشتاور به تدریج کم شده و پس از رسیدن به نقطه ی ماکزیمم خود ، به شدت کاهش می یابد .

شکل شماره ی 2، منحنی های تغییرات گشتاور و قدرت وm.e.p. را بر حسب دور موتور را برای حالت تمام گاز ، برای موتور 4.2 لیتری با تنفس طبیعی آئودی 1992-V8 را نشان می دهد . ماکزیمم گشتاور این موتور در دور موتور 4000 rpm برابر باlb-ft 276 است و قدرت آن در rpm 5800 به مقدار حداکثر HP 295 می رسد . در بررسی نمودار به مشاهداتی که در جدول قبل بیان شد ، خواهیم رسید .

با دقت در منحنی فشار موثر میانگین ( mep or Mean Effective Pressure) می توان دقیقا به رابطه ی گشتاور ایجاد شده و راندمان حجمی پی برد .

در مقایسه ی شکل 1و 2 ، به سهولت می توان شکل منحنی m.e.p. را در شکل 1 پیشبینی کرد . در بررسی منحنی های گشتاور و قدرت در دو شکل می توان به عملکرد توربوشارژر در بالا بردن راندمان حجمی و در نتیجه هموار شدن نمودار گشتاور پی برد .

در موتور توربوشارژ شده ماکزیمم گشتاور در دور موتور پایین تری بدست آمده و بعد از رسیدن به ماکزیمم افت گشتاور به کندی صورت می گیرد ، که این باعث پیدا شدن یک شیب مناسب برای قدرت موتور می شود و موتور می تواند در دورهای مختلف ، توانایی خود را در شتاب گیری آشکار سازد. این در حالی است که در موتورهای تنفس طبیعی به دلیل تخت نبودن منحنی گشتاور ، توان مناسب برای شتاب گیری تنها در محدوده ی کوچکی از دورهای موتور ، که در آن گشتاوری نزدیک به گشتاور ماکزیمم تولید می شود ، قابل دسترسی خواهد بود .

اگر بخش زیادی از گشتاور در دور موتور پایین قابل دسترس باشد ، موتور تولید شده از نظر مصرف سوخت ، موتوری اقتصادی خواهد بود . معمولا کمترین مصرف سوخت زمانی نتیجه می شود که حرکت در دنده ی مناسب و با بیشترین گشتاور تولید شده توسط موتور انجام شود .

توجه به این نکته قابل اهمیت است که ، گشتاور موتور تا رسیدن به چرخ های متحرک اتومبیل در گیربکس و دیفرنسیال ، متناسب با نسبت دنده های آن ها قابل تغییر است .

استانداردهای اندازه گیری قدرت و گشتاور موتور :

شاخصی که معمولا برای قدرت موتورها عنوان می شود ، توان ترمزی (BHP or Brake Horse Power) است این نام از نوعی ترمز موتور که برای اندازه گیری قدرت موتور استفاده می شده به جا مانده است ؛ امروزه این دستگاه جای خود را به دینامومتر داده است . دینامومتر وسیله ای شبیه به یک دینام الکتریکی است که برای جذب قدرت موتور استفاده می شود .

توان موتور را بعلاوه از روش های خط ویلان ، آزمایش مورس ، آزمایش موتور گردانی و روش شتاب معکوس نیز می توان سنجید .

توان ترمزی را می توان میزان قدرتی تعریف کرد که در محل فلایویل موتور قابل دسترس است و می تواند صرف به حرکت درآوردن اتومبیل شود . این میزان قدرت برابر است با میزان قدرتی که از احتراق حاصل می شود ، منهای قدرتی که برای غلبه بر اصطکاک داخلی ، خنک کاری موتور و گرداندن متعلقات موتور ، صرف می شود . البته تلفات حرارتی نباید نادیده گرفته شوند .

توان ترمزی به صورت خالص (Net) و ناخالص (Gross) عنوان می شود . توان خالص ، مقدار اندازه گیری شده در حالتی از آزمایش موتور است که کلیه ی متعلقات لازم برای بکارگیری موتور در مورد کاربرد عملی، شامل پمپ روغن ، پمپ آب ، پروانه ی رادیاتور ، دینام وسیستم استاندارد اگزوز اتومبیل ، روی آن نصب شده اند ؛ که هر یک از این وسایل کمی از توان مفید موتور را می کاهند . رقم ناخالص مربوط به حالتی است که همه یا برخی از این متعلقات در هنگام آزمایش روی موتور نصب نشده باشند .

مقادیرناخالص معمولا بین 10 تا 20 درصد بیشتر از مقادیرخالص هستند . بدیهی است که قدرت خالص موتور مقیاس دقیق تری برای ارائه ی مشخصات فنی موتور است ، بنابراین امروزه تمام سازندگان موظف به ارائه ی ارقام خالص جهت معرفی محصولات خود هستند .

راندمان حجمی موتور و راندمان حرارتی ترمزی (محوری) ، راندمان حرارتی اندیکاتوری ، راندمان مکانیکی ، راندمان روبشی ، راندمان نسبی ، راندمان تغذیه و راندمان احتراقی بر میزان توان و گشتاور تاثیر گذارند که بررسی همه ی این مسائل در این نوشتار ممکن نبود .

مراجع :

1- موتورهای دیزل ، نوشته ی اد می ، ترجمه ی امینی – افقی ، انتشارات کارنو ، 1381

2- موتورهای احتراق داخلی ، نوشته ی برات قبادیان ، انتشارات دانشگاه شهرکرد ، 1380

3- www.SJM Autotechnik.com

** برای مشاهده ی چند نمودار تورک / قدرت -دور موتور به سایت زیر مراجعه کنید:

http://www.sjmautotechnik.com/trouble_shooting/hpgraph.html#200t

آشنایی با ایرفویل (Airfoil) - قسمت ششم

پارامترهای تأثیرگذار در انتخاب ایرفویل:

با توجه به مطالبی که در 5 قسمت قبلی آمد، امیدواریم بینش اولیه و جامع درباره ایرفویل پیدا کرده باشید. حال به عنوان یک مهندس آیرودینامیک می خواهیم یک ایرفویل مناسب را از میان انبوهی از ایرفویلهای طراحی شده انتخاب کنیم.... به نظر شما چه پارامترهایی در انتخاب ما موثر است؟ در ادامه این مباحث تا آنجا که مقدوره پارامترهای اصلی را معرفی خواهیم کرد...

متخصصان آیرودینامیک و طراحان هواپیما برای انتخاب ایرفویل مناسب معمولا به چند منحنی مهم که از ایرفویلها بدست می آید توجه می کنند... این منحنی ها به شرح زیر هستند:

1) منحنی تغییرات ضریب برآ به زاویه حمله (Cl-alpha)

2) منحنی تغییرات L/D (یا همان Cl/Cd) به زاویه حمله (L/D-alpha)

3) منحنی تغییرات ضریب گشتاور ایرفویل به زاویه حمله (Cm-alpha)

4) منحنی تغییرات ضریب پسا به ضریب برآ (Cd-Cl)

منحنی تغییرات ضریب برآ به زاویه حمله (Cl-alpha)

این منحنی در قسمتهای قبلی به طور کامل شرح داده شد. سه پارامتر در این نمودار وجود دارد که برای طراحی بال هواپیما حائز اهمیت هست: 1) ضریب برآی ماکزیمم 2) زاویه حمله واماندگی 3) زاویه حمله برآ صفر ( Zero lift angle of attack - زاویه ای که در آن نیروی برآی ایرفویل صفر است.... این زاویه غالبا منفی است)

ضریب برآی ماکزیمم هر چقدر بیشتر باشد هواپیما می تواند در هنگام فرود با سرعت کمتر بنشیند که این خود باعث کوتاه شدن باند فرود می شود... در هنگام برخاست هم هواپیما می تواند زودتر از زمین بلند شود.... علاوه براین بالا بودن ضریب برآی ماکزمیم مصرف سوخت را کاهش داده و هواپیما می تواند محموله بیشتری را حمل کند.

زاویه واماندگی از دیگر مشخصه های مهم ایرفویل است.... هر چه قدر این زاویه بزرگتر باشد جریان دیرتر از روی ایرفویل جدا می شود و پدیده واماندگی دیرتر اتفاق می افتد. این امر برای جنگنده ها که نیاز به مانور بالا دارند حیاتی است. محدوده این زاویه تقریبا 10 تا 15 درجه (بسته به نوع ایرفویل) می باشد.

منحنی تغییرات L/D (یا همان Cl/Cd) به زاویه حمله (L/D-alpha)

پارامتر L/D یا همان نسبت برآ به پسا یکی از مهمترین مشخصه ها ایرفویل و هواپیماست.... این پارامتر معروف به « نسبت کارایی آیرودینامیکی » هست... و معمولا طراحان و متخصصان آیرودینامیک با عبارت L over D آن را تلفظ می کنند. (پس اگر جایی شنیدید تعجب نکنید!)... تلاشهای زیادی شده است که تا می توانند این نسبت را افزایش دهند زیرا افزایش آن به زبان ساده یعنی افزایش نیروی برآ در عین کاهش نیروی پسا.... این تعریف باخودش بسیاری از مشکلات آیرودینامیکی و طراحی را حل می کند! در این منحنی٬ زاویه حمله ای که در آن L/D ماکزیمم می شود٬مهمترین پارامتر است:

این زاویه بسیار با ارزش است .... زیرا اگر بال هواپیما در این زاویه حمله پرواز کند بهترین کارایی را خواهد داشت... به همین دلیل است که این زاویه به عنوان زاویه نصب بال انتخاب می شود.... محدوده این زاویه بین 3 تا 5 درجه برای ایرفویل است. مقدار L/D ماکزیمم هم پارامتر مهم دیگر این منحنی است.

منحنی تغییرات ضریب گشتاور ایرفویل به زاویه حمله (Cm-alpha)

ابتدا باید ذکر شود که این منحنی مربوط به ایرفویل است و ربطی به منحنی تعادل هواپیما ندارد. در منحنی تعادل هواپیما٬ ضریب گشتاور کل هواپیما نسبت به زاویه حمله آن مورد بررسی قرار می گیرد اما در اینجا منظور، ضریب گشتاور ایرفویل نسبت به تغییر زاویه حمله است.... با توجه به تعریف مرکز آیرودینامیکی می توان فهمید که چرا ضریب گشتاور حول مرکز آیرودینامیکی در منحنی زیر ثابت است:

مهمترین پارامتر این منحنی مقدار خود ضریب گشتاور است که یک طراح و متخصص آیرودینامیک مایل است تا می تواند این ضریب را کم کند. زیرا کم بودن آن به طراح اجازه می دهد که تعادل و پایداری بهتری را برای هواپیما به دست بیاورد.

منحنی تغییرات ضریب پسا به ضریب برآ (Cd-Cl)

این منحنی مهترین منحنی یک ایرفویل می باشد. در این منحنی کمترین مقدار C_d را C_dmin و C_l متناظر آن را C_li (ضریب برآی ایده آل)می نامند. در این منحنی سه پارامتر بسیار با اهمیت اند. پارامتر اول مقدار حداقل ضریب پسا (C_dmin) است که هر قدر کمتر باشد مطلوب تر است. پارامتر دوم ضریب برآی ایده آل (C_li- Ideal Lift Coefficeint) که در آن ضریب پسا حداقل است و آخرین پارامتر ضریب برآی طراحی (C_ld- Design Lift Coefficeint) که در آن نسبت L/D ماکزیمم است.

برای بدست آوردن نسبت برآی طراحی کافیست از مبدا مماسی به سمت راست منحنی بکشیم. محل تماس این مماس با منحنی همان مقدار C_ld می باشد.

آشنایی با ایرفویل (Airfoil) - قسمت پنجم

در این قسمت با انواع دیگری از ایرفویلها آشنا می شویم:

ایرفویل انحنادار: این ایرفویل ها دارای انحنا هستند. یعنی به غیر خط وتر، خط دیگری به نام خط انحنا (camber line) وجود داره که فاصله سطح بالایی و سطح پایینی ایرفویل از این خط یکی هست. در ایرفویل متقارن این خط منطبق بر خط وتر می شد:

همانطور که در قسمت سوم مباحث آموزشی درباره ایرفویل بحث شد، انحنا از جهتی مفید است و از جهت دیگر مضر.... از این جهت مفید است که با افزایش انحنای ایرفویل، مقدار نیروی برآ افزایش می یابد و این امر برای ما مطلوب است... در عین حال افزایش انحنا مقدار نیروی پسا را نیز افزایش می دهد و هم چنین باعث می گردد که ایرفویل در زاویه حمله کوچکتری دچار واماندگی شود که این شرایط برای ما مطلوب نیست...

به همین علت هست که در هواپیما ها از ایرفویل با انحنای متغییر استفاده می شود. شاید سوال شود که چطور می شود انحنای ایروفیل را تغییر داد؟... به سادگی ... این کار توسط ابزاری به نام فلپ (flap) انجام می گیرد. در واقع فلپ بالکی است که در انتهای ایرفویل قرار می دهند و با تغییر زاویه آن، انحنای ایروفیل تغییر می کند. فلپها انواع مختلفی دارند که در شکل زیر مشاهده می کنید:

فلپ ها معمولا نزدیک ریشه بال هواپیما (در مجاورت بدنه) قرار می گیرند که شکل زیر گویای این امر است:

البته برخی از هواپیماها بیش از یک فلپ دارند:

اینجاست که متوجه می شویم که چرا هواپیماها در هنگام بلند شدن از زمین (take off) و فرود (landing) از فلپ استفاده می کنند. در این وضعیت ها به خاطر پایین بودن سرعت هواپیما، نیروی برآ برای پرواز کافی نیست، بنابراین با استفاده از فلپها انحنای ایرفویل بالها افزایش و در نتیجه نیروی برآ افزایش می یابد. و همچنین در بقیه شرایط پروازی که سرعت هواپیما زیاد است، از فلپها استفاده نمی شود، چون استفاده از فلپ مساویست با افزایش انحنای ایرفویل و در نتیجه افزایش نیروی پسا.... در شکل زیر بوئینگ 747 را مشاهده می کنید که در حالت فرود کاملا فلپها را باز کرده است:

ایرفویل فوق بحرانی (supercritical): وقتی هواپیماها نزدیک سرعت صوت می شوند، در بعضی از قسمت های آنها امواج ضربه ای ایجاد می گردد. در اینجا قصد نداریم که این امواج را شرح دهیم اما همین قدر بدانید که با تشکیل این امواج، نیروی پسا به شدت افزایش پیدا می کند. برای جلوگیری از این امر در سال 1960 میلادی ایرفویلهایی موسوم به فوق بحرانی (supercritical) طراحی شد. خاصیت آنها این بود که موج ضربه ای ضعیف تری نسبت به ایرفویلهای معمولی ایجاد می کردند و هواپیماهایی که این ایرفویلها در آنها به کار رفته شده بود می توانستند تا سرعتهای بیشتری شتاب بگیرند.

در شکل زیر هواپیمای f-8 را مشاهده می کنید که مجهز به ایرفویل فوق بحرانی است:

سطح بالایی این ایرفویلها نسبتا مسطح است. اما سطح زیرین، نزیک لبه فرار انحنایی وجود دارد که بارزترین مشخصه ایرفویلهای فوق بحرانیست.

آشنایی با ایرفویل (Airfoil) - قسمت چهارم

مرکز فشار ایرفویل: نقطه ای در ایرفویل می باشد که برآیند تمامی بارهای گسترده آیرودینامیکی در آن نقطه وارد می گردد.

مرکز فشار معمولا در محاسبات به کار نمی رود زیرا با تغییر زاویه حمله مکان آن در ایرفویل تغییر می کند و باعث پیچیده شدن محاسبات می شود. به همین دلیل از مرکز آیرودینامیکی استفاده می کنند که در ادامه خواهد آمد. هر چقدر زاویه حمله افزایش پیدا می کند، مرکز فشار به سمت لبه حمله ایرفویل حرکت می کند. شکل زیر گویای این امر هست:

مرکز آیرودینامیکی ایرفویل: نقطه ایست که گشتاور حاصل از نیروهای آیرودینامیکی مستقل از تغییرات زاویه حمله ایرفویل می باشد. این نقطه از این جهت اهمیت زیادی دارد. در واقع ما برآیند نیروهای گسترده آیرودینامیکی را به این نقطه منتقل کرده و متناسب با‌ این جابه جایی نیرو ٬گشتاوری را با نام Mدر نظر می گیریم (منظور از گشتاوری که در ابتدای تعریف آمده است همین گشتاور M است). که در شکل زیر مشخص است:

مرکز آیرودینامیکی حدودا در فاصله C/4 (یک چهارم طول وتر ایرفویل) از لبه حمله ایرفویل قرار دارد.

ایرفویل متقارن: ایرفویل متقارن ایرفویلی است که انحنایی(‍‍camber) ندارد و به عبارت دیگر فاصله هر دونقطه بالایی و پایینی آن از وتر یکی می باشد. برای مثال ایرفویل زیر متقارن است:

در آیرودینامیک نظریه ای وجود دارد به نام نظریه کلاسیک مقطع بال نازک که حاصل آن برای ایرفویل متقارن این است:

1) رابطه ضریب برآ با زاویه حمله به صورت زیر است:

2) مرکز فشار و مرکز آیرودینامیکی، هردو در نقطه ربع وتر (C/4) قرار دارند.

خب نتایج بالا به چه درد می خورد؟!! بیایید آزمایش زیر را انجام دهیم :

صفحه تخت نمونه ای از یک ایرفویل متقارن است. بنابراین مرکز فشار آن یعنی نقطه ای که برآیند نیروهای آیرودینامیکی به آن وارد می شود در یک چهارم وتر آن است.

اگر این صفحه را به جلو پرتاب کنیم، دور خود به گردش در می آید. مطابق شکل زیر:

دلیل این امر واضح است. مرکز ثقل صفحه در وسط آن قرار دارد حال آنکه محل اعمال نیروهای آیرودینامیکی در یک چهارم وتر است. این امر گشتاوری را مطابق شکل ایجاد می کند:

حال اگر یک وزنه روی صفحه قرار دهید به طوری که محل مرکز ثقل با مرکز فشار منطبق گردد (یعنی مرکز ثقل در یک چهارم وتر قرار گیرد)، آنگاه با پرتاب آن به سمت جلو شاهد پرواز پایدار صفحه خواهید بود.

آشنایی با ایرفویل (Airfoil) - قسمت سوم

نکاتی درباره نمودار «ضریب برآ - زاویه حمله»

زاویه حمله واماندگی : زاویه حمله ایست که در آن واماندگی رخ می دهد و در نمودار متناظر است با زاویه حمله ای که در آن ضریب برا ماکزیمم می شود. طبیعی است که هر چه قدر این زاویه بزرگتر باشد برای ما مطلوب تر است زیرا هواپیما می تواند در زاویه حمله بیشتری پرواز کند و قابلیت مانورپذیری بیشتری پیدا می کند.

زاویه حمله برآ صفر : زاویه ایست که نیروی برآی ایروفویل در آن زاویه صفر می باشد. این زاویه معمولا کوچکتر مساوی صفر است. به عبارت دیگر این زاویه، در ایرفویلهای متقارن صفر و در ایرفویلهای نامتقارن (انحنا دار) منفی می باشد.

شیب برآ: در واقع شیب منحنی ضریب برآ در قسمت خطی می باشد که معمولا با a نمایش می دهند.

شاید سوال شود که آیا این منحنی مهم و پرکاربرد برای یک ایرفویل معین همیشه منحصر به فرد است؟ پاسخ منفیست!! عدد رینولدز (Re) پارامتریست که باعث تغییر شکل این نمودار می گردد. با تغییر عدد رینولدز تنها ضریب برآی ماکزیمم و به تبع آن زاویه حمله واماندگی تغییر می کند و بقیه پارامترها از جمله شیب برآ و زاویه حمله برا صفر ثابت می ماند.

تغییرات هندسی ایرفویل

تغییر ضخامت ایرفویل: افزایش ضخامت ایرفویل ضریب برآی ماکزیمم را ابتدا افزایش می دهد و سپس کاهش....

مثلا در شکل زیر می توانید تفاوت دو منحنی ضریب برا برای دو ایرفویل نازک(صفحه تخت) و ضخیم (NACA 4412) را مشاهده کنید:

تغییر انحنا (camber) ایرفویل:‌ با افزایش انحنای ایرفویل، ضریب برآ به صورت زیر افزایش می یابد:

همانطور که می بینید افزایش انحنای ایرفویل این تاثیر مثبت را دارد که ضریب برآ افزایش پیدا کند و زاویه حمله برآصفر منفی تر می گردد... اما این عیب نیز وجود دارد که انحنای ایروفویل باعث جدایش سریعتر جریان می گردد یعنی زاویه واماندگی کوچکتر شده و سریعتر اتفاق می افتد.

تغییرات بالا را میتوانید به وضوح در آدرس زیر که توسط ناسا طراحی شده است به صورت آنلاین امتحان کنید و لذت ببرید! البته لازمه استفاده از این نرم افزار نصب برنامه جاوا بر روی سیستمتان هست:

http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/foil3.html

آشنایی با ایرفویل (Airfoil) - قسمت دوم

بیایید با دیگر مشخصات و داده های ایرفویل آشنا بشویم... ایرفویل ها در واقع یک تعریف هستند و از داده های آنها در عالم واقعی استفاده می شود....ایرفویل ها با بال هواپیما یک فرق اساسی دارند و آن اینست که بال هواپیما یک بال متناهی است در حالی که ایرفویل بال نامتناهی است و این فرق اساسی باعث می شود که ضرایب برآ، پسا و گشتاور در این دو برابر نباشد.

هر ایرفویل ضرایب برا، پسا و گشتاور مربوط به خود را دارد. در زیر ضریب برآی ایرفویل و تأثیرات هندسه آن بر این ضریب را بررسی خواهیم کرد:

ضریب برا وابستگی مشهودی به زاویه حمله دارد. بر همین اساس نمودار معروف و پرکاربردی از این وابستگی می توان رسم کرد:

همانطور که از شکل پیداست این نمودار به دو قسمت خطی و غیر خطی تقسیم می شود. با افزایش زاویه حمله ایرفویل، ضریب برآ افزایش می یابد اما این افزایش حدی دارد.... در واقع این حد را نقطه واماندگی تعیین می کند یعنی اینکه زاویه حمله به حدی می رسد که بعد از آن نیروی برآ با افت شدیدی روبرو خواهد شد.

در ناحیه خطی نمودار ، جریان حول مقطع بال هموار است و همانطور که از تصویر مشاهده میشود خطوط جریان اکثرا با سطح تماس دارند، اما همینکه زاویه حمله بیشتر می شود، جریان تمایل بیشتری به جدایش از سطح بالای ایرفویل پیدا می کند و ناحیه جدا شده از سطح ایرفویل بزرگ و بزرگتر خواهد شد.

همانطور که از شکل پیداست دنباله بزرگی از هوای مرده در پشت ایرفویل به وجود می آید، در داخل این ناحیه جدایش، جریان در حال گردش است که به آن جریان معکوس می گویند. جدایش جریان از آثار لزجت است و نتیجه جدایش جریان افت نیروی برآ و ازدیاد نیروی پسا است. وقتی جدایش جریان به حدی میرسد که نیروی برا به صورت ناگهانی افت شدیدی پیدا می کند، می گوییم که ایرفویل به نقطه واماندگی رسیده است (همان نقطه که در نمودار ضریب برا از حالت خطی خارج می شود). بیشترین مقدار ضریب برا که قبل از پدیده واماندگی رخ می دهد، ضریب برآی ماکزیمم (Cl max) نشان می دهند. ضریب برآی ماکزیمم یکی از پارامترهای مهم در ایرفویل هاست و بخش بزرگی از تحقیقات جدید در خصوص بالاتر بردن این پارامتر می باشد.

راکت آبی

  اینهم یه کتاب کامل در مورد موشک آبی با مطالب بسیار مفید و کاربردی

یک هندبوک کامل برای علاقه مندان

DOWNLOAD Bottle Rocket Handbook-Leo C.Singleton

رمز فایل: www.asec.blogfa.com

Bottle Rocket Handbook-Leo C.Singleton

آشنایی با ایرفویل (Airfoil) - قسمت اول

ایرفویل (Airfoil)

به مقطع هر جسمی که در جریان هوا قرار می گیرد، ایرفویل گویند. ایرفویلهایی که در شکل مشاهده می کنید، مقاطعی هستند که در بال هواپیما و یا در پره های ملخ موتور استفاده می گردند و ایجاد نیروی برآ می کنند. در اینجا قصد داریم اطلاعات فنی و حرفه ای درباره ایرفویل هواپیما را بررسی کنیم.

قسمت جلویی ایرفویل لبه حمله (Leading Edge) نامیده می­شود و اولین محل تماس با هوا می­باشد و از نظر طراحی ظرافت و حساسیت بالایی دارد. قسمت انتهایی، لبه­ی فرار (Trailing Edge) نامیده می­شود و مانند یک لبه­ی تیز است و در انتهای این محل هوای قسمت بالایی و قسمت پایینی به یکدیگر می­رسند. روی آن «سطح زبرین» یا «انحنای رویی» (Upper Camber)نامیده می­شود و زیر آن «سطح زیرین» یا «انحنای زیرین» (Lower Camber) نامیده می­شود.

خط وتر (Cord line)خط مستقیمی که لبه ی حمله را به لبه ی فرار وصل می­کند. طول خط وتر را با حرف c نشان می­دهند.
خط انحنای میانه ( mean camber line)
خطی است که هر نقطه از آن به یک اندازه از مرزهای سطوح زیرین و رویی فاصله دارد و این فاصله­ها عمود بر خط مرکزی اندازه­گیری می­شود. به بیان ساده­تر خط میانی خطی است که شکل ایرفویل را به دو قسمت مساوی در جهت طول ایرفویل تقسیم می­کند.

مقطع بال هواپیماها استاندارد گذاری های مختلفی دارد. یکی از معروفترین استانداردها مربوط به ایرفویلهایی موسوم به ناکا (National Advisory Committee for Aeronautics - NACA) می باشد. ایرفویلهای ناکا سری های مختلفی دارند که در زیر هر کدام را به اختصار شرح می دهیم:

سری 4 رقمی: رقم اول نشاندهنده بیشترین خمیدگی بر حسب صدم وتر – دومین رقم، فاصله نقطه بیشترین خمیدگی از لبه حمله بر حسب دهم وتر – دو رقم آخر، بیشترین ضخامت برحسب صدم وتر

برای مثال در مقطع بال NACA 3513 اگر طول وتر را با C نمایش دهیم:

یا در مثالی دیگر ایرفویل NACA 2412 دارای بیشترین انحنا در 0.02 طول وتر که در فاصله 0.4 طول وتر از لبه حمله قرار گرفته است و بیشترین ضخامت 0.12 طول وتر می باشد:

خانواده‌های مختلفی از ایرفویل‌ها توسط سازمانهای طراحی و مراکز تحقیقاتی مختلف ارائه شده است که این ایروفویل‌ها حاصل فعالیت‌‌های تجربی و یا محاسبات عددی می‌باشند.از مشهورترین آنها می‌توان به خانواده‌‌های زیر اشاره نمود:

NACA series 4, 5, 6 - Eppler - Clarck - AH (Althaus) - Boeing

برای درک بیشتر و آشنایی با سری های بعدی ناکا، به آدرسهای زیر بروید:

http://www.ppart.de/aerodynamics/profiles/NACA4.html

http://people.clarkson.edu/~pmarzocc/AE429/The%20NACA%20airfoil%20series.pdf

ادامه دارد....

تصاویر متحرکی از مکانیسمها ی مکانیکی

در این تاپیک تصاویر متحرکی از مکانیسمها ی مکانیکی گذاشته میشه
لطفا شما هم کمک کنید تا یه مجموعه بزرگ داشته باشیم


موتورهای محوری هواپیما
از این موتور در جنگ جهانیه اول و اوایل جنگ جهانیه دوم و در بعضی موتورهای نیمه صنعتیه حال حاظر استفاده میشده و میشه
این موتور هوا خنک و نسبت به وزن بسیار قوی است و سرعت بالایی میتواند داشته باشد
نام دیگر این موتور موتور ستاره ای است
البته این موتور 5سیلندر است اما به شخصه در فیلمهای مستند تا 12 سیلندر هم دیدم

گیربکس (جعبه دنده) دستی خودرو
این جعبه دنده 4سرعته+دنده عقب تقریبا مدل جعبه دنده ی پیکان است و تقریبا منقرض شده اما اصول جهبه دنده ها همین منوال اما با کمی تغییره به غیر از cvt

چرخ خیاطی

نوعی از ماشین بخار از این مکانیسم برای تبدیل حرکت رفت و برگشتی به دورانی استفاده میکرده

موتور ساعت از این مکانیسم کلی برای حرکت غیر پیوسته و منظم استفاده میکنه البته ساعتهای جدید متفاوت هستن واز سیمپیچ و خازن و کوارتز استفاده میکنند

پلوس خودروهای دیفرانسیل جلو بدون این قطعه ماشین دیفرانسیل جلو وجود نداشت
و خودروها هیچوقت به این شکل نمیتوانستند ساخته شوند چون مجبور بودند در همه ی محورها ی انتقال دورانی مستقیم و بدون انحراف باشند

اسلحه ناوهای جنگی

موتور اتومبیل از نوع گردان (Wankel) که اختراع بسیار جالبی است و در برخی خودرو های خاص استفاده می شود و قدرت بسیار بالایی دارد و میتواند خیلی بیشتر از هر موتور درونسوز دیگری سوخت را به انرژی تبدیل کند

دیکشنری مواد

 

 

دانلود

جزوه جوش

جزوه جوش در فرمت پاورپوینت . جزوه ای بسیار کامل که شامل 5 فصل می باشد .

لینک کمکی فصل 1 و 2 و 3

به حجم 6.97 مگابایت

در فرمت فشرده rar

Download


لینک کمکی فصل 4 و 5

به حجم 4.84 مگابایت

در فرمت فشرده rar

Download

طراحی مخازن تحت فشار

طراحی مخازن تحت فشار

در این مقاله می توانید با اصول طراحی مخازن تحت فشار و همچنین محاسبه تنش های محیطی و شعاعی در آن ها آشنا شوید:

لینک دانلود

دانلود کاتالوگ برخی از شیر های هیدرولیکی

دانلود کاتالوگ برخی از شیر های هیدرولیکی 

Two-Way Valves/Threaded Connectors
High Pressure Hydraulic Ball Valves
Valve Features / Design
Block Body High Pressure 1/8" - 1 1/2"
Forged Body High Pressure 1 1/4" - 2"
Block Body Medium Duty 1/4" - 1 1/2"
High Pressure Port Adaptors
HBV 12,000 PSI Series Valves 1/4" - 1"

Two-Way Valves/SAE Split Flange Connectors
Block Body Code 61/62 1/2" - 1"
Forged Body Code 61/62 1 1/4" - 2"
SAE Split Flange/Mating Flange Combination
Direct Mount Code 61/62 Combination 1/2" - 2"
Direct Mount Code 61 2 1/2" - 5"
Direct Mount High Pressure DIN Flanges 2 1/2" - 5"
Direct Mount Manifold Style 1/2" - 2"

Multi-Way Valves/Threaded Connectors
Compact Three-Way Diverter Valves 1/8" - 2"
Three and Four Multi-Way Valves 1/4" - 1 1/2"

Manifold Valves
Two-Way BBV 25 Series 1/4"- 2"

Locking Kit Options

Seal Kit Options

a Actuators/Other Options

Two Piece Valves - 2BVM Series

Low Pressure Ball Valves and Adaptors
Low Pressure Ball Valves 1/4" - 4"
Low Pressure Port Adaptors

Stainless Steel 2000 PSI Ball Valves
2BVM Series - Two-Way Valve
2BMV3 Series - Three-Way Valve
3BVM Series - Three Piece, Two-Way Valve

Flow Control, Needle and Check Valves
Check Valves - RV & RVM Series
Needle Valves - NDV & NVH Series
Flow Control Valves - NDRV & FCH Series
Pressure Compensated Flow Control Valves - PNDRV Series
Needle Valves – Medium Pressure (3000 PSI) NVM Series
Flow Control Valves - Medium Pressure (3000 PSI) FCM Series
Panel Mounting Kits
Gauge Isolator Valves SWS Series - Single & Multi Station
Gauge Isolator Needle Valves SWS Series - In-line and 90º Style