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.