Принсипҳои асосии физика дар илми ҳавопаймоӣ
Илми ҳавопаймоӣ на танҳо дар бораи муҳаррикҳои пуриқтидор ё тарҳрезии муосири ҳавопаймоҳо мебошад; он инчунин ба принсипҳои физика асос ёфтааст, ки шарҳ медиҳанд, ки чӣ гуна ҳавопаймо метавонад устувор, бехатар ва самаранок парвоз кунад. Аз парвоз то фуруд омадан, ҳар як марҳилаи парвоз таъсири мутақобилаи мураккаби байни қувваҳо, фишор, энергия ва динамикаи моеъро дар бар мегирад. Фаҳмидани асосҳои физикаи ҳавопаймоӣ ба мо кӯмак мекунад, ки дарк кунем, ки чӣ гуна ҳавопаймоҳо қувваи бардоришро ба вуҷуд меоранд, муқовимати ҳаворо паси сар мекунанд, устувориро нигоҳ медоранд ва сӯзишвориро сарфа мекунанд.
1. Чор қувваи асосӣ, ки дар ҳавопаймо амал мекунанд
Ҳангоми парвоз, чор қувваи асосӣ ҳамеша ба ҳавопаймо таъсир мерасонанд: бардоштан, вазн, тела ва кашолакунӣ. Ин чор қувваи таъсиррасон барои муайян кардани он, ки ҳавопаймо боло меравад, фуруд меояд, суръат мегирад ё суст мешавад.
1. Қувваи болобардорӣ қувваи болобардорист, ки аз ҷониби болҳо барои муқобилат ба вазни ҳавопаймо ба вуҷуд меояд. Қувваи болобардорӣ бояд ба қадри кофӣ калон бошад, то ҳавопайморо аз хатти парвоз боло бардорад ва онро дар ҳаво нигоҳ дорад.
2. Вазн қувваи ҷозибаест, ки ҳавопайморо ба поён мекашад. Ҳар қадар массаи ҳавопаймо (аз ҷумла мусофирон, бор ва сӯзишворӣ) зиёд бошад, ин қувва ҳамон қадар зиёдтар аст.
3. Қувваи теладиҳанда қувваи теладиҳандаи пеш аст, ки аз ҷониби муҳаррик, хоҳ винт бошад, хоҳ муҳаррики реактивӣ, ба вуҷуд меояд. Қувваи теладиҳанда барои ноил шудан ва нигоҳ доштани суръат зарур аст.
4. Кашидашавӣ қувваи муқовимати ҳаво аст, ки ба ҳаракати пеши ҳавопаймо муқобилат мекунад. Кашидашавӣ бо суръати баландтар парвоз кардани ҳавопаймо ё вақте ки шакли ҳавопаймо камтар аэродинамикӣ аст, зиёд мешавад.
Парвози устувор вақте ба амал меояд, ки бардоштан бо вазн ва тела додан бо кашиш мувозинат карда шавад. Агар як қувва бартарӣ дошта бошад, ҳавопаймо тағирёбии ҳаракатро аз сар мегузаронад.
2. Аэродинамика ва механизми ташаккули лифт
Баландбардорӣ аксар вақт тавассути ду мафҳуми мукаммал шарҳ дода мешавад: фарқияти фишор ва каҷравии ҷараёни ҳаво (поёншавӣ). Болҳои ҳавопаймо шакли махсусе доранд, ки онро фольга меноманд, ки одатан дар боло каҷ ва дар поён ҳамвор аст. Ҳангоми ҷараёни ҳаво дар атрофи фольга, суръат ва фишор тағйир меёбад.
Мувофиқи принсипҳои динамикаи моеъ, вақте ки ҷараёни ҳаво суръат мегирад, фишори он майл ба камшавӣ дорад. Дар бол, қисми болоии ҷараёни ҳаво метавонад фишори пасттар дошта бошад, дар ҳоле ки қисми поёнӣ майл ба фишори баландтар дорад. Ин фарқияти фишор он чизест, ки қувваи бардоришро ба вуҷуд меорад.
Ғайр аз ин, бол инчунин ҳаворо ба поён "тела медиҳад". Мувофиқи Қонуни сеюми Нютон (аксуламали амал), агар бол ба ҳаво қувваи поёнӣ таъсир расонад, ҳаво ба бол қувваи реаксияи болоӣ таъсир мерасонад. Ин ду нуқтаи назар мухолиф нестанд, балки ду нуқтаи назар дар шарҳи як падида мебошанд.
Қувваи бардоштан инчунин аз кунҷи ҳамла, кунҷи байни хордаи бол ва самти ҷараёни ҳаво таъсир мегирад. Кунҷи калонтари ҳамла одатан бардоришро то андозае зиёд мекунад. Агар кунҷи ҳамла хеле калон бошад, ҷараёни ҳаво метавонад аз сатҳи бол ҷудо шавад ва боиси банд мондан (аз даст додани қувваи бардоштан) гардад.
3. Фишор, суръат ва баландӣ: Нақши атмосфера
Шароити атмосфера ба самаранокии парвоз таъсири назаррас мерасонад. Бо баланд шудани баландии ҳаво, зичии ҳаво одатан кам мешавад. Зичии ҳаво ба қувваи бардоштан ва тела додан (барои муҳаррики муайян) таъсир мерасонад. Барои тавлиди ҳамон як бардоранда дар ҳавои тунук, ҳавопаймо бояд тезтар парвоз кунад ё аз конфигуратсияҳои мушаххаси болҳо, ба монанди клапанҳо, истифода барад.
Ҳарорат низ нақш мебозад. Ҳавои гарм одатан нисбат ба ҳавои хунук зичии камтар дорад. Аз ин рӯ, дар фурудгоҳҳои гарм ё дар баландиҳои баланд, ҳавопаймоҳо аксар вақт барои парвоз ба хатсайрҳои дарозтари парвоз ниёз доранд. Халабонҳо ва банақшагирони парвоз ин омилро тавассути мафҳумҳое ба монанди баландии зичӣ, баландии "баробар", ки зичии воқеии ҳаворо инъикос мекунад, ба назар мегиранд.
4. Кашолакунӣ ва чӣ гуна ҳавопаймоҳо онро кам мекунанд
Муқовимат омили асосии муайян кардани самаранокии сӯзишворӣ мебошад. Умуман, муқовимат ба ду категория тақсим мешавад:
1. Муқовимати паразитӣ, ки аз сабаби соиши ҳаво дар сатҳи ҳавопаймо ва шакли фюзеляж ба вуҷуд меояд, ки ҷараёни онро "монеъ" мекунад. Муқовимати паразитӣ бо афзоиши суръат якбора меафзояд.
2. Кӯшиши индуксионӣ, ки дар натиҷаи тавлиди лифт ба вуҷуд меояд. Вақте ки бол лифт ба вуҷуд меорад, дар нӯги болҳо гирдбодҳо пайдо мешаванд ва мушорикатро зиёд мекунанд. Кӯшиши индуксионӣ одатан дар суръати паст (масалан, ҳангоми парвоз ва фуруд омадан) бештар зоҳир мешавад.
Барои кам кардани кашолакунӣ, тарҳҳои ҳавопаймоҳо шаклҳои аэродинамикӣ, сатҳҳои ҳамвор ва дастгоҳҳоеро ба монанди болҳои бол дар нӯгҳои бол истифода мебаранд, то гирдоби ҳаворо кам кунанд. Ҳангоми парвози круизӣ, ҳавопаймоҳо бо омезиши суръат ва баландие кор мекунанд, ки кашолакунии умумӣ ва истеъмоли сӯзишвориро ба ҳадди ақалл мерасонад.
5. Қувваи тела: Мошинҳо ва принсипҳои амал-реаксия
Муҳаррикҳои ҳавопаймоӣ бар асоси принсипҳои нигоҳдории импулс ва реаксияи амал қувваи теладиҳандаро ба вуҷуд меоранд. Дар муҳаррики реактивӣ ҳаво аз даромадгоҳ ворид мешавад, фишурда мешавад, бо сӯзишворӣ омехта мешавад ва сӯзонида мешавад ва сипас газҳои гарм ва баландсуръат ба қафо хориҷ карда мешаванд. Кӯмаки теладиҳанда ба пеш ҳамчун аксуламал ба шитоби қафои массаи ҳаво ба вуҷуд меояд.
Дар ҳавопаймоҳои бо винт ҳаракаткунанда, винт мисли "боли чархзананда" амал мекунад, ки ҷараёни ҳаворо ба ақиб суръат мебахшад ва ба пеш тела медиҳад. Ҳам ҳавопаймоҳои реактивӣ ва ҳам ҳавопаймоҳои бо винт ҳаракаткунанда мафҳуми импулсро истифода мебаранд: ҳар қадар массаи ҳаво бештар суръат гирад ё ҳар қадар тағирёбии суръат зиёдтар бошад, ҳамон қадар тела бештар ба вуҷуд меояд.
Самаранокии муҳаррик аз шароити корӣ вобаста аст. Муҳаррикҳои реактивӣ одатан дар суръати баланд ва баландиҳои парвоз самараноктаранд, дар ҳоле ки муҳаррикҳои винтӣ барои суръати пасттар ва парвозҳои кӯтоҳтар мувофиқтаранд.
6. Устуворӣ ва назорат: Танзими ҳаракати ҳавопаймо
Устувории ҳавопаймо се меҳвари асосиро дар бар мегирад:
1. Қатор (бинӣ боло ва поён), ки тавассути лифтҳо дар думи уфуқӣ идора карда мешавад.
2. Ғалтондан (чап-рост майл кардан), ки аз ҷониби элеронҳо дар болҳо идора карда мешавад.
3. Нимгардиш (бинӣ ба чап-рост гардиш мекунад), ки аз ҷониби руль дар думи амудӣ идора карда мешавад.
Ин сатҳҳои идоракунӣ тақсимоти қувваҳои аэродинамикиро тағйир медиҳанд, то ба ҳавопаймо имкон диҳанд, ки маневр кунад. Масалан, элеронҳо боиси он мешаванд, ки як бол нисбат ба боли дигар қувваи бештари бардориш ба вуҷуд орад ва боиси чарх задани ҳавопаймо дар атрофи меҳвари гардиши худ гардад.
Устуворӣ инчунин аз мавқеи маркази вазнинӣ ва маркази фишор таъсир мегирад. Ҳавопаймоҳо тавре тарҳрезӣ шудаанд, ки пас аз нооромиҳои ночиз, ба монанди турбулентӣ, ба ҳолати устуворӣ баргарданд. Аммо, дар баъзе ҳавопаймоҳои муосир, устувории "табиӣ"-ро метавон барои баланд бардоштани чолокӣ коҳиш дод, ки ин бо ёрии системаҳои электронии идоракунӣ, ба монанди парвози симӣ, имконпазир аст.
7. Идоракунии энергия, суръат ва парвоз
Физикаи парвозро инчунин тавассути мафҳуми энергия фаҳмидан мумкин аст. Ҳавопаймо энергияи кинетикӣ (аз сабаби суръат) ва энергияи потенсиалӣ (аз сабаби баландӣ) дорад. Халабонон амалан ин ду энергияро "мубодила мекунанд": ҳангоми баланд шудани ҳавопаймо, энергияи кинетикӣ метавонад кам шавад, агар қувваи тела зиёд карда нашавад; баръакс, ҳангоми фуруд омадан, ҳавопаймо метавонад суръат гирад, агар қувваи кашиш зиёд карда нашавад.
Идоракунии энергия махсусан дар марҳилаҳои наздикшавӣ ва фуруд омадан муҳим аст. Ҳавопаймо бояд суръати кофӣ дошта бошад, то аз бандшавӣ пешгирӣ кунад, аммо на он қадар тез, то фуруд омадани бехатарро таъмин кунад. Қалфҳо дар суръати паст ба афзоиши бардориш мусоидат мекунанд, дар ҳоле ки спойлерҳо ва тормозҳои ҳавоӣ муқовиматро зиёд мекунанд ва ба ҳавопаймо имкон медиҳанд, ки суръат ва баландиро бо роҳи назоратшаванда коҳиш диҳад.
Penutup
Авиатсия намунаи барҷастаи он аст, ки чӣ гуна физика дар миқёси калон ва бо дақиқии баланд кор мекунад. Чор қувваи асосӣ - бардоштан, вазн, тела ва кашолакунӣ - асоси фаҳмидани тарзи парвоз, парвоз, маневр ва фуруд омадани ҳавопаймо мебошанд. Дар паси ин қувваҳо аэродинамикаи болҳо, шароити атмосфера, кори муҳаррики бо импулс идорашаванда ва принсипҳои устуворӣ ва назорат, ки бехатарии ҳавопайморо таъмин мекунанд, қарор доранд. Бо дарки принсипҳои асосии физика дар авиатсия, мо ҳавопаймоҳоро на танҳо ҳамчун технологияи мураккаб, балки ҳамчун системаҳое мебинем, ки қонунҳои табиатро тавассути ҳисобкунии бодиққат ва тарҳрезии бодиққат истифода мебаранд.
