Pros and Cons
of Tail above
wings
تمرین امتیازی مکانیک پرواز 2
سید محمد هادی موسوی
2
مقدمه
)1نقش دم افقی در پایداری و نقطه تریم طولی در حالت کلی
در حالت کلی دم افقی در پایداری طولی ( )Longitudinal Trimو دم عمودی در پایداری جهتی و سمتی ( Directional and
)Lateral Trimنقش دارد.
در صورتی که مرکز جرم عقب تر از مرکز آیرودینامیکی باشد(شکل )1و در حالت پرواز افقی باشیم ،دم افقی با تولید گشتاور منفی
𝐿ℎگشتاور های حاصل نیروی لیفت بال و بدنه 𝑓𝑤𝐿 و گشتاور آیرودینامیکی 𝑓𝑤𝑜𝑀 را خنثی کرده و هواپیما در تعادل طولی قرار
دارد.
در صورتی که مرکز جرم جلوتر باشد(شکل ، )2دم افقی گشتاور مثبت ایجاد کرده و شرایط تریم طولی را ایجاد می کند.
معادله 1
شکل 1مرکز جرم عقب تر از مرکز آیرودینامیکی
شکل 2مرکز جرم عقب تر از مرکز آیرودینامیکی
3
برای پایداری طولی (کنترل پیچ) درصورتی هواپیما در اثر اغتشاشات زاویه پیچ مثبت بگیرد یعنی دماغه به باالبرود (، )nose-up
لیفت دم افقی نیز افزایش یافته با ایجاد گشتاور منفی به عنوان کاهنده پیچ عمل می کند.
شکل 3زاویه پیچ مثبت
درصورتی هواپیما در اثر اغتشاشات زاویه پیچ کنفی بگیرد یعنی دماغه به پایین برود ( ، )nose-downلیفت دم افقی منفی شده و با
ایجاد گشتاور مثبت به عنوان افزاینده پیچ عمل می کند( .دماغه را به باال سوق می دهد)
شکل 4زاویه پیچ منفی
4
)2نقش دم عمودی در پایداری و نقطه تریم جهتی-عرضی در حالت کلی
فرض کنید در اثر اغتشاش(مانند خاموش شدن یک موتور) هواپیما مقداری زاویه یاو بگیرد و حول محور سوم دوران کند .اگر یاو
مثبت باشد ،دم افقی در زاویه حمله منفی قرار گرفته لیفت منفی ایجاد می کند .گشتاور این لیفت در مرکز جرم حول محور سوم
عالمت منفی داشته و زاویه یاو را می کاهد تا یه حالت تعدال بازگردد .در زاویه یاو منفی نیز بلعکس .این پدیده پایداری جهتی را
ایجاد میکند.
اینبار فرض کنید در اثر اغتشاش ،هواپیما مقداری زاویه رول بگیرد و حول محور اول دوران کند .اگر رول مثبت باشد ،نیروی
آیرودینامیکی دم افقی ،گشتاور منفی حول محور اول ایجاد کرد و و زاویه رول را می کاهد تا یه حالت تعدال بازگردد .در زاویه
رول منفی نیز بلعکس .این پدیده پایداری عرضی را ایجاد میکند.
معادله 2
شکل 5پایداری سمتی – عرضی
5
مزایای دم افقی و عمودی باالتر از راستای بال
.
وقتی دم باالتر از راستای بال قرار می گیرد ،از wakeبال downwash ،بال vorticity ،بال و خروجی داغ و متالطم موتور که
از عوامل مهم ناپاکی جریان و برهم ریختگی efficiencyدم هستند در امان می ماند .و دم افقی می تواند بازده بهتری در کارایی
آیرودیامیکی داشته باشد.
از دیدگاه سازه ای سطح کم تری از دم افقی تحت تاثیر جریان های متالطم موتور و بال قرار گرفته و ارتعاشات کمتری را تحمل
خواهد کرد .کاهش میزان بارگذاری سیکلی با افزایش طول عمر دم و کاهش زمان خستگی آن متناسب است.
همچنین در صورتی که دم افقی در باالی دم عمودی نصب شود مانند دم های Tشکل ،دم افقی اثر انتهای صفحه ( end-plate
)effectرا کاهش داده و از ایجاد ورتکس های انتهایی ( )Tip Vortexجلوگیری می کند و در نتیجه می توان دم عمودی کوتاه تری
برای هواپیم ا تدارک دید و لیفت برابر با دم عمودی مشابه با وجود اثر انتهای صفحه خواهد داشت.
شکل 6اثر انتهای صفحه
یکی دیگر از مزایای دم باالتر از بال قدرت پایدارسازی عرضی بیشتر است .همانطور که در شکل 5مشاهده می شود ،بازوی گشتاور
دم عمودی 𝑣𝑧 می باشد .هر چه دم عمودی باالتر از بال و درواقع محور طولی قرار گیرد ،گشتاور چرخشی بیشتری برای تعادل می
تواند ایجاد بکند.
6
معایب دم افقی و عمودی باالتر از راستای بال
از دیدگاه سازه ای وقتی دم باالتر از بال قرار می گیرد ،دم عمودی باید وزن و نیروهای آیرودینامیکی دم افقی را تحمل کند در نتیجه
وزن سازه ای و استحکام بیشتر نیاز خواهد داشت.
از دیدگاه آیرودینامیکی از معایب مهم این دم ها پدیده ای به نام استال عمیق ( )Deep Stallاست .وقتی که هواپیما زاویه حمله می
گیرد wake ،های ناشی از بال و بدنه از دم عبور کرده و جریان متطالطم را اطراف آن ایجاد می کند که کارایی تعادل طولی دم را
به شدت کاهش می دهد(افت لیفت) .این پدیده باعث می شود ،دم در زوایای حمله باالتر بال به استال برسد .با افزایش زاویه حمله
تا نقطه استال بال یک حالت پایدار از لحاظ گشتاور پیچشی است و با و عبور از تریم به یک حالت ناپایدار می رسد و با افزایش بیشتر
زاویه حمله دم به استال می رسد و هواپیما وارد یک ناحیه تعادل ثانوی می شود.و تریم دوم شکل می گیرد(شکل!)8
شکل 7
شکل 8استال عمیق
7
فرض کنید بخواهیم با elevatorپایداری طولی هواپیما را کنترل کنیم .مشاهده می شود در ناحیه تریم دوم ،محدوده ی کمتری
برای تعادل وجود دارد و کارایی دم افقی کاهش یافته است.
