हर एविएशन डिज़ाइन ब्यूरो में मुख्य डिज़ाइनर के एक बयान के बारे में एक कहानी होती है। केवल कथन का लेखक बदलता है। और यह ऐसा लगता है: "मैं अपने पूरे जीवन में हवाई जहाज के साथ काम कर रहा हूं, लेकिन मुझे अभी भी समझ में नहीं आता कि यह लोहे का टुकड़ा कैसे उड़ता है!"। दरअसल, न्यूटन का पहला नियम अभी तक रद्द नहीं किया गया है, और विमान स्पष्ट रूप से हवा से भारी है। यह पता लगाना आवश्यक है कि कौन सा बल एक बहु-टन मशीन को जमीन पर गिरने नहीं देता है।
हवाई यात्रा के तरीके
यात्रा करने के तीन तरीके हैं:
- एयरोस्टैटिक, जब जमीन से ऊपर उठाया जाता है तो एक पिंड की मदद से किया जाता है जिसका विशिष्ट गुरुत्व वायुमंडलीय वायु के घनत्व से कम होता है। ये गुब्बारे, हवाई पोत, प्रोब और अन्य समान संरचनाएं हैं।
- प्रतिक्रियाशील, जो दहनशील ईंधन से जेट स्ट्रीम का पाशविक बल है, जो गुरुत्वाकर्षण बल को दूर करने की अनुमति देता है।
- और, अंत में, लिफ्ट बनाने की वायुगतिकीय विधि, जब पृथ्वी के वायुमंडल का उपयोग हवा से भारी वाहनों के लिए सहायक पदार्थ के रूप में किया जाता है। विमान, हेलीकॉप्टर, जाइरोप्लेन, ग्लाइडर और, वैसे, पक्षी इस विशेष विधि का उपयोग करके चलते हैं।
वायुगतिकीय बल
हवा में गतिमान वायुयान चार मुख्य बहुआयामी बलों से प्रभावित होता है। परंपरागत रूप से, इन बलों के वैक्टर आगे, पीछे, नीचे और ऊपर निर्देशित होते हैं। वह लगभग एक हंस, कैंसर और पाईक है। विमान को आगे की ओर धकेलने वाला बल इंजन द्वारा उत्पन्न होता है, पीछे की ओर वायु प्रतिरोध का प्राकृतिक बल है, और नीचे की ओर गुरुत्वाकर्षण है। खैर, विमान को गिरने देने के बजाय - पंख के चारों ओर प्रवाह के कारण हवा के प्रवाह से उत्पन्न लिफ्ट।
मानक माहौल
पृथ्वी की सतह के विभिन्न हिस्सों में हवा की स्थिति, उसका तापमान और दबाव काफी भिन्न हो सकता है। तदनुसार, एक या दूसरे स्थान पर उड़ान भरने पर विमान की सभी विशेषताओं में भी अंतर होगा। इसलिए, सुविधा के लिए और सभी विशेषताओं और गणनाओं को एक सामान्य हर में लाने के लिए, हम निम्नलिखित मुख्य मापदंडों के साथ तथाकथित मानक वातावरण को परिभाषित करने के लिए सहमत हुए: समुद्र तल से दबाव 760 मिमी एचजी, वायु घनत्व 1.188 किलोग्राम प्रति घन मीटर, गति की गति ध्वनि 340.17 मीटर प्रति सेकंड, तापमान +15 ℃। जैसे-जैसे ऊंचाई बढ़ती है, ये पैरामीटर बदलते हैं। विशेष तालिकाएँ हैं जो विभिन्न ऊंचाइयों के लिए मापदंडों के मूल्यों को प्रकट करती हैं। सभी वायुगतिकीय गणना, साथ ही विमान प्रदर्शन विशेषताओं का निर्धारण, इन संकेतकों का उपयोग करके किया जाता है।
लिफ्ट बनाने का सबसे सरल सिद्धांत
अगर आने वाली हवा मेंएक सपाट वस्तु रखने के लिए, उदाहरण के लिए, चलती कार की खिड़की से अपने हाथ की हथेली को चिपकाकर, आप इस बल को महसूस कर सकते हैं, जैसा कि वे कहते हैं, "अपनी उंगलियों पर"। हवा के प्रवाह के सापेक्ष एक छोटे कोण पर हथेली को मोड़ते समय, यह तुरंत महसूस किया जाता है कि वायु प्रतिरोध के अलावा, रोटेशन के कोण की दिशा के आधार पर, ऊपर या नीचे खींचते हुए, एक और बल दिखाई देता है। शरीर के तल (इस मामले में, हथेलियाँ) और वायु प्रवाह की दिशा के बीच के कोण को हमले का कोण कहा जाता है। हमले के कोण को नियंत्रित करके, आप लिफ्ट को नियंत्रित कर सकते हैं। यह आसानी से देखा जा सकता है कि हमले के कोण में वृद्धि के साथ, हथेली को ऊपर की ओर धकेलने वाला बल बढ़ेगा, लेकिन एक निश्चित बिंदु तक। और जब यह 70-90 डिग्री के कोण पर पहुंच जाता है, तो यह पूरी तरह से गायब हो जाएगा।
विमान विंग
लिफ्ट बनाने वाली मुख्य असर वाली सतह विमान का पंख है। विंग प्रोफ़ाइल आमतौर पर दिखाए गए अनुसार घुमावदार अश्रु आकार की होती है।
जब हवा पंख के चारों ओर बहती है, तो पंख के ऊपरी हिस्से से गुजरने वाली हवा की गति निचले प्रवाह की गति से अधिक हो जाती है। इस मामले में, शीर्ष पर स्थिर वायु दाब पंख के नीचे की तुलना में कम हो जाता है। दबाव का अंतर पंख को ऊपर की ओर धकेलता है, जिससे लिफ्ट बनती है। इसलिए, दबाव अंतर सुनिश्चित करने के लिए, सभी विंग प्रोफाइल को विषम बना दिया जाता है। हमले के शून्य कोण पर सममित प्रोफ़ाइल वाले विंग के लिए, समतल उड़ान में लिफ्ट शून्य है। इस तरह के विंग के साथ, इसे बनाने का एकमात्र तरीका हमले के कोण को बदलना है। भारोत्तोलन बल का एक और घटक है - आगमनात्मक। वह हैपंख के घुमावदार नीचे की सतह से हवा के प्रवाह के नीचे की ओर तिरछी होने के कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप स्वाभाविक रूप से पंख पर एक ऊपर की ओर रिवर्स बल अभिनय होता है।
गणना
विमान विंग के लिफ्ट बल की गणना करने का सूत्र इस प्रकार है:
Y=CyS(पीवी 2)/2
कहां:
- Cy - लिफ्ट गुणांक।
- एस - विंग क्षेत्र।
- V - मुक्त धारा वेग।
- पी - वायु घनत्व।
यदि वायु घनत्व, पंख क्षेत्र और गति के साथ सब कुछ स्पष्ट है, तो लिफ्ट गुणांक प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त मूल्य है और स्थिर नहीं है। यह विंग प्रोफाइल, इसके पहलू अनुपात, हमले के कोण और अन्य मूल्यों के आधार पर भिन्न होता है। जैसा कि आप देख सकते हैं, गति को छोड़कर, निर्भरता अधिकतर रैखिक होती है।
यह रहस्यमय गुणांक
विंग लिफ्ट गुणांक एक अस्पष्ट मान है। जटिल बहु-चरण गणना अभी भी प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित हैं। यह आमतौर पर एक पवन सुरंग में किया जाता है। प्रत्येक विंग प्रोफाइल के लिए और हमले के प्रत्येक कोण के लिए, इसका मूल्य अलग होगा। और चूंकि विंग स्वयं उड़ान नहीं भरता है, लेकिन विमान का हिस्सा है, ऐसे परीक्षण विमान के मॉडल की संबंधित कम प्रतियों पर किए जाते हैं। पंखों का शायद ही कभी अलग से परीक्षण किया जाता है। प्रत्येक विशेष विंग के कई मापों के परिणामों के अनुसार, हमले के कोण पर गुणांक की निर्भरता की साजिश करना संभव है, साथ ही विभिन्न रेखांकन जो निर्भरता को दर्शाते हैंएक विशेष विंग की गति और प्रोफाइल से लिफ्ट, साथ ही विंग के जारी मशीनीकरण से। एक नमूना चार्ट नीचे दिखाया गया है।
वास्तव में, यह गुणांक आने वाली हवा के दबाव को लिफ्ट में बदलने के लिए विंग की क्षमता को दर्शाता है। इसका सामान्य मान 0 से 2 तक होता है। रिकॉर्ड 6 है। अभी तक व्यक्ति प्राकृतिक पूर्णता से बहुत दूर है। उदाहरण के लिए, एक चील के लिए यह गुणांक, जब वह पकड़े गए गोफर के साथ जमीन से ऊपर उठता है, तो 14 के मान तक पहुंच जाता है। उपरोक्त ग्राफ से यह स्पष्ट है कि हमले के कोण में वृद्धि से कुछ कोण मानों के लिए लिफ्ट में वृद्धि होती है।. उसके बाद, प्रभाव खो जाता है और विपरीत दिशा में भी चला जाता है।
स्टाल प्रवाह
जैसा कि वे कहते हैं, मॉडरेशन में सब कुछ अच्छा है। हमले के कोण के संदर्भ में प्रत्येक पंख की अपनी सीमा होती है। तथाकथित सुपरक्रिटिकल एंगल ऑफ़ अटैक विंग की ऊपरी सतह पर एक स्टाल की ओर जाता है, जो इसे लिफ्ट से वंचित करता है। स्टाल विंग के पूरे क्षेत्र में असमान रूप से होता है और इसके साथ ही, अत्यंत अप्रिय घटनाएं जैसे कि झटकों और नियंत्रण का नुकसान होता है। अजीब तरह से, यह घटना गति पर ज्यादा निर्भर नहीं करती है, हालांकि यह भी प्रभावित करती है, लेकिन स्टाल की घटना का मुख्य कारण हमले के सुपरक्रिटिकल कोणों के साथ गहन पैंतरेबाज़ी है। यह इस वजह से था कि IL-86 विमान की एकमात्र दुर्घटना हुई, जब पायलट, यात्रियों के बिना एक खाली विमान पर "दिखावा" करना चाहता था, अचानक चढ़ना शुरू कर दिया, जो दुखद रूप से समाप्त हो गया।
प्रतिरोध
लिफ्ट के साथ हाथ में हाथ डाले खींच आता है,विमान को आगे बढ़ने से रोकता है। इसमें तीन तत्व होते हैं। ये विमान पर हवा के प्रभाव के कारण घर्षण बल हैं, विंग के सामने और विंग के पीछे के क्षेत्रों में दबाव अंतर के कारण बल, और ऊपर चर्चा किए गए आगमनात्मक घटक, क्योंकि इसकी क्रिया के वेक्टर को निर्देशित किया जाता है न केवल ऊपर की ओर, प्रतिरोध के सहयोगी होने के नाते, लिफ्ट में वृद्धि में योगदान देता है, बल्कि पीछे भी। इसके अलावा, आगमनात्मक प्रतिरोध के घटकों में से एक बल है जो पंख के सिरों के माध्यम से हवा के प्रवाह के कारण होता है, जिससे भंवर प्रवाह होता है जो वायु आंदोलन की दिशा के बेवल को बढ़ाता है। गुणांक सु को छोड़कर, वायुगतिकीय ड्रैग फॉर्मूला लिफ्ट फोर्स फॉर्मूला के बिल्कुल समान है। यह Cx गुणांक में बदल जाता है और प्रयोगात्मक रूप से भी निर्धारित किया जाता है। इसका मान शायद ही कभी एक के दसवें हिस्से से अधिक होता है।
ड्रॉप-टू-ड्रैग अनुपात
लिफ्ट और ड्रैग फोर्स के अनुपात को वायुगतिकीय गुणवत्ता कहा जाता है। यहां एक विशेषता को ध्यान में रखा जाना चाहिए। चूंकि गुणांक को छोड़कर, लिफ्ट बल और ड्रैग फोर्स के सूत्र समान हैं, इसलिए यह माना जा सकता है कि विमान की वायुगतिकीय गुणवत्ता गुणांक Cy और Cx के अनुपात से निर्धारित होती है। हमले के कुछ कोणों के लिए इस अनुपात के ग्राफ को विंग पोलर कहा जाता है। ऐसे चार्ट का एक उदाहरण नीचे दिखाया गया है।
आधुनिक विमानों का वायुगतिकीय गुणवत्ता मान लगभग 17-21 है, और ग्लाइडर - 50 तक। इसका मतलब है कि विमान पर विंग लिफ्ट इष्टतम स्थितियों में हैप्रतिरोध बल से 17-21 गुना अधिक। राइट ब्रदर्स के विमान की तुलना में, जिसने 6.5 स्कोर किया है, डिजाइन की प्रगति स्पष्ट है, लेकिन दुर्भाग्यपूर्ण गोफर के पंजे में चील अभी भी बहुत दूर है।
उड़ान मोड
विभिन्न उड़ान मोड के लिए अलग-अलग लिफ्ट-टू-ड्रैग अनुपात की आवश्यकता होती है। परिभ्रमण स्तर की उड़ान में, विमान की गति काफी अधिक होती है, और लिफ्ट गुणांक, गति के वर्ग के समानुपाती, उच्च मूल्यों पर होता है। यहां मुख्य बात प्रतिरोध को कम करना है। टेकऑफ़ और विशेष रूप से लैंडिंग के दौरान, लिफ्ट गुणांक एक निर्णायक भूमिका निभाता है। विमान की गति कम है, लेकिन हवा में इसकी स्थिर स्थिति की आवश्यकता है। इस समस्या का एक आदर्श समाधान एक तथाकथित अनुकूली विंग का निर्माण होगा, जो उड़ान की स्थिति के आधार पर अपनी वक्रता और यहां तक कि क्षेत्र को बदलता है, लगभग उसी तरह जैसे पक्षी करते हैं। जब तक डिज़ाइनर सफल नहीं हो जाते, तब तक लिफ्ट गुणांक में परिवर्तन विंग मशीनीकरण का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, जो प्रोफ़ाइल के क्षेत्र और वक्रता दोनों को बढ़ाता है, जो प्रतिरोध को बढ़ाकर, लिफ्ट को काफी बढ़ाता है। लड़ाकू विमानों के लिए, विंग के स्वीप में बदलाव का इस्तेमाल किया गया था। नवाचार ने उच्च गति पर ड्रैग को कम करना और कम गति पर लिफ्ट को बढ़ाना संभव बना दिया। हालाँकि, यह डिज़ाइन अविश्वसनीय निकला, और हाल ही में फ्रंट-लाइन विमान एक निश्चित विंग के साथ निर्मित किए गए हैं। एक एयरक्राफ्ट विंग की लिफ्ट फोर्स को बढ़ाने का दूसरा तरीका इंजन से प्रवाह के साथ विंग को अतिरिक्त रूप से उड़ाना है। इसे सेना में लागू किया गया हैAn-70 और A-400M परिवहन विमान, जो इस संपत्ति के कारण, छोटे टेकऑफ़ और लैंडिंग दूरी द्वारा प्रतिष्ठित हैं।
