خط سفید ناشی از ورتکس هواپیما و فاصله ایمن هوایی

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 641

سپاس: 395

جنسیت:

تماس:

خط سفید ناشی از ورتکس هواپیما و فاصله ایمن هوایی

پست توسط rohamjpl »

چرخش دایر‌ه‌ای بخشی از سیال حول یک محور ثابت گفته می‌شود. این چرخش منجر به مکیدن اجزایی می‌شود که در اطراف سیالِ در حال چرخش قرار دارد. سرعت چرخش جریان در مرکز بیشترین مقدار بوده و با فاصله گرفتن از آن کاهش می‌یابد. در بیشتر موارد این جریان‌های توربولانس(Turbulent Flow) یا متلاطم هستند که منجر به ایجاد ورتکس می‌شوند چون جریان توربولانس در مکانیک به حرکت سیال در حالتی اطلاق می‌شود که در آن حرکت ذرات به‌صورت تصادفی است در این نوع از حرکت، ذرات سیال در راستای عمود بر مسیر حرکت نیز با هم مخلوط شده و حرکتی تصادفی را ایجاد می‌کنند. , و عددرینولدز ، مبتنی بر تجزیه و تحلیل ابعادی ، که در نظر گرفته شده است برای مقایسه جریانهای واقع گرایانه و چسبناک استفاده شود, ما می دانیم که تعداد رینولدز $R_e=\frac{\rho vd}{\eta}$ است (تراکم ρ ، سرعت v ، قطر d و η ویسکوزیته سیال).خوب توجه کنید فرض کنید شما در حال حرکت جسمی با سطح مقطع A با سرعت v از طریق سیال چگالی ρ هستید. هر ثانیه حجم $V = Av$ را بیرون می کشید و جرم مایع موجود در آن حجم $m = \rho Av$ است.برای اینکه مایعات از مسیر خارج شود باید آن را تسریع کنید ، که به نیرو نیاز دارد و این نیرو تبدیل به نیروی اینرسی خواهد شد. بیایید فرض کنیم که شما باید مایعات را شتاب دهید تا با سرعت v خود مطابقت داشته باشد ، سپس تغییر حرکت mv است و استفاده از معادله برای m از تغییر حرکت در ثانیه:$\Delta p = \rho A v^2$
اما سرعت تغییر حرکت فقط نیرو است ، بنابراین نتیجه نهایی ما این است که نیروی اینرسی ناشی از حرکت از طریق سیال:$F = \rho A v^2$ در نهایت با تقسیم بر ویسکوزیته $R_e=\dfrac{\text{inertial force}}{\text{force of viscosity}}$می رسیم .
معمولا روی صفحات کمپرسور موتور‌های جت,ورتکس تشکیل می‌شود. هنگامی که هواپیما روی زمین در حال حرکت است یک سمت از گردابه به موتور متصل بوده و سمت دیگر آن به زمین اتصال دارد. گردابه ایجاد شده می‌تواند سنگ و یا دیگر اشیاء کوچک را به درون موتور هدایت کند.برای همین پرنده به درومن کشیده شده یا در هنگام روش بودن موتور باید ایمنی حفظ شود
هوای چرخشی سریع در نزدیکی محور با نیروی گریز از مرکز روبرو می شود ، یعنی هوا از محور دور شده و منطقه ای از فشار قوی را تشکیل می دهد. در این منطقه ، هوا منبسط می شود و بنابراین ، سرد می شود. اگر رطوبت هوا به اندازه کافی زیاد باشد ، این می تواند باعث متراکم شدن آب شود. .
، این اتفاق می افتد اگر هوای اطراف به آرامی بچرخد. این معمولاً اتفاق می افتد ، زیرا باد از هواپیما منحرف می شود ، به این معنی که جهت خود را تغییر می دهد ، که نوعی چرخش است.
و البته ، جریان هوای قوی و غیر یکنواخت از عقب ، همانطور که توسط رانشگرهای معکوس تولید می شود ، می تواند باعث چرخش هوای چرخشی بیشتر یا قوی تر شود ، که منجر به رئوس قوی تر می شود.
مجموعه‌ای از ورتکس‌های کوچک در لبه انتهایی ایرفویل یا پره هواپیما تشکیل می‌شوند. معمولا این ورتکس‌ها در هنگام تولید نیروی برا (لیفت) در ایرفویل یا تولید پیشرانش در پره‌ها ایجاد می‌شوند. در چنین شرایطی در فاصله‌ای کمتر از طول یک «کورد» (Chord) در پشت ایرفویل این مجموعه گردابه‌‌ها یکپارچه شده و تشکیل یک گردابه واحد را می‌دهند.$\large \overrightarrow {\omega} = \nabla × \overrightarrow {u}$توجه کرده $\frac{\partial \mathbf{\omega}}{\partial t} + \mathbf{u}\cdot \nabla \mathbf{\omega} = \mathbf{\omega} \cdot \nabla \mathbf{u} + \nu \nabla^2 \mathbf{\omega},$برای مایعات غیرقابل انعطاف ، گرداب که حاکم بر تکامل مکانی و زمانی گردابه است زیرا با جریان همرفت می شود ، توسط ویسکوزیته پخش می شود و با کشش و کج شدن خطوط گرداب شدت می یابد. در اینجا پارامتر $\nu$ ویسکوزیته حرکتی است.
و علت بخار سفید دیده شدن ان پس از تشکیل گرداب ، فشار داخل آن در مقایسه با فشار محیط به طور قابل توجهی کاهش می یابد. این منجر به افت قابل توجهی در نقطه شبنم می شود (که پیش از تشکیل گرداب در زیر دمای محیط قرار داشت) اما همراه با آن ، حتی افت بیشتری در دمای هسته راس وجود دارد که بخار آب را به قطرات آب تبدیل می کند و از این رو ما می توانیم دنباله گردابه ها را از صفحات انتهایی عقب ببینیم.
Wake Vortex Turbulence به تلاطمی گفته می شود که در اثر عبور هواپیما هنگام پرواز ایجاد می شود. هنگامی که چرخ دنده فرود هواپیما زمین را ترک می کند ، از نقطه ای تولید می شود و هنگام لمس چرخ دنده فرود بینی هنگام فرود ، تولید آن متوقف می شود. در جاهایی که هواپیمای دیگری با چنین تلاطمی روبرو می شود ، گفته می شود Wake Vortex Encounter (WVE) رخ داده است.شرح
تلاطم های خطرناک بالقوه متعاقب هواپیما در حال پرواز عمدتا توسط گرداب های نوک بال ایجاد می شود. این نوع تلاطم قابل توجه است زیرا گردابه های نوک بال کاملاً آهسته خراب می شوند و می توانند تأثیر چرخشی قابل توجهی روی هواپیمایی که چند دقیقه پس از تولید با آن روبرو می شود ، ایجاد کنند. جت افلاکس و پروپ واش همچنین می توانند کنترل هواپیما را هم در زمین و هم در هوا به خطر بیندازند اما ، در حالی که این تأثیرات غالباً شدید هستند ، اما اثرات آنها کوتاه مدت است.
منشا چرخش های چرخشی نوک بال ضد چرخش نتیجه مستقیم و خودکار تولید بالابر توسط بال است. لیفت با ایجاد یک دیفرانسیل فشار روی سطح بال ایجاد می شود. کمترین فشار روی سطح بالایی بال و بیشترین فشار در زیر بال رخ می دهد. این دیفرانسیل فشار باعث جمع شدن جریان هوا در پشت بال می شود و در نتیجه توده های هوای چرخشی در پایین دست نوک بال قرار می گیرند. پس از اتمام رول کردن ، بیدار شامل دو گرداب استوانه ای ضد چرخش است.تصویر
ورتکس هایی که در نوک بالهای هواپیمای بال ثابت هوابرد ایجاد می شوند یا از روتورهای هلی کوپتر در پرواز رو به جلو ، تلاطم چرخشی گذرا ایجاد می کنند ، که در عقب هواپیما در جهت باد پایین و پایین دنبال می شود ، و ممکن است ناگهانی غیرقابل کنترل شود رول کنید تا هواپیمای زیر را تحت تأثیر قرار دهید ، شاید با سرعت چرخش کافی برای قطع شدن خلبان اتوماتیک در صورت درگیری. هواپیماهای سبک ممکن است هنگام عبور از گرداب از کنار ، مانند چرخش نهایی از پایه پایه در پشت هواپیمای بزرگتر ، لحظات پیچش مشخصی را ایجاد کنند.
مقابله با لحظه رول القایی با استفاده از کنترل رول طبیعی (aileron و رول اسپویلر) معمولاً م effectiveثر است مگر در مواردی که طول بالها و ailerons هواپیمای آسیب دیده فراتر از جریان چرخشی دو گرداب نباشد (این می تواند هنگامی رخ دهد که هواپیمای زیر بسیار کوچکتر باشد نسبت به هواپیمای پیشرو) ، یا جایی که یک بال در گرداب به اندازه کافی قوی قرار دارد ، ممکن است قدرت بالگرد کافی از بال باقیمانده وجود نداشته باشد.
حداقل فاصله تفکیک ترافیک برای هواپیماهای تحت کنترل ATC به طور مداوم به اندازه کافی نشان داده شده است تا اطمینان حاصل شود که از دست دادن کنترل ناشی از برخورد با تلاطم بیدار ، همیشه گذرا بوده و به راحتی قابل بازیابی است ، به استثنای برخی از موارد فاصله در نزدیکی زمین یا زمین صعود اولیه پس از برخاستن. برای پوشش این شرایط و تغییر مکانهای مختلف پیچیده تر استفاده از باند ، حداقل فاصله و زمان جداسازی توسط ICAO اعلام شده است.در پرواز
گردابه ها به جای شروع چرخش از (Vr) آغاز می شوند و بنابراین جدایی باید براساس زمان بین چرخش هواپیماهای پی در پی باشد. با این حال ، به دلایل عملی ، ATC زمان خود را برای جداسازی بر اساس زمان رول تنظیم می کند. یک هواپیمای سنگین تر ممکن است نسبت به هواپیمای زیر طول پرواز بلندتر یا کندتری داشته باشد و از این طریق زمان واقعی جدایی را کاهش می دهد.به طور خلاصه ، در امتداد بیشتر بال ، هوای عبوری از بال و هوایی که از زیر آن عبور می کند کاملاً تمیز توسط بال جدا شده اند و هنگام وارد شدن مجدد ، در حالی که تلاطم قابل توجهی ایجاد می شود (ایجاد "کشش القایی") ، کیفیت چرخشی بسیار کمی دارد به آن یک صفحه هوا از بالای بال با یک ورق هوا از پایین روبرو می شود ، جایی که مخلوط می شود و ته می گیرد.
با این حال ، در نوک بال ، یک حد فاحش بین هوا وجود دارد که توسط بال و هوا جدا نمی شود. هوایی که از بالای نوک بال عبور می کند ، به طور معمول هنگام خروج از بال ، به سمت پایین هدایت می شود ، مانند بقیه بال ، و در نوک بال این نیروی رو به پایین ، علاوه بر دیفرانسیل فشار در نوک بال ، (فشار بالاتر تحت بال به دنبال برابر شدن با فشار پایین بالاتر از آن با حرکت در اطراف نوک بال است) ، باعث ایجاد چرخش در ستون هوا در پشت نوک بال می شود. در جهت عقربه های ساعت در بال چپ ، ساعت مقابل در سمت راست:چرخش هوا باعث ایجاد فشار کمتری در مرکز ستون می شود ، مانند چشم طوفان ، و وقتی شرایط هوا کاملاً مناسب باشد ، این کاهش فشار در مرکز گرداب می تواند باعث ایجاد کنترل شود چون رطوبت هوا به مه متراکم می شود. هرچه نیروی بالابری که توسط بال تولید می شود بیشتر باشد ، این گرداب ها می توانند قویتر و در نتیجه بزرگتر باشند. گرداب های نوک تیز در پشت هواپیماهای بزرگ تجاری می توانند کیلومترها پشت هواپیمای مسافرتی گسترش یابند و در پی آنها مشکلاتی برای صنایع کوچک به ویژه در الگوهای ترافیکی فرودگاه ایجاد کنند.
زاویه انحراف. اگر بالابر برابر با جرم هواپیما باشد (همانطور که باید باشد) ، هواپیماهای سنگین باید سرعت هوای بیشتری (دهانه وسیع تر) داشته باشند یا هوا را بیشتر (زاویه انحراف بالاتر) نسبت به هواپیماهای سبک با همان سرعت شتاب دهند. زاویه انحراف بالاتر گردابه های قدرتمندتری تولید می کند. به همین دلیل ، یک هواپیمای سنگین با سرعت کم و با یک بازوی بال قوی ، قوی ترین گردابه ها را تولید می کند.

لیفت متناسب با جرم هوایی است که از آن عبور می کند در واحد زمان نسبت به زاویه انحراف. اگر بالابر برابر با جرم هواپیما باشد (همانطور که باید باشد) ، هواپیماهای سنگین باید سرعت هوای بیشتری (دهانه وسیع تر) داشته باشند یا هوا را بیشتر (زاویه انحراف بالاتر) نسبت به هواپیماهای سبک با همان سرعت شتاب دهند. زاویه انحراف بالاتر گردابه های قدرتمندتری تولید می کند. به همین دلیل ، یک هواپیمای سنگین با سرعت کم و با یک بازوی بال قوی ، قوی ترین گردابه ها را تولید می کند.
از آنجا که هوای بیشتری از طریق جریان با سرعت پرواز بالاتر جریان می یابد ، پرواز سریعتر به انحراف کمتری نیاز دارد و گردابهای بیدار را ضعیف تر می کند. اگر هواپیما صعود کند ، با ارتفاع هوا از چگالی کمتری برخوردار می شود و جریان جرم کمتری بر روی بال وجود دارد ، بنابراین اگر سرعت پرواز تغییر نکند گرداب ها قویتر می شوند. به طور معمول ، هواپیما هنگام بالا رفتن شتاب می گیرد و اگر هواپیما در فشار دینامیکی ثابت پرواز کند ، قدرت گرداب ثابت خواهد ماند.
از گردابها به سه روش می توان جلوگیری کرد:
دهانه بال نامحدود (به معنای جریان جرم بی نهایت است ، بنابراین برای هیچگونه بالابری نیازی به انحراف نیست)
سرعت نامحدود (دوباره ، جریان جرم بی نهایت را می دهد)
بدون وزن هواپیما. پرواز با یک سهمی با صفر گرم تقریباً هیچ تلاطمی از خواب ایجاد نمی کند.
پایان گردابه ها
اینرسی باعث ادامه حرکت به سمت پایین و چرخش گردابه ها می شود ، اما اصطکاک باعث می شود طی چند دقیقه این حرکات هوا از بین بروند. اگر هواپیما پرواز بالایی داشته باشد ، مدتها قبل از برخورد به زمین بیدار می شود. با این وجود هواپیماهای کم پرواز به زمین برخورد کرده و منحرف می شوند. لوله گرداب اکنون مانند یک چرخ عمل می کند و شروع به حرکت به سمت خارج می کند ،
لیفت بال در درجه اول توسط دیفرانسیل فشار بین سطح پایین و بال بال ایجاد می شود. مولکول های هوا در زیر آن تحت فشار قرار گرفته اند و انهایی که نزدیک نوک بال هستند از اطراف بال فرار می کنند و به بیرون ، بالا و داخل راه می یابند و گرداب های نوک بال را ایجاد می کنند.
بالهای موجود در بسیاری از هواپیماهای مسافربری مدرن نیز با این هدف که پس از فرار از زیر بال ، تا حدی مانع از تشکیل گرداب های نوک بال می شوند ، اجازه نمی دهند مولکول های هوا به صورت مارپیچ وارد شوند.
Wake Turbulence یک اختلال در جو است که هنگام عبور از هوا در پشت هواپیما تشکیل می شود. این شامل اجزای مختلفی است که مهمترین آنها گرداب های نوک بال و جت واش است.
بنابراین ردپای توربولانس چیزی غیر از آشفتگی جوی ناشی از گرداب های نوک بال و تا حدودی دیگر ، اگزوز موتور جت نیست.
پس بالکت ها برای افزایش عملکرد هواپیما شده چون بال با ایجاد ناحیه فشار بالاتر در زیر و ناحیه فشار پایین بالاتر ، باعث ایجاد لیفت می شود.
در نوک بال ، مقداری هوا در اطراف نوک جریان می یابد و باعث کاهش دیفرانسیل فشار و در نتیجه کارایی بال می شود. این جریان عرضی نامیده می شود. نوک بال این جریان را کاهش می دهد ، بنابراین کارایی را بهبود می بخشد.تصویر
تأثیر نوک بال در واقع شبیه بلندتر شدن بال است ، اما از آنجا که نوک بال خود باعث ایجاد لیفت نمی شود ، استرس کمتری دارد و بنابراین می تواند سبک تر باشد
پس این فلنج روی موتور چیست؟آنها به هواپیما اجازه می دهند تا در سرعت های پایین تر ، بالابر بیشتری ایجاد کند ، که عواقب مثبتی از جمله سرعت پایین اصطکاک ، سرعت پایین آمدن ، سرعت پایین آمدن و باند کوتاه را در پی دارد.اگر ناسل ها از نزدیک زیر بال هواپیما سوار شده اند باید از استراک استفاده شودوبا چیدمان بهینه و در زاویه های بالای حمله ، چنین مولدهای گرداب که به Nacelle strakes یا chines معروف هستند ، گرداب قدرتمندی را تولید می کنند که از روی بال جریان می یابد ، جایی که در یک تخته جلوی بال گفته شده ، تاخیر در جدا شدن جریان هوا وجود دارد تا هواپیما در زوایای حمله بیشتری پرواز می کند.
تیغه های Vortex generator بر روی بال چه کاربردی دارند.زمانی که جریان هوا شروع به حرکت از روی بال هواپیما می‌کند به دلیل کاهش فشار، هوا به سمت نقطه ای از سطح بال که دارای حداکثر انحنا می‌باشد شتاب می‌گیرد. در طول این مسیر لایه مرزی آرام می‌باشد. پس از عبور از این نقطه، فشار هوا افزایش یافته و در نتیجه جریان هوا از منطقه کم فشار به سمت منطقه پرفشار فرستاده می‌شود.
مشکلی که به وجود می‌آید این است که طبق قانون طبیعت همیشه هوا تمایل به حرکت از منطقه پرفشار به سمت منطقه کم فشار را دارد اما در این مرحله جریان هوا از منطقه کم فشار به سمت منطقه پرفشار انتقال داده می‌شود. این امر باعث ایجاد Adverse pressure gradient شده و لایه مرزی را متلاطم می‌کند.
زمانی که لایه مرزی متلاطم شود در حقیقت انرژی در داخل این جریان متلاطم هدر رفته و از دست می‌رود و باعث ایجاد نوعی اصطکاک به نام Skin friction drag میشود که در نهایت باعث جدا شدن جریان هوا از روی بال می‌گردد.
این جدا شدن به خصوص در زمانی که هواپیما در حال پرواز در سرعتهای پایین می‌باشد، به عنوان مثال به هنگام تقرب نهایی جهت انجام فرود، میتواند باعث ایجاد Stall گردد. Stall یا واماندگی به معنی از دست دادن نیروی Lift می‌باشد. به بیان کلی تر ، یک مولد گرداب یک صفحه زاویه دار کوچک است که روی سطح خارجی بدنه آیرودینامیکی نصب شده است. زاویه صفحه باعث چرخیدن هوا می شود و در پشت آن گرداب ایجاد می کند. این اثر باعث می شود جریان هوا حتی در نقاطی که جریان بدون گرداب از سطح جدا شود ، به سطح "متصل" بماند.
یکی از متداول ترین کاربردهای مولدهای گرداب ، استفاده از بالهای هواپیما به سمت جلو ailerons است. وقتی بال هواپیما متوقف می شود ، جریان از بال جدا می شود. این بدان معناست که جریان قبل از رسیدن به آیلرون ها جدا شده و آنها را بی اثر می کند. استفاده از ژنراتورهای گرداب به هواپیماسازها کمک می کند تا کنترل را انجام دهند حتی اگر بقیه بال متوقف شود.
برای بالا بردن کارایی هواپیما از تیغه های کوچکی به نام Vortex generator بر روی بال هواپیماها استفاده می‌شود.
تصویر

ارسال پست