دانلود پایان نامه ارشد درمورد ایجاد تغییر و دینامیکی

آیرودینامیک غیردائم
Widget not in any sidebars

هنگامی که یک جسم پرنده تحت شرایط پروازی ثابتی) شامل سرعت، زاویه حمله، ارتفاع و(… در هوا حرکت میکند، پس از گذشت مدت زمان کوتاهی جریان حول آن به شرایط دائم و پایدار رسیده و خواص جریان حول آن از جمله توزیع فشار به مقدار ثابتی خواهد رسید. در این حالت نیروهای وارد بر جسم تابعی از عدد ماخ، عدد رینولدز و زاویه حمله جریان بوده و مستقل از زمان میباشند. برای حل چنین جریانهایی و بدست آوردن نیروهای آیرودینامیکی دراین حالت روشهای تئوری و تحلیلی فراوانی در رژیمهای مختلف سرعت از جریان تراکمناپذیر گرفته تا جریانهای ماوراءصوت وجود دارد[1].
اما موارد زیادی وجود دارد که در آن خواص جریان حول جسم و در نتیجه نیروهای آیرودینامیکی مربوطه وابسته به زمان بوده و با گذشت زمان مقادیر آنها تغییر میکند. در حقیقت تغییراتی که در هندسه جسم و یا شرایط جریان نسبت به زمان پیش میآید باعث میشود خواص جریان حول جسم به یک حالت دائم نرسیده و نسبت به زمان تغییر نماید. غیردائم بودن جریان و نیروهای آیرودینامیکی میتواند ناشی از عوامل مختلفی باشد. گاهی اوقات حرکات نوسانی جسم در طول مسیر پروازی خود باعث غیردائم شدن جریان میشود که به عنوان مثال میتوان به نوسانات زاویهای ایرفویل حول یک محورخاص (Pitch) و یا نوسانات جابجایی آن در راستای عمود بر جریان (حرکتPlunge) و یا تغییر شکلهایی که در موشکهای با نسبت طول به قطر بالا حرکت ایجاد میشود اشاره نمود. دربعضی از مواقع نیز تغییر در شرایط پروازی باعث غیردائم شدن جریان میشود. به عنوان مثال هنگام شتاب گرفتن جسم، سرعت برخورد جریان به آن نسبت به زمان تغییر کرده و باعث تغییر نیروهای آیرودینامیکی میشود و یا تندبادهای ناگهانی(Gust) که در طول مسیر پرواز یک جسم به آن برخورد میکند باعث ایجاد تغییرات لحظهای درخواص جریان خواهد شد. گاهی اوقات نیز ناپایداریهایی که در خود جریان بهوجود میآید باعث غیردائم شدن آن میشود که میتوان به پدیده جدایش گردابهها از روی اجسام در زوایای حمله بالا اشاره کرد.
غیردائم بودن جریان حول جسم ناشی از هر عاملی که باشد باعث پیچیدگی جریان حول آن شده و محاسبه نیروهای وارد بر جسم دیگر به سادگی آنچه درحالت دائم انجام میشود، نخواهد بود. دراین حالت برخلاف حالت دائم، پارامتر زمان نقش تعیین کنندهای در تعیین مقدار نیروهای آیرودینامیکی وارد بر جسم خواهد داشت و در بسیاری از مواقع نیروهای آیرودینامیکی دیگر تنها تابعی از عدد ماخ و عدد رینولدز نبوده و به پارامترهای دیگری نیز وابسته میشوند. به عنوان مثال برای یک جسم نوسانی (چه نوسانات زاویهای وچه نوسانات طولی) نیروهای آیرودینامیکی که بافرکانس زاویهای در حالت نوسان است، و در جریانی با سرعت V قرار دارد براساس آنالیز ابعادی بصورت تابعی از عدد رینولدز، عدد ماخ و فرکانس کاهش یافته خواهد بود[1].
پایداری
پایداری به معنای عکس العمل جسم پرنده در راستای دمپ و یا تصحیح اختلالات درونی و بیرونی اعمال شده به آن، در طول مسیر حرکت می‌باشد[2]. در علم آیرودینامیک ناپایا پایداری یک جسم بر دو نوع است:
پایداری استاتیکی (Static stability)
پایداری دینامیکی (Dynamic stability)
پایداری استاتیکی
پایداری استاتیکی به معنای تمایل جسم پرنده به ایجاد نیرو و گشتاورهایی است که مستقیما با اغتشاشات لحظه‌ای به وجود آمده در متغیرهای حرکت هواپیما، از شرایط پرواز حالت دائم، مخالفت می‌کنند[2].
به عنوان مثال در وسیله پرنده اگر دماغه به هر دلیلی، نسبت به مسیر پرواز بالا رود و به دنبال آن روی وسیله پرنده گشتاوری ایجاد شود که با بالا رفتن دماغه مخالفت نماید آنگاه گفته می‌شود که وسیله پرنده برای چنین اغتشاشی از نظر استاتیکی پایدار است[2]. (شکل ‏11)

شکل ‏11-پایداریاستاتیکی[2]
پایداری دینامیکی
همانگونه که در شکل1-2 نشان داده شده است پایداری دینامیکی عبارت است از تمایل هواپیما به کاهش دامنه حرکت اغتشاش یافته و رساندن آن به صفر و یا مقداری متناظر با یک حالت یکنواخت جدید پس از آن که اغتشاش پایان یافته است[2].
شکل ‏12- پایداری دینامیکی[2]
برای مثال زمانی که زاویه پیچش از حالت موجود در شرایط پرواز یکنواخت مغشوش گردیده است و حرکت مغشوش حاصل بعد از مدتی از بین برود به نحوی که حالت یکنواخت جدیدی حاصل شود که از حالت یکنواخت اولیه زیاد متفاوت نباشد در آن صورت وسیله را پرنده از نظر دینامیکی پایدار می‌نامیم[2].
در واقع اگر فرض شود جسم دارای پایداری استاتیکی است امکان دارد تحت تاثیر سه حالت مختلف نسبت به زمان قرار گیرد[2] :
جسم پرنده حول ارتفاع اولیه خود نوسان می‌کند و این نوسان‌ها به صورتی است که با گذشت زمان کاهش می‌یابد. این نوع حرکت نوسانی کاهنده مشخص می‌نماید که جسم پرنده دارای پایداری دینامیکی مثبت است.
جسم پرنده حول ارتفاع اولیه خود با دامنه ثابت نوسان می‌کند. این نوع حرکت نوسانی با دامنه ثابت مشخص می‌نماید که جسم پرنده دارای پایداری دینامیکی خنثی است.
جسم پرنده حول ارتفاع اولیه خود نوسان می‌کند و بزرگی نوسانها با گذشت زمان افزایش می‌یابد. این نوع حرکت نوسانی فزاینده مشخص می‌نماید که وسیله پرنده دارای پایداری دینامیکی منفی است.
همانند پایداری استاتیکی، پایداری دینامیکی نیز باید در سه محور طولی و عرضی و سمتی بررسی شود. نکته مهم درباره پایداری دینامیکی این است که دو محور می‌توانند با هم کوپل شده و حرکات ترکیبی (مانند تامبلینگ) را به وجود آورند.
تفاوت پایداری استاتیکی و دینامیکی
در تبیین تعریف پایداری استاتیکی (تمایل به مخالفت در برابر اغتشاشات) باید گفت که این نوع پایداری، بر حسب رفتار لحظه‌ای جسم پرنده در برابر اغتشاشات، نسبت به شرایط پرواز حالت دائم سنجیده می‌شود[2].