مباني آيروديناميك بالگرد

جان سدان و سيمون نيومن

مهدي ناجي: ترجمه

دفتر تحقيقات موتور دانشگاه صنعتي مالك اشتر: رشسفابه

Seddon . J.سدن ، ج:رشناسه س؛ ترجمه مهدي ناجي به سفارش جان سدان و سيمون نيومن / مباني آيروديناميك بالگرد : عنوان و نام پديدآور

.تحقيقات موتور دانشگاه صنعتي مالك اشتر 1388دانشگاه صنعتي مالك اشتر ، : تهران : مشخصات نشر 1-76-8452-964-978: ريال 53000: شابك فيپا: وضعيت فهرستنويسي .مصور، جدول ، نمودار.: ص 252, ش : مشخصات ظاهري

. م – 1947نيومن ، سايمون ، : آيروديناميك شناسه افزوده –هليكوپترها : موضوع دانشگاه صنعتي مالك اشتر ، : شناسه افزوده Newman . Simon: شناسه افزوده دفتر تحقيقات موتور . دانشگاه صنعتي مالك اشتر : شناسه افزوده مترجم– 1359ناجي ، مهدي ، : شناسه افزوده

629/ 133352: رده بندي ديويي TL 716/ س 4 م 2 1388: رده بندي كنگره 1875254شماره كتابشناسي ملي

مباني آيروديناميك بالگرد ...............................................................................:كتاب عنوان مهدي ناجي ................................................................................................. :نويسندگان

مالك اشتر صنعتي انتشارات دانشگاه .........................................................................: ناشر فريناز عسگري ..........................................................................................: طرح روي جلد

فرارنگ ...................................................................................:ليتوگرافي ، چاپ و صحافي ي مهندس امين پژوهش جهرم .............................................................صفحه آرايي رايانه اي

علي نويدي ..........................................................................................................:ويراستار جلد1000.............................................................................................................:شمارگان

1388اول پاييز .................................................................................................:نوبت چاپ تومان5300.............................................................................................................: قيمت

:ISBN 1-76-8452-964-978 978-964-8452-76-1: شابك .كليه حقوق چاپ براي ناشر محفوظ است

. نام ناشر مجاز است نقل مطالب فقط با ذكر مشخصات كامل كتاب و با اشاره به ،رساني تهران، لويزان، دانشگاه صنعتي مالك اشتر، مركز آموزشي، پژوهشي اطالع: آدرس

٢٢٩٣٢٨٩١:تلفن. انتشاراتمديريت

ا هوافض ومكانيكدانشكده انتشارات دانشگاه صنعتي مالك اشتر

ديباچه اي بر ويرايش نخست

مهجور مانده آيروديناميـك بـالگرد هينطي پانزده سال گذشته، چند كتاب ارزشمند در زم به چاپ رسيده كه بدون شك به پـذيرش گـسترده و در حـال رشـد بـالگرد در دوران

، )1976(» برامـول «توان به ديناميك بالگرد در اين زمينه مي. معاصر شتاب بخشيده است » يـز ك«و » استپانوفـسكي «و آيروديناميك بـال چرخـان ) 1980(» جانسون«تئوري بالگرد

بنابراين وجود كتاب ديگري در رابطه با اين موضـوع، نيازمنـد ارائـه . اشاره كرد ) 1984( .توضيحاتي است و بايد اشاره كنم كه سه دليل عمده در تأليف اين كتاب داشته ام

» برامول«كتاب . نخستين دليل، لزوم ارائه يك متن مفيد و در عين حال مختصر بود بـه بـيش از » جانـسون «به ششصد و كتاب جامع » كيز« و »استپانوفسكي«به چهارصد،

تا آنجايي كه به خاطر دارم، استفاده كننـدگان از ايـن گونـه . شوند هزار صفحه بالغ مي مـثال، ( كوتاه درسي هها و مدارس فني هستند كه يك دور ها، دانشجويان دانشگاه كتاب

با اين موضـوع و احتمـاال در در رابطه » انتخابي«يا » اختياري«را به صورت ) يك سال موضوع چنين كتابي به ايـن . گذرانند سال آخر يا بالفاصله پس از فارق التحصيلي، مي

توانـد عالقـه آنهـا را تحريـك كـرده و بـه كـسب دهد كه مي افراد پيش زمينه اي مي حجم مباحث درسي مورد نيـاز بـراي چنـين . اطالعات بيشتر در اين زمينه سوق دهد

ا كسري از مطالب موجود در كتب استاندارد اصلي بوده و يك تك نگـاري هدفي، تنه تـر و احتمـاال بـا اي كه مطالب ضروري را در بـر بگيـرد، مناسـب صد و پنجاه صفحه

.تر است قدرت خريد يك دانشجو، هماهنگ

به نام خدا

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ ب

. باشـد دليل دوم كه به اولي هم مربوط مي شود، در ارتباط با نوع ارائه مباحث مـي ن كتاب، نه ارائه مباحث علمي جامع، و نه واگذاردن مسائل به رايانه هـاي هدف از اي

در اين ميـان روش تحليلـي حـل مـسئله، از دقـت . باشد ديجيتال در اولين فرصت مي نتايج به دست آمده براي بسياري از اهداف عملي كاسته و در عين حـال، مـستلزم بـه

است و بنابر اين، ارجاع زودرس ميان آوردن يك درك فيزيكي از پديده تحت بررسي در كتاب حاضر، روش مذكور مورد پـذيرش و . كند به رايانه را با ناكامي رو به رو مي

وقتي كه تصور شود كه مطلب از اهداف بيان شده دور افتاده . پيروي قرار گرفته است در ايـن حالـت، . شـود است، معموال اين روش تحليلي ارائه مباحث كنار گذاشته مـي

شـود تـا در صـورت خواننده، با ارجاع به يكي از كتابهاي اصلي اسـتاندارد، رهـا مـي .تمايل، دنباله موضوع را در آنجا پي بگيرد

بـا وجـود لـزوم خالصـه گـويي، . شود سومين دليل،به مندرجات كتاب مربوط مي نظريـه انـدازه (گمان كردم كه ارزشمند خواهد بود اگر عالوه بر موضوعات استاندارد

هـاي ، يك چاشني قوي از فعاليت )حركت، نظريه المان تيغه، كارايي، پايداري و كنترل نيـز در ) 7فصل (و نگاه به آينده با فرض محاسبات نظري ) 6فصل (تحقيق و توسعه

ممكن است گفته شود كه اين موارد، گذرا بوده و براي يك كتاب . كتاب گنجانده شودت من از تحريك عالقـه دانـشجو سـبب شـد كـه باشد ولي برداش درسي، مناسب نمي

ثابت شده است كه به طور مشخص، اين نـوع مطالـب . براي گنجاندن آنها، اقدام كنم براي ارائه در كالس درس، جذاب بوده و هيچ دليلي مبنـي بـر اينكـه نبايـد در اينجـا

. آورده شوند، وجود ندارد اشاره شد، كتاب حاضر بايـد داراي عالوه بر رفع نياز دانشجويان كه مقدمتا به آنها

يك جاذبه به صورت مباحث پيش زمينه بـراي برگـذاري دوره هـاي كوتـاه مـدت از طرف صنعت باشد كه به صورت رايجي در حال افزايش هستند همچنين ممكن است

ت♦ اي بر ويرايش نخست ديباچه

هاي تحقيقاتي، چنين چيزي را براي كاركنان تازه وارد و بيـشتر ها و سازمان كه شركت .دارند، مفيد ارزيابي كنند» تجديد آموزش«ماني كه نياز به يك جزوه كاركنان ساز

تحـت عنـوان » پراوتـي «با عطف به اهميت خالصه گويي، كتاب تازه منتشر شـده هاي ديگر است ولي از طرف ديگر به دليـل ، مكملي براي كتاب »آيروديناميك بالگرد «

يي براي اهداف بيان شـده، كـافي اينكه كامال از روابط رياضي اجتناب مي كند، به تنها در اين رابطه، چندان بد عمـل نكـرده اسـت ولـي » ساندرز«ديناميك پرواز . باشد نمي

آيد، كتاب ياد شده بيشتر با ديناميـك پـرواز سـروكار همان طور كه از عنوان آن بر مي ندسي كه دارد تا با آيروديناميك و بيشتر با نياز خلبانان منطبق است تا با دانشجويان مه

.تازه با پيش زمينه اي از آيروديناميك آشنا شده اندبراي نقطه شروع، فرض كردم كه خوانندگان اين كتـاب بـا آيروديناميـك سـطوح

تيغه روتـور بـالگرد نيـز همـان . برازا در هواگردهاي بال ثابت تا حدودي آشنا هستند هـا بيان نمودن شباهت وظيفه را انجام مي دهد ولي در يك محيط بسيار متفاوت و در

توان عالقه شـخص يادگيرنـده را تـا حـد ها از طرف ديگر، مي از يك طرف و تفاوت ام به وسـيله ارجـاع قابل توجهي تحريك نمود و اين همان كاري است كه سعي كرده

هاي دوره اي به حالت بال ثابت، انجام دهم، هرچند كه اين روش توضيح مطالب دادن . ستتا حدي نامعمول ا

در فـصل . پيدا كردن قلم خوردگي هاي ذاتي در اين كتاب، چندان مشكل نيـست اول ممكن بود يك بررسي تاريخي هم گنجانده شود ولي با وجود آنكـه جـذابيت آن

در قضاوت بر اسـاس حجـم . بديهي مي نمود، گنجاندن آن الزامي تشخيص داده نشد سزاوار بررسي بيشتر از آن چيـزي اسـت ) نظريه گردابه (كار انجام شده، تحليل دنباله

امـا الزم بـود كـه از ورود بـه مباحـث ) 5 و 2فصول (كه در اينجا ارائه گرديده است توانست در فصل پـنج آورده از جمله موضوعاتي كه مي . مفصل تر آن خودداري شود

فالپ، و انعطاف پذيري تيغـه -شود، خودچرخشي در پرواز رو به جلو، كوپلينگ گام

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ ث

توضـيحات . در نظـر گرفتـه شـدند » رده دوم « اما به عنوان موضوعات حاشـيه اي بودكه تنها سيـستم تـشريح ) سيركوالسيون(فصل شش ممكن بود پتانسيل گردش جريان

كننده سه جريان غير يكنواخت تيغه روتور در جهت وتر،دهانه و سـمت گـراي تيغـه بوده و جداي از خطوط اصـلي است را هم در بر بگيرد اما اين موضوع بسيار گسترده

در فصل هشت، اشاره بـه خودپايداركننـدگي بـه صـورت . مبحث ارائه شده مي باشد بسيار گذرا بوده زيرا در بيان تفصيلي آن، آيروديناميك تا حد زيادي پس از مكانيك و

.گيرد آيروديناميك سيستم قرار ميرپرست مهندسي پيـشرفته ، س »اچ بالمفورد .يي.دي«در تأليف كتاب حاضر،از آقاي

ام كـه از ايـشان تـشكر ، كمـك شـايان تـوجهي گرفتـه »وستلند هليكاپترز «در شركت وي .ام«ام نمودنـد، دكتـر هاي خـاص يـاري ساير كاركنان وستلند كه در زمينه . كنم مي

، 7-10براي بخـش ) اكنون استاد كامل مهندسي هوافضا در دانشگاه بريستول (» لوسون و 7-11بـراي بخـش » اسـميت .وي.آر«، آقـاي 6-6براي قسمت » جي پري .اف«آقاي هـاي درسـي بـه طـور طبيعـي، كتـاب . براي فصل هشت مي باشند » پيتكين. بي«آقاي

استاندارد، خصوصا آنهايي كه قبال اشاره شدند، در جاي خود ارزشمند بوده و اطمينان . اعمال شده استدهم كه اين موضوع، آن چنان كه بايد، در متن و نمودارها مي

هـاي مربـوط بـه چـاپ عكـس هبه خاطر اجاز » وستلند«در اينجا رسما از شركت به خاطر استفاده ) ناشر(» ادوارد آرنولد «، از 7-7 و 7-6، 4-11، 4-10، 2-11تصاوير

ديناميــك ( از كتــاب برامــول 8-6 و 8-5، 6-3، 5-3، 5-1، 2-13، 2-10از تــصاوير بـه خـاطر ) مؤسـسه هواگردهـاي سـلطنتي (» ي جي ويلبـي پ«، از آقاي )1976بالگرد

4-2، 2-12به خاطر استفاده از تصاوير » جي پي جونز« و از دكتر 6-5 و 6-2تصاوير از دانشگاه بريستول كـه زحمـت » مولي گيبس «در پايان از . قدرداني مي نمايم 4-4و

كه تصاوير را ترسـيم »دانيل كولي «تايپ دست نوشته ها را تقبل نمود و نيز از نوه ام، .كنم نمود، تشكر مي

سدان .جي

ديباچه اي بر ويرايش دومآن كتـاب . تنظيم و نوشته شد » جان سدان «نسخه اوليه مباني آيروديناميك بالگرد توسط دكتر اي را در موضوع هواگردهاي بـال چرخـان به لحاظ علمي بسيار پربار بوده و جايگاه شايسته

اكنون درگذشته است و لذا از من خواسته شد تـا » جان سدان « متأسفانه آقاي .پيدا كرده است او را براي يك ويرايش دوم، تصحيح نمايم اما در اينجا يك مسئله اساسي وجود هدست نوشت

آيا بايد جزئيات مطالب را تجزيه كرده و دوباره آنها را تـدوين كـنم يـا اينكـه همـان . داشتطالب خودم را به آنها اضافه نمايم؟ از آنجايي كـه اكنـون مؤلـف مباحث را تصحيح كرده و م

نيز ديگر حاضر نبودند، دليلي » سدان«دومي هم به كتاب اضافه شده بود و از آنجايي كه آقاي به همين دليل تصميم گرفتم تا گزينـه دوم را بـراي . بر دنبال كردن انتخاب اول وجود نداشت

طراحي، توليد . دنبال كنم) تصاويرهبه ويژه در زمين( به آن تصحيح متن و اضافه نمودن مطالبيو كاربرد روتور بالگرد براي شخص تازه كار، قدري ابهام زا بـوده و متـون مفـصل آن كـسل

بنابر ايـن بـراي ابهـام زدايـي و روشـن . كننده است بدون اينكه براي چنين فردي مفيد باشد نمودارهاي اوليه به صـورت دسـتي .ام فه كرده نمودن توضيحات، تصاوير چندي به كتاب اضا

ترسيم شده بودند كه البته چندان موفق هم نبودند؛ از آن زمان تا كنون، فناوري رايانه تـا حـدحجـم كتـاب بـر اثـر . ها به روز شده اسـت زيادي پيشرفت كرده و از اين رو، گرافيك كتاب

.ي اوليه نيز حفظ شده استاعمال مطالب اضافه شده، افزايش پيدا كرده ولي فشردگبـه دليـل لـزوم آشـنا نمـودن . آيروديناميك روتور بالگرد همچنـان در حـال توسـعه اسـت

هـا دانشجويان با فناوري هاي جديد، اين كتاب را طوري تصحيح كردم كه آخرين پيـشرفت هـاي توان اميدوار بود كه تكنيـك از آنجايي كه در يك متن مقدماتي نمي .را هم در بر بگيرد

نوين به صورت جزء به جزء توضيح داده شوند، چنين متني بايد قابليت ايجاد تفكر صـحيح .در خواننده را داشته و او را براي يادگيري بيشتر آماده سازد

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ ح

در تجديد نظر و اصالحات بيشتر، توضيحات مربوط بـه نمـايش آيروديناميـك روتـور و هـاي آيرودينـاميكي و ستگي متقابـل تركيـب از نظر واب . طراحي بالگرد مد نظر بوده است

مكانيكي، بالگرد يك وسيله منحصر به فرد به شـمار مـي رود و يـك درك كامـل از ايـن بـسياري از . وسيله نقليه هوايي، تنها با فهم اين وابستگي متقابل مي تواند بـه دسـت آيـد

مي كننـد و ايـن تصاوير اضافه شده، گوناگوني در طراحي و كاربرد يك بالگرد را تشريح در تهيه كتب مربوط به وسايل پرنـده، معمـوال يـك .ها در متن به روشني بيان شده اند تفاوت

يك تـصوير گويـاي صـدها كلمـه . تالش گروهي الزم است و تنظيم اين كتاب نيز مستثني نيست وضـوح هـايي بـا حـداكثر گويـايي و است و بنابر اين از مهارت بسياري از افراد براي تهيه عكس

از آنجايي كه توانسته ام بخشي از ايـن تـصاوير را شخـصا . ام ممكن براي توضيحات استفاده كرده تهيه كنم، يك تعداد قابل توجه از آنها را مديون لطف كساني هستم كـه مـايلم قـدرداني صـميمانه

از شـركت » ارددنـي المبـ «: كنم از افراد زير به خاطر سخاوتشان تشكر مي .خود را از آنها بيان دارم ـتلند .كي.جي«از شركت » آلن جفري «و » آلن بروكلهارست «، »آلن وينسنت «، »الكهيدمارتين« ان وس

و » گـاي گراتـون «، »استوارت پني «از مؤسسه فناوري هاي پيشرفته، » هري پاركينسون «، »هليكاپترز .»استيو شريمپتون«و » كي من«از شركت » ديويد النگ«

از مهارت عكاسي رسيده باشم، متوجه هستم كـه تـصاويري وقتي به حد رضايت بخشي كه روي زمين گرفته شده اند، معموال در يك روز گرم مناسب و با زمان كافي در فـشردن

در مقابل، افراد نامبرده، هنگام آويزان بودن از يك هواگرد تحـت . شاتر دوربين بوده است اين مسئله بيانگر تفاوت ميان . آوردند شرايط بسيار سخت، نتايج بسيار بهتري به دست مي

مايلم از همكاران و محققاني كه ايده هاي زيـادي بـراي توضـيح .اي است آماتور و حرفه ديويـد «از . مطالبي كه احتمـاال در كتـاب مـنعكس شـده،ارائه دادنـد، سپاسـگزاري كـنم

يـز مـايلم ن. به خاطر پيشنهادهايش در تصحيح اين متن بسيار تـشكر مـي كـنم » بالمفورد. هايش در تمام متون هوايي بيـان دارم به خاطر مشورت » يان سيمونز «قدرداني خود را از

بـراي بردبـاري و زحمـات » بلـك ول سـاينس «در انتـشارات » جوليا بـردن «همچنين از اميـدوارم او را پيشنهاد تصحيح كتاب را ايشان به من داد و . كنم فراوانش سپاسگزاري مي

بـه خـاطر صـبر و تحملـش در » اسـتال «و سرانجام مايلم از همـسرم ممأيوس نكرده باش . شرايط نامساعدي كه براي او ايجاد كردم، تشكر كنم

2001ژانويه -وينچستر - سيمون نيومن

به نام آنكه جان را فكرت آموخت مقدمه مترجم

پرواز در نخستين بالگرد داراي ساختار متعارف را به » ايگور سيكورسكي«از زماني كه از آن زمان تاكنون فناوري بالگرد پيشرفت . گذرد آورد، حدود هفت دهه مي

ها، در خالل اين سال. تر شده است چشمگيري نموده و دامنه كاربردهاي آن وسيعهاي زيادي در رابطه با بالگرد و پرواز آن نوشته شده كه تعدادي از آنها نيز در كتاب

كتابي كه اكنون در دست داريد، يكي از . ده استايران ترجمه شده و به چاپ رسياين كتاب، اصول اوليه آيروديناميك . هاي نوشته شده در اين زمينه است آخرين كتاب

بالگرد را با زباني ساده بيان مي كند و در عين حال متن آن طوري تنظيم شده كه ، مورد )ييا دست كم به عنوان يك مرجع درس(تواند به عنوان يك كتاب درسي مي

عالوه بر دانشجويان هوا فضا و . استفاده دانشجويان رشته مهندسي هوا فضا واقع شودهاي رياضي، فيزيك و فني مهندسي و حتي احتماال مكانيك، دانش آموختگان رشته

كاركنان مراكز تعمير و نگهداري نيز به شرط آنكه از حداقلي از دانش آيروديناميك منداني كه داراي به عالقه. مند شوند نند از كتاب حاضر بهرهتوا برخوردار باشند، مي

كنيم كه قبل از مطالعه اين كتاب، به اي از آيروديناميك نيستند، توصيه مي پيش زمينه .نگاهي بيندازند» اندرسون«كتاب آيروديناميك

در اينجا الزم است اشاره شود كه به دليل كيفيت نامناسب بعضي از تصاوير اسكن از روي كتاب اصلي، در متن كتاب به جاي آنها از تصاوير مشابه اينترنتي استفاده شده

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ ر

استفاده شده است كه » زاوية برخورد«همچنين در متن كتاب از عبارت . شده استدر پايان . است» زاوية حمله« بوده و مفهوم آن، همان angle of incidenceترجمة

سعي شده است كه واژگان درج . ده شده استمتن اصلي كتاب نيز، يك واژه نامه آورشده در اين واژه نامه، تنها لغات تخصصي بالگرد بوده و از آوردن واژگان عمومي

. آيروديناميك خودداري شوددر انتها الزم مي دانم كه از استاد ارجمندم جناب آقاي مهندس حميد فرخ فال

.را متقبل شدندكه زحمت ويرايش ابهامات علمي كتاب سپاسگزاري كنم

مهدي ناجي 1385آذرماه

Medi – nadji @ yaboo . com

فهرست مطالب

3.......................................................................................مقدمه: فصل اول

21......)نظريه اندازه حركت و تحليل جريان دنباله( روتور در پرواز عمودي: فصل دوم

21.................................................... نظريه اندازه حركت براي پرواز ايستا1-2 26...............................................................................يستگي عدد شا2-2 28................................................ نظريه اندازه حركت براي صعود عمودي3-2 31................................................................................ نزول عمودي4-2 35................................................................. منحني كامل سرعت القايي5-2 36............................................................................... خود چرخشي6-2 37............................................... نكاتي كوتاه راجع به نظريه اندازه حركت7-2 38................................................................ تركيب واقعي دنباله جريان8-2 43....................................................................هاي تحليل گردابه روش9-2

45..................................................................................... اثر زمين10-2

51.......................................)نظريه جزء تيغه( روتور در پرواز عمودي: فصل سوم

51..................................................................................ي روش مبنا1-3 57................................................................هاي مربوط به رانش تقريب2-3 59............................................................. جريان ورودي غير يكنواخت3-3 61............................................................................... پيچش ايده آل4-3 62...............................................................ي ميانگين تيغه»برا« ضريب 5-3 64.................................................................هاي مربوط به توان تقريب6-3 66............................................................................. اتالف نوك تيغه7-3

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ س

68................................................ يك مثال براي مشخصه هاي پرواز ايستا8-3

73.............................................مجموعة روتور در پرواز رو به جلو: فصل چهارم

73............................................................................ روتور لب جهت1-4 83............................................................................. حركت فالپينگ2-4 86................................................................................. كنترل روتور3-4 97.............................................................. هم ارزي فالپينگ و فدرينگ4-4

101........................................آيروديناميك روتور در پرواز رو به جلو: فصل پنجم

101........................................................................ نظريه اندازه حركت1-5 105........................................................................ تحليل جريان دنباله2-5 107............................................................................. نظرية جزء تيغه3-5

129...............................................................ناميكيطراحي آيرودي: فصل ششم

129........................................................................................ مقدمه1-6 130.......................................................................... طراحي مقطع تيغه2-6 137............................................................................ تيغه اشكال نوك3-6 142................................................................................ پساي مزاحم4-6 147................................................................... شيب باال رو پشت بدنه5-6 153....................................................................ترل هارمونيك باالتر كن6-6 155.............................................................. فرايند طراحي آيروديناميكي7-6

165..................................................................................كارايي: فصل هفتم

165........................................................................................ مقدمه1-7 167...................................................................... پرواز عمودي و ايستا2-7 170............................................................... پرواز يكنواخت رو به جلو3-7 174.......................................................... اوج گيري در پرواز رو به جلو4-7 175...........................................................................هاي بهينه سرعت5-7 176........................................................................ سرعت افقي بيشينه6-7 178..............................................................هاي روتور پوش محدوديت7-7

ش♦ فهرست مطالب

180.................................................................... پيش بيني دقيق كارايي8-7 182...............................................................رعت يك ركورد جهاني س9-7

184.................................................. نظري بر بالگرد با پساي بسيار پايين10-7 189..................................................... مثالي براي عمليات در ارتفاع باال11-7

197.............................................................تريم، پايداري و كنترل: فصل هشتم

197......................................................................................... تريم1-8 203.................................................... طرز عمل يا رفتار پايداري و كنترل2-8 204......................................................................... پايداري استاتيكي3-8

205.......................................................................................آشفتگي برخورد 207.......................................................................آشفتگي در سرعت روبه جلو

207......................................................)در غلتش يا پيچ(آشفتگي سرعت زاويه اي 208.............................................................................آشفتگي در سرش جانبي

208.........................................................................................آشفتگي سمتي 209.......................................................................................نتيجه گيري كلي

209......................................................................... پايداري ديناميكي4-8 209...........................................................................................روش تحليل

210.............................................................................حالت خاص پرواز ايستا

212............................................................................ روتور بدون لوال5-8 212........................................................................................ كنترل6-8 217........................................................................ خود پايدار كنندگي7-8

221..............................................................................................ژه نامه وا

225.................................................................................اختصاراتفهرست

227..................................................................................................نمادها

231................................................................................................واحدها

233..................................................................................................مراجع

فـصل اول

مقدمه

مباني آيروديناميك بالگرد

مقدمه: فصل اول

اختراع يك ماشين پرنده ساده است، ساختن آن كاري است دشوار ،

.ولي پرواز دادنش چيز ديگري است 1 اوتو ليلينتال

پيشگام (»اوتو ليلينتال« كه منظور ممكن است گمان كنيدش گفتهيپبا خواندن عبارات بايد گفت كه اين جمالت، چندان . از اين كلمات، بالگرد بوده است) پرواز با گاليدر

توان مفهوم ميها آنولي با تفسير سطر به سطر به موضوع بحث ما ربطي ندارد، ، ساختن چنين روتوري. را به عنوان يك اختراع به ذهن متبادر ساخت» روتور برازا«

و با توليد نيروي رانش با استفاده از دمش »نيوتن«به سادگي از قوانين اول و دوم ههنگامي كه نوبت به ساخت وسيل. گيرد حجم بزرگي از هوا با سرعت كم، بهره مي

از طرف ديگر، . ي از قبيل هدايت در هوا را هم برطرف نمودبايد مسائل رسد، پرنده ميتوسط » برا« نيروي اصوال: رسد ميو قابل درك به نظر كارهاي اين مشكالت، ساده راه

با ) يا رو به عقب يا به پهلوها(رانش رو به جلو . شود روتوري با محور قائم توليد مي 1 - Otto Lilienthal (1848-1896)

١ ١

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 4

و گشتاورهاي الزم براي انجام آيد دست ميه كج كردن محور در جهت دلخواه ب آن، ايجاد چرخش روتور نسبت به محورهمانورهاي پروازي با كج كردن صفح

كند و به بال ثابت عمل ميتر از هواگردهاي ظريف اصوالسيستم در اينجا. شوند ميشود، نيروي يان روتور معكوس مي وقتي به هنگام نزول، جهت جريان هوا از معالوه

تواند توليد ها بدون گرفتن هيچ تواني از موتور، همچنان مي ي حاصل از تيغه»برا« در زمان خرابي موتور، يك فرود كنترل شده وجود داشته تا) خود چرخشي(شود در انجمن سلطنتي »سيروا« در كنفرانس يادبود »1جي پي جونز« زير توسط هنكت. باشد

: ايراد شده است1972هوانوردي انگلستان در سال اند؟ توانيم از خود بپرسيم كه چرا بالگردهاي متعارف، عملكرد موفقي داشته آيا مي« جا كه ممكن است كسي از خود بپرسد اين است كه چرات در اينال درسسؤاقع در و

.»اند شدهكنون منسوخ نهواگردهاي بال ثابت تاساختن يك بالگرد، مستلزم دست به : گرديم برمي»ليلينتال«هاي اكنون به گفته

ر حل شده و برخي ديگ قبالها آنگريبان شدن با مسائل و مشكالتي بود كه بعضي از بالگرد چرخشه عنوان مثال الزم بود كه براي خنثي كردن ب. نيز هنوز وجود داشتند

بود »خوان دال سيروا«اين نبوغ .حول محور روتور اصلي خود، ملخ دم اختراع شوددر . دار را براي جلوگيري از غلتش بالگردها ابداع كرد هاي مفصل كه سيستم تيغه

تواند خيلي سريع پرواز كند چراكه الگرد نميمقايسه با هواگردهاي بال ثابت، بعمل برخاست به . واماندگي تيغه استها آنهايي وجود دارند كه يكي از محدوديت

لحاظ آيروديناميكي روشن و قابل درك بوده ولي فرود در نظر يك متخصص نمايش دادن . ي جدا شده استها ناها، تالطم و جري گردابه آيروديناميك، كابوسي از

اند بسيار آيروديناميكي به جا ماندهههايي كه از يك وسيل فتار و موقعيت گردابهر 1 - J.P.Jones

5♦ مقدمه : فصل اول

F-4( جريان به جا مانده از يك هواگرد بال ثابت ه دنبال1-1شكل . مشكل استهاي نوك بال در پشت هواپيما به راه دهد كه در آن جريان گردابه را نشان مي) فانتوم »هركولس« C-130 ملخ هواپيماي هغناشي از نوك تيهاي گردابه1-2شكل . اند افتاده

»شيني« AH-56A روتور يك بالگرد ه گردابه نيز دنبال1-3تصوير . دهد را نشان مي)Cheyene (بررسي ساختار دنباله از نزديك، تداخل بين . گذارد را به نمايش مي

.دهد ر دم و قسمت عقب بدنه را نشان ميروتو

فانتوم4- مكدانل داگالس افيمايك هواپيد شده نوك بال در يتول يها گردابه: 1-1شكل

هركولس130-هاي توليد شده در نوك ملخ در يك هواپيماي الكهيد سي گردابه: 1-2شكل

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 6

هاي نوك تيغه توليد شده توسط يك بالگرد الكهيد شيني طي آزمونهاي پروازي گردابه: 1-3شكل

)عكس از شركت الكهيد مارتين. (1972 در سال Mammoth Lake Airportارتفاع باال در

200هاي نوك از يك بي اي يي هاوك جدايش گردابه: 1-4شكل

1-4شكل . گذارند ها بر يكديگر نيز اثر مي روي سطوح برازا، گردابهثيرأعالوه بر ت را پس از يك مانور خروج از 200جا مانده از يك هواپيماي هاوك جريان بههدنبال

و در اند نوك بال به يكديگر نزديك شده هگرداب دو. دهد سخت نشان مي1شيرجه ههاي مشخص شروع به تشكيل حلقه) گردابههيفروريختگي ناپايدار ساختار اول (2واپاشش

، يك ) ه( 1-5 تا) الف (1-5 سلسله تصاوير .كنند موازي ميهاي گردابهربوط به جفت م 1 - Pull Up 2 - Bursting

7♦ مقدمه : فصل اول

، ها تيغهخروجي هاي نوك . دهد ميرا نشان tip driven1بالگرد كوچك با روتور . دهد ساختار دنباله در چند رژيم پروازي مختلف را نمايش مي

نزديكي سطح زمين را به نمايش شرايط پرواز ايستا در) الف( 1-5 تصوير شود بالفاصله در زير سطح روتور منقبض ميتوان ديد كه جريان دنباله مي. گذارد مي

شده و به كه جريان پايين رونده از روتور توسط زمين قطعهمان طورآن ولي پس از نام داشته و يك عامل 2اين پديده، اثر زمين. يابد شود، گسترش مي اطراف پراكنده مي

اي گردابه» لوله«ساختار جريان دنباله، نه فقط . رود به شمار مي مهم در كارايي بالگرد 1-5 شكل. گذارد به نمايش مي هم نوك تيغه را هاي ، بلكه گردابهدهد ميرا نشان

دارداثر زمين هنوز وجود. دهد روتور را در سرعت رو به جلوي كم نشان مي) ب(با افزايش سرعت رو به . ولي جريان دنباله اكنون به طرف عقب پراكنده شده است

كوتاه قبل از برهم كنش متقابل بينهتوان در فاصل مي)) ج( 1-5 تصوير(جلو » لوله«ها و تغيير شكل دادن جريان دنباله، يك نيم رخ برش خورده را در گردابهخورده، يك روش سودمند در مدل برش3اي گردابههمفهوم لول. اي اعمال نمود گردابه

نشان داده شده است، به 1-5) ج(كردن جريان بوده ولي همان طور كه در تصوير به همين ترتيب كه . به كار بردن آن دقت شودهاي گردابه، بايد در دليل بر هم كنش

جريان به صورت مجزا، ههاي دنبال يابد، گردابه سرعت رو به جلو بيشتر افزايش مي هاي در مقطع و يك ويژگي غلتش به باال در لبه هاي كناري صفح دايره يك شكل

گردهاي گذارند كه البته بي شباهت به اين نوع گردابه در هوا چرخش را به نمايش مي .بال ثابت هم نيست

هاي مختلفي نظير نصب موتور جت در نوك ها با استفاده از شيوه ، بالگردهايي هستند كه در آنtip jetيا -3

م -كنند ها و غيره، مؤلفة چرخانندة روتور را به نوك تيغه منتقل مي تيغه2 -Ground effect 3 -Vortex tube

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 8

در پرواز - الف). هاي پيشرفته باتشكر از مؤسسه فناوري(دنباله گردابه روتور : 1-5شكل پرواز با سرعت -ج) تحت اثر زمين( پرواز ماليم به طرف جلو - ب) تحت اثر زمين(ايستا

كم به طرف جلو

9♦ مقدمه : فصل اول

د 1-5شكل

ه1-5شكل

پرواز به طرف جلو با سرعت باال-طرف جلو با سرعت باال ه پرواز به -د): ادامه (1-5شكل

دار مفصل. اند شدهنشان داده ) ه( 1-5 و) د( 1-5 اين خصوصيات در تصاويرتوان با انجامد كه البته اين وضعيت را مي در كنترل ميآن شدنتنبلكردن تيغه، به

پايداري بالگرد بهبود قيمت كاهشهاي بدون لوال و البته به هاي جديدتر تيغه سيستمهاي پايداري و كنترل، بالگرد يك مشخصهدر هر صورت با هر تركيب عملي از . داد

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 10

ماند و نياز به يك خود پايدار كننده براي سرسخت و سركش در پرواز باقي ميهوسيلبه نظر . كاهش بار كاري خلبان تا يك حد قابل قبول همچنان وجود خواهد داشت

ها و فوت و فن ها در اختيار حقيقي از روشاي مجموعهكنون كه ما تارسد ميچيزي كه مشخص است اين است كه تصور دنياي جديد بدون آن چندان . ايم داشته

اي با ارزش در عرصه هاي گوناگون فعاليت بشر تبديل ساده نيست؛ بالگرد به وسيله .شود استفاده از آن هر روز بيشتر ميهشده است و دامن

ز زمان جنگ دوم جهاني به اين سو شاهد گسترش انواع مختلفي از بشر اهاي جنگ دوم جهاني، بالگرد تك در خالل سال. هواگردهاي بال چرخان بوده است

.ساخته شده و تكميل گرديد» سيكورسكي«روتوره با ملخ دم توسط

ان در نقش جستجو و نجات گارد ساحلي61- بالگرد سيكورسكي اس:1-6شكل

بالگرد شينوك با روتورهاي پشت سر هم در حال گردش:1-7شكل

11♦ مقدمه : فصل اول

اين . نشان داده شده است1-6 در شكل »S-61Nسيكورسكي «يك نمونه بالگرد با اين وجود. ا رواج بيشتري داردنوع تركيب بندي در طراحي و ساخت بالگرد ه

هاي داراي بالگرد. روتور وجود دارندبالگردهايي با تركيب بندي هاي ديگري از ميل (2 روتورهاي كنار هم،1-7را در شكل ) بالگرد شينوك (1روتورهاي پشت سر هم

و 1-9را در شكل ) كاموف هليكس (3روتورهاي هم محور، 1-8را در شكل ) 12در . كنيد مشاهده مي1-10 را در شكل) K-MAXكي من (4روتورهاي تداخليو هم براي ايجاد رانش استفاده » برا «ها از روتور هم براي توليد تمامي اين تركيب

همچنين در اين بالگردها توان مورد نياز روتورها از طريق سيستم انتقال .شود ميعمل . شود كه خود مستلزم وجود سيستم كنترل گشتاور سمتي است قدرت تأمين مي

هاي خنثي كردن گشتاور سمتي با نصب يك ملخ دم و يا گردش دو روتور در جهت .شود هم ميسر ميمخالف

با روتورهاي كنار هم 12- بالگرد ميل:1-8شكل

1 - tandem 2 - side by side 3 - coaxial 4 - Synchropter

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 12

بالگرد كاموف هليكس با روتورهاي خالف گرد :1-9شكل

) كي من( بالگرد كي من كي مكس با روتورهاي تداخلي :1-10شكل

ه مسئل،گرداند روتور را ميوقتي يك نيروي خارجي مثل رانش جت در نوك ملخ، كنترل سمتي البته الزم است ولي در اينجا الزامي براي بي اثر . نداردوجودگشتاور

كردن گشتاور توليد شده توسط روتور اصلي گردنده توسط نيروهاي داخلي وجود . مثالي از اين نوع است11-1 در شكل »1فري روتوداين«. ندارد

1 - Fairy Rotodyne

13♦ مقدمه : فصل اول

ن نيروي گذارد كه در آ نين مفهوم تركيبي را به نمايش مياين هواگرد خاص همچ. شوند هاي ديگري هم توليد مي توسط اجزا و سيستمها آنبرا يا رانش يا هردوي

تركيبي ، يا تماما )فقط رانش(رانش تركيبي ، )فقط برا(چنين هواگردهايي، برا تركيبي ي » برا« ايجادهها وظيف براي روتوداين در پرواز رو به جلو، بال. هستند) رانش و برا(

بنابراين اين هواگرد يك بالگرد تماما . أمين رانش را بر عهده دارندها ت كمكي و ملخ .تركيبي است نشان داده شده از همين 1-12 كه در شكل (Cheyenne)» الكهيد شيني«هواگرد هايي براي توليد نيروي برا و يك ملخ هل دهنده در در اين هواگرد بال. دست است

همچنين اين هواگرد داراي يك ملخ دم . دعقب ديرك دم براي ايجاد رانش وجود دار 1بالگردهاي تركيبي .گيرد است كه چرخش آن هماهنگ با ملخ هل دهنده صورت مي

دهند، كه گروه دوم تركيب بندي هواگردهاي روتوركرافت يا بالگردان را تشكيل مي. اند براي افزايش سرعت هوايي رو به جلو نسبت به هواگردهاي متعارف طراحي شده

ان طور كه بعدا خواهيم ديد، روتور اصلي در بالگردهاي متعارف، اساسا در يك همهاي آيروديناميكي براي كند كه سبب ايجاد محدوديت عمل مي» لب جهت«شرايط

.شود رانش روتور و در نتيجه محدوديت در سرعت رو به جلو مي

)وستلند هليكاپترز( بالگرد تركيبي فري روتوداين :1-11شكل

1 -compound helicopters

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 14

بالگرد تركيبي الكهيد شيني :1-12شكل

در پرواز ايستا22 تيلت روتور بل بويينگ وي :1-13شكل

15♦ مقدمه : فصل اول

مايل در ساعت، يك 250 بالگرد لينكس با سرعت 1986براي مثال، در سال در سال R-4ركورد جهاني بر جاي گذاشت در حالي كه يك هواپيماي كورتيس

و »رتيلت روتو« ديگر هواگردهاي تركيبي، ه گون. به اين سرعت دست يافته بود1923طور كه از نامش پيداست، روتورها در در تيلت روتور همان. است»تيلت وينگ«

ولي براي پرواز افقي . نشست و برخاست عمودي و پرواز ايستا، رو به باال قرار دارندنشست و اي عمل چنين وسيله. دهند ميتيوضع جلو تغيير سمتو به جلو، بهو ر

يك . را نداردها آنبرخاست را همانند بالگردها انجام داده ولي محدوديت سرعت . نشان داده شده است1-13 است كه در تصوير V-22مثال اين نوع از هواگردها، بل

طرح تيلت وينگ بسيار شبيه به تيلت روتور است جز اينكه روتورها روي بال ثابت ز عمودي به پرواز رو به جلو و برعكس، تمام بال بايد و براي انتقال از پروااند شده

1-14 بويينگ در شكل V-76مثال اين نوع از هواگردها، هواگرد تحقيقاتي . دچرخببالگردهاي تك روتور به مراتب رواج بيشتري در دنيا از طرف ديگر تاكنون . است

1-15 در شكل .اختداشته اند و ما در اين كتاب منحصرا به اين بالگردها خواهيم پردبسيار ساده شده از نظر مالحظات عملي چنين بالگردي كه يك مقطع برش خورده و دندهجعبهموتورها و . است، نمايش داده شده استساندر تمام بالگردها تقريبا يك

الزم است كه به صورت فشرده در اطراف محور روتور و درست در زير روتور قرار ها قسمت بار و مسافران طوري در جلو و عقب بدنه قرار ندر زير آ. دنداشته باش

در جلوي اين . گرفته كه تغيير مكان مركز ثقل نسبت به محور روتور به حداقل برسدمحور انتقال قدرت از جعبه دنده به ملخ . گيرد پروازي قرار ميهقسمت هم كابين خدم

به . ن انقطاع باشد صاف و مستقيم بوده و بدوامكاندم، الزم است كه تا حد ه را هم افزود تا مقطع برش خورد1توان تيزه گيرها هايي كه در باال گفته شد مي قسمت . بالگردهاي متعارف كامل شودهمشخص

1 - fairings

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 16

عالئم و . در اينجا مفيد خواهد بود كه توضيحاتي راجع به كتاب حاضر ارائه دهيملي براي سهولت در اند و نشانه ها در نخستين كاربردشان در كتاب تعريف شده

. اند جداگانه اي آورده شدههها در ضميم مراجعه، همه آن

76 هواگرد تحقيقاتي تيلت وينگ بويينگ وي :1-14شكل

سادهه اساس ساختمان يك بالگرد تك روتور:1-15شكل

17♦ مقدمه : فصل اول

انتخاب واحدها آزاد است ترجيح داده شده است كه از سيستم از آنجايي كه اياالت متحده ماننداز طرف ديگر از آنجايي كه در كشورهايي . متريك استفاده شود

هاي عددي از اين واحدها استفاده شده همچنان سيستم انگليسي رواج دارد، در مثالهمچنين در . اند هر دو واحد آورده شده ضمن اينكه در بعضي از موارد،است

ها آنتق شده از ي مشهاواحداي جداگانه، واحد هاي اوليه آورده شده و ضميمه اينكه سرانجام. اند اند ضمن اينكه فاكتورهاي تبديل واحد هم آمده تعريف گرديده

. اند شده آورده كتابمنابع و مراجع در هر فصل شماره گذاري شده و در آخر كتاب اصلي است كه براي اطالعات بيشتر در يك سهاستثنائات در اين مورد،

:ده شده است استفاها آنموضوع، مكررا از

1- Bramwell, A.R.S.(1976) Helicopter Dynamics.Edward Arnold 2- Johnson, Wayne (1980) Helicopter Theory. Princeton University Press. 3- Stepniewski, W.Z. and Keys, C.N.(1984) Rotary-wing aerodynamics, Vols I and II. Dover Publications Inc.

كوتـاه، بـه هبـا ايـن مقدمـ .اند ، مشخص شده ن منابع در متن كتاب تنها با نام مؤلف اي

.رويم ميسراغ موضوع اصلي خودمان

دومفـصل

روتور در پرواز عمودي

) اندازه حركت و تحليل جريان دنبالههرينظ(

ندازه حركت براي پرواز ايستانظريه ا عدد شايستگي نظريه اندازه حركت براي صعود عمودي نزول عمودي منحني كامل سرعت القايي خود چرخشي نكاتي كوتاه راجع به نظريه اندازه حركت تركيب واقعي دنباله جريان هاي تحليل گردابه روش اثر زمين

مباني آيروديناميك بالگرد

تور در پرواز عموديرو :دومفصل

) حركت و تحليل جريان دنبالهه اندازهنظري(

حركت براي پرواز ايستاه اندازهنظري 1-2، ر چرخش روتوهروتور بالگرد با راندن ستوني از هوا به طرف پايين در ميان صفح

سرعت انتقال يافته يد شده ونسبت بين رانش تول. كند يك رانش رو به باال ايجاد مي حركت و هقوانين بقاي جرم، انداز( نيوتني توان با استفاده از مكانيك به هوا را مي

از اين شيوه معموال تحت عنوان تئوري . دست آورده براي يك فرايند كلي ب) انرژيكه اي است چنين چيزي اساسا شبيه به نظريه. شود ميها ياد حركت براي بالگردهانداز

و »رنكين«يشتر توسط پهاي هواپيما و بر اساس كاري كه براي ملخ»1گالورت«توسط .، بيان شده است كشتي انجام شده بودهبراي پيشران »فرود«

كه در ميان آن يك افزايش فشار شود ميفرض » 2گرديسك عمل« روتور مثل يك هواي گذرنده از ميان ، ستون3در پرواز ايستا. ناگهاني با توزيع يكنواخت وجود دارد

كه در شود مي در باال و پايين ديسك تعريف 4 جريانهديسك به صورت يك لول به جريان القا 5 جريان، هوا بدون آشفتگي است و هيچ چرخشيهبيرون اين لول

1 - Glauert 2 - actuator disc 3 - hover 4 - stream tube 5 - rotation

۲

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 22

همان . نشان داده شده است) ج (2-1تا ) الف (2-1اين وضعيت در تصاوير . شود مين، فشار آن افت شود ميمكيده ) ديسك( چرخش هخل صفحكه هوا از باال به داطور پس از آن كه فشار در جريان خروجي افت كرد اتفاق ∆p يك افزايش فشار. كند مي هسرعت در لول. رسد ميp∞افتد تا اينكه به مقدار اوليه يا همان فشار اتمسفر مي

چرخش، ه در صفحivتا مقدار » هايت باال دستن ن بيجريا«جريان از صفر درافزايش يافته و در جريان خروجي تا زماني كه كاهش فشار داشته باشيم، همچنان زياد

پيوستگي . رسد مي» جريان بي نهايت پايين دست« درv∞ تا اينكه به مقدار شود مي چرخش پيوسته هاست كه سرعت در ميان صفح مستلزم اين دبي جرمي در لوله،

توان به طور جداگانه براي برنولي را ميهقانون بقاي انرژي به صورت معادل. باشدبا استفاده از فرض جريان تراكم . چرخش به كار بردههاي قبل و بعد از صفح ناجري

:ناپذير، براي جريان ورودي خواهيم داشت2

21

ii vpp ρ+=∞

:براي جريان خروجي داريم. ، جرم حجمي هوا استρكه

22

21

21

∞∞ +=+∆+ vpvpp ii ρρ كه در آن

2

21

∞=∆ vp ρ

در صفحه چرخش برابر خواهد بود Tاكنون با توجه به قانون بقاي اندازه حركت، رانش :شود با نرخ كلي افزايش اندازه حركت هوا در امتداد محور روتور كه اين گونه بيان مي

∞= vAvT iρ A چرخش روتور است، از اين رو همساحت صفح iAvρ دبي جرمي عبوري از آن : چرخش است، داريمه رانش در واحد سطح صفح∆pاز آنجايي كه . باشد مي

∞==∆ vvATp iρ

23♦ )نظريه اندازه حركت و تحليل جريان دنباله(روتور در پرواز عمودي : فصل دوم

له لوسه هند-ر تحت پرواز ايستا، الف مفهوم ديسك عملگر براي يك روتو:2-1شكل

پروفيل فشار- پروفيل سرعت ج- جريان ب

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 24

ديد كه توان مي بيان شد ∆pاز دو عبارتي كه براي ivv 2=∞ 1-2

چرخش و نصف ديگر در پايين ه به هوا در باالي صفح1اين نصف سرعت القاييبنابر :گونه خواهد بود اينiv و نسبت بين رانش و سرعت افتد ميآن اتفاق

22i

AvT ρ= 2-2

:يا اگر رانش معلوم باشد

ρρ 22w

ATvi == 3-2

ATwكه سرعت القايي يا به iv. كند مي را بيان 2 چرخشه بارگذاري صفح= بال هواپيما، موضوع وقتي يايسه با جريان رو و درمقبوده 3عبارت ديگر، فروشار

) .5فصل ( كه بالگرد در پرواز رو به جلو باشد شود ميواضح تر چرخش براي يك بالگرد موتور پيستوني حـدود ه بارگذاري صفح ميزاندر عمل،

2mkg 10 روتـوري بـا قطـر از پيـستوني سـنگين بـوده و موتورهاي . خواهد بود بايد استفاده شود تا ابعاد موتور مورد نيـاز بـراي برخاسـت عمـودي تـا حـد تر رگبز

موتورهاي . چرخش نسبتا پايين است ه از اين رو بارگذاري صفح .ممكن كوچك شود ، نـسبت شـود مـي در بالگردها روز به روز گـسترده تـر ها آنتوربين گازي كه كاربرد

. آورند را فراهم مي تر كوچكاده از روتورهاي رانش به وزن بااليي داشته و امكان استف كه اين خود كاهش در وزن، پسا و هزينه را بـه دنبـال شود ميتر بدنه كوتاه ،در نتيجه

بالگردهاي ). هر چند كه خود موتور در اينجا يك بخش هزينه بر است (خواهد داشت حـدوده چـرخش در م هداراي موتور توربين گـازي، عمومـا داراي بارگـذاري صـفح

2mkg 40-30 باشند مي.

1 - induced velocity 2 - disc loading 3 - down wash

25♦ )نظريه اندازه حركت و تحليل جريان دنباله(روتور در پرواز عمودي : فصل دوم

كار انجام شده بر روي هوا كه با تغيير انرژي جنبشي آن در واحد زمان بيان

)، گردد مي ) 2

21

∞vAviρ 32به صورت ) 2-1( كه با معادله باشد مي iAvρ آيد مي در اين به عنوان توان . شود مي بيان iTv به صورت) 2-2(يا به سادگي توسط معادله

:شود ميالقايي روتور شناخته شده و به صورت زير نوشته

)2(23

ATTvP ii ρ== 4-2

هاي باال از سرعت نوك روتور عد كردن رابطهبراي بي ب)RΩ ( كه كنيم مياستفاده Ωاي و سرعت زاويهRعبارتند از مورد استفادهبنابراين ضرايب. شعاع روتور است :

2)( RATCT Ω

=ρ

رانش

3)( RA

PCP Ω=ρ

توان

Rvi

i Ω=λ سرعت القايي

تحت حركت براي يك روتور هازاند هشد ساده ه نظري مربوط بهروابطبنابراين و

:گونه خواهند بود پرواز ايستا، اين

2T

iC=λ 5-2

223

Tp CCi= 6-2

حركت را با احتساب انرژي چرخشي جريان دنباله، ه اندازهتر نظري اشكال پيچيدهدر اين رابطه، متون ( توسعه داد توان ميفرض نايكنواخت بودن سرعت القايي و غيره

عموما با وجود ). مراجعه كنيدها آن يد بهتوان مياستاندارد و مفصلي وجود دارد كه . كند ميبرد، ولي تفاوت زيادي را ايجاد ن ها دقت را كمي باال مي اينكه اين فرض

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 26

تيغه جزءه حركت با نظريهازاند هشد ساده هبنابراين براي كارهاي با دقت باال، نظريه تا نتايج مناسب بگردد مي تركيب خواهد شد،يح تشرسهفصل كه در )المان تيغه(

.دست آيند سرعت القايي با هوقتي تجزيه و تحليل دقيق تر روتور مورد نياز باشد، محاسب

واقع در جريان پاييندر كه ها گردابهجمع آوري تصاوير واقعي از الگوي مركب » گردابههنظري«راجع به اين روش در بخش. شود مي روتور وجود دارند همراه دست

.داده شده استهاي بعدي همين فصل توضيح مختصري در قسمت

1 عدد شايستگي2-2

جذب شده توسط روتور را قسمت اعظم كل توان) iP(در پرواز ايستا، توان القايي از طرف ديگر، جزء ديگري در توان هم مورد نياز است تا بر پساي . دهد تشكيل مي

2 پروفيليا يم رخبه اين بخش از توان، توان ن. غلبه شودها تيغهآيروديناميكي ) توليد نيروي برا(از آنجايي كه اين توان القايي است كه به كار مفيد روتور . گويند مي

، نسبت توان القايي به كل توان، ميزان كارايي روتور در پرواز ايستا را شود ميمربوط بيان M و عموما با شود مياين نسبت، عدد شايستگي ناميده . دهد دست ميه ب

ممكن است M حركت، هازاند هشد ساده هبا استفاده از نتايج مربوط به نظري. گردد مي :از جمله. هاي مختلفي بيان شود به صورت

1

23

1 211

)(

−−

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛+=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=

+=

T

P

i

o

oi

i

C

CPP

PPP

M o 7-2

كه OPC باشد مي ضريب توان نيم رخ :

3)( RAPC o

Po Ω=ρ

1 - figure of merit 2 - profile power

27♦ )نظريه اندازه حركت و تحليل جريان دنباله(روتور در پرواز عمودي : فصل دوم

روتور با مشخصات داده شده، ممكن است انتظار نداشته هاكنون براي يك تيغ البته به اين ؛كندخ با ميزان رانش چندان تغييرباشيم كه پسا و در نتيجه توان نيم ر

. تراكم پذيري باال را تجربه كندشرط كه تيغه نه وامانده شده و نه پساي مربوط به كه براي روتوري با مشخصات داده شده، عدد دهد مي نشان 2-7 هبنابراين معادل

اين امر مستلزم اين موضوع است كه . يابد افزايش ميTCشايستگي معموال با افزايش اح ممكن يك طر. وداي بايد دقت ش دد شايستگي براي منظورهاي مقايسهدر كاربرد ع

ها در يك ضريب اي با سطح كم به طوري كه تيغه است مجاز باشد كه با انتخاب تيغه نزديك واماندگي عمل كنند، عدد شايستگي را باال ببرد ولي او بايد وي باال»برا«

از قبيل مانورهاي با (بيرون از پرواز ايستا براي شرايطيمطمئن باشد كه مساحت تيغه شكل ارفويل، (هاي متفاوت تيغه بين طرحهبه عالوه، مقايس. كافي است) سرعت باال

براي يك كاربرد مشخص بايد در ضريب رانش ...) شكل تيغه، مقدار پيچش تيغه و .ثابت انجام گيرد

كل توان ك چهارميباشد كه در آن مي75/0 يك عدد شايستگي مناسب در حدودبراي اغلب بالگردهاي . شود مي) اي پروفيليپس(روتور صرف غلبه بر پساي نيم رخ

امروزي، مقداري از توان موجود براي گرداندن ملخ دم و اجزاي فرعي ديگر بالگرد به درصد 65تا 60نتيجه اينكه توان القايي در پرواز ايستا مقداري در حدود . رود كار مي

.دهد موتور را تشكيل ميكل توان گرفته شده از

ن جريان در صعود عموديميدا: 2-2شكل

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 28

حركت براي صعود عموديه اندازه نظري3-2 2-2 در شـكل cVنمايي از جريان در روتور براي صعود عمودي با سرعت رو به باالي

اكنون با به كار بردن معادلـه برنـولي هماننـد قبـل، بـراي جريـان . نشان داده شده است :ورودي خواهيم داشت

22 )(21

21

icic vVpVp ++=+∞ ρρ :و براي جريان خروجي داريم

22 )(21)(

21

∞∞ ++=++∆+ vVpvVpp cici ρρ

: حركت براي نيروي رانش داريمههمچنين با استفاده از قانون بقاي انداز

∞+= vvVAT ic )(ρ

ـ ه كه اين معادالت همانند حالت پرواز ايستا، رابطـ شود ميبه سهولت ديده ه زيـر را ب :دهند ميدست

ivv 2=∞ :شود نيروي رانش چنين ميهكه از آنجا رابط

iic vvVAT )(2 += ρ 8-2

ريم، نـسبت بـين در پرواز ايستا و با رانش مشابه به كـار ببـ iv را براي مقدار hvاگر

:سرعت القايي در پرواز ايستا و صعود عمودي اين گونه خواهد بودiich vvV )(2 +=ν 9-2

:رسيم زير ميه شود، به رابط حلhv به iv باال بر حسب نسبت هكه اگر معادل

122

2

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+−=

hV

vV

vv c

h

c

h

i 10-2

29♦ )نظريه اندازه حركت و تحليل جريان دنباله(روتور در پرواز عمودي : فصل دوم

سرعت القايي به عنوان تابعي از نرخ صعود:2-3شكل

هاي صـعود بنابراين سرعت القايي با افزايش سرعت صعود، كاهش يافته و در نرخ هـاي صـعود پـايين، در نرخ . كند ميانه اي به سمت صفر ميل باال، بدون بروز هيچ نش

iv 2( بهch Vv .شود مينزديك ) − : آيد ميدست ه توان مصرفي يا كل كار انجام شده توسط نيروي رانش چنين ب

)( ici vVTP += باشـد مي نرخ كار انجام شده توسط نيروي رانش در صعود يكنواخت cTVكه در آن

هوا است كه انـرژي جنبـشي مربـوط بـه جريـان نرخ كار انجام شده بر روي iTvو ايـستا و بـا بـه مقـدار آن در پـرواز iPدادن با ارتبـاط . كند ميفروشار روتور را بيان

:آيد ، به دست مي2-10استفاده از معادله

122

2

+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+=+==

h

c

h

c

h

i

h

c

h

i

h

i

vV

vV

vv

vV

TvP

PP 11-2

2-4 يابد كـه چگـونگي آن در شـكل بنابراين توان القايي با سرعت برخاست افزايش مي .آمده است

مباني آيروديناميك بالگرد ♦ 30

توان القايي به عنوان تابعي از نرخ صعود:2-4شكل

كه كار روتور در حين صعود است، cTV فقط به iPهاي صعود باال، در نرخ :هاي كوچك تقريبا خواهيم داشت براي نرخ. شود مينزديك

2c

hiTV

PP +≈

اي كه از طبيعت حركت به دليل تصوير بيش از حد سادهه اندازهدر اينجا نظريت توان كه قبال ، در نشان دادن يك مزيدهد ميجريان خروجي در زير روتور ارائه

: )خي از بالگردهاالاقل در بر (شود مياهميت آن نشان داده شده با ناكامي رو به رو ن عبور بعدي از ميان آهوقتي كه تيغ) 2-8بخش ( نوك يك تيغه هموقعيت گرداب

اين . باشد مي كه در حين صعود پايين تر از زمان پرواز ايستا رسد ، به نظر ميكند مي كه در صعود ماليم، توان مورد نياز دهد ميها تغيير را چنان در نوك تيغه 1امر، فراشار

.پرواز ايستا خواهد بودكمتر از 1 - up wash