مقاله پرواز بدون موتور

 nx دارای 41 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است فایل ورد nx  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد. این پروژه توسط مرکز nx2 آماده و تنظیم شده است توجه : در صورت  مشاهده  بهم ريختگي احتمالي در متون زير ،دليل ان کپي کردن اين مطالب از داخل فایل ورد مي باشد و در فايل اصلي nx،به هيچ وجه بهم ريختگي وجود ندارد بخشی از متن nx : پرواز بدون موتور سرعت و شتاب شاهین های ایده‏آل بهنگام شیرجه زدن و اوج گرفتن.خلاصه:برخی از شاهین ها همانند بازها (Falco Peregrinus) در هوا و با حداكثر سرعت شیرجه به شكار خود حمله می‏كنند. و تصور می‏شود كه آنها سریعترین حیوانات هستند. حداكثر سرعت آنها بهنگام شیرجه در حدود 157 متر بر ثانیه اندازه گیری شده است، البته سرعت به این بالایی به دقت اندازه گیری نشده است. در این بخش تاثیر نیروهای آترودینامیكی و جاذبه ای (گرانشی) را برروی شاهینهای ایده‏آل مورد بررسی قرار داده و برای محاسبه سرعت و شتاب حین شیرجه زدن از مدلهای ریاضی استفاده می كنیم. شاهین ایده‏آل (مدل) دارای جرمی معادل 5/0 تا 2 كیلوگرم هستند از نظر خصوصیات اندام شناسی در آنرودینامیكی مشابه شاهین های واقعی هستند. حداكثر سرعت شیرجه زدن بستگی به وزن پرنده و زاویه و مدت شیرجه دارد. در زمان مناسب شاهینهای ایده‏آل می توانند در یك شیرجه قائم به حداكثر سرعتی بین 89 تا 117 متر برثانیه برسند، در صورتیكه ضریب مقاومت هوا را 18/0 فرض كنیم پرنده‏های سنگینتر می توانند به سرعتهای بالاتری نیز برسند. این مقادیر در پروازهای با سرعت كم اندازه‏گیری شده است در پروازی با سرعت بالاتر می توان این مقدار را تا 07/0 كاهش داد. در اینحالت حداكثر سرعت بین 138 تا 174 متر بر ثانیه خواهد بود. در یك شاهین ایده‏آل به وزن یك كیلوگرم كه با زاویه بین 15 تا 90 درجه شیرجه می‏زند بعد از حدود 1200 متر به 95% حداكثر سرعت خود می‏رسد. مقدار زمان سپری شده و افت ارتفاع برای رسیدن به 95% حداكثر سرعت در رنجی بین 38 ثانیه و 322 متر در زاویه 15 درجه تا 16 ثانیه و 1140 متر در زاویه 90 درجه قرار دارد. بهنگام اوج گرفتن مجدد پس از یك شیرجه قائم و در حداكثر سرعت، یك شاهین ایده‏آل با وزن یك كیلوگرم با تغییر فاصله بالهای خود می تواند نیروی بالا برنده‏ای تا 18 برابر وزن خود ایجاد كند در حالیكه نیروی بالا برنده در هنگامی كه بال، كاملاً باز است 7/1 وزن بدن می باشد. شاهین هنگام اوج گرفتن پس از یك شیرجه 60 متر از ارتفاع خود را از دست می‏دهند با كاهش زاویه شیرجه مقدار افت و افزایش ارتفاع نیز كاهش پیدا می كنند. یك شاهین یك كیلوگرمی می تواند با افزایش مقاومت هوا و زاویه بالهای خود سرعت شیرجه زدن را كاهش دهد. هم نیروی بالابرنده و هم نیروی مقاومت هوا را می‏‏توان با زاویه حمله افزایش داد ولی شاهین می تواند نیروی بالا برنده را با نگه داشتن بالهای خود به شكل یك گودال (یا فنجان) افزایش دهد بنحوی كه بخشی از این نیرو از بغل وارد شود. فشار هوای افزایش یافته توسط بالها می‏تواند حداكثر نیروی بالا برنده را ایجاد كند. این نیرو آنقدر بزرگ است كه شاهین می تواند در یك شیرجه با زاویه 45 درجه سرعت 41 متر بر ثانیه (نصف حداكثر سرعت) با شتابی معادل 5/1- برابر شتاب جاذبه از سرعت خود كم كند. شاهینهای واقعی می‏توانند با تغییر در بالها و انتخاب طول شیرجه سرعت خودشان را كنترل كنند. با استفاده از شیرجه شاهینهای ایده‏آل در سرعتهای بالا می توان به مزایا و معایب آن در شاهینهای واقعی پی برد همچنین می توان نحوه حفظ این سرعتها را نیز بررسی نمود. مقدمه:بسیاری از پرندگان با بالهای باز و در یك مسیر مستقیم و با سرعت شیرجه بالا به شكار خود حمله می‏كنند. این رفتار عمدتاً ویژگی بازها می‏باشد (Falco Peregrinus) شاهینها می توانند در هوا به سایر پرندگان بچسبند، معمولاً این عمل بعد از یك شیرجه شگفت انگیز كه صدها متر بالاتر از شكار شروع می شود، انجام می‏گیرد. قبل از شیرجه یك باز عموماً با بال زدن سرعت خود را افزایش می دهد، سپس با جمع كردن بالهای خود شروع به شیرجه زدن كرده و با تغییر مسیر خود، به مسیری كه با افق زاویه‏ای 15 تا 90 درجه می‏سازد قرار می‏گیرد. پرنده در طی شیرجه با صرف انرژی پتانسیل به سرعت خود اضافه می كند. و ممكن است به حداكثر سرعتی كه یك جانور می تواند برسد، دلت پیدا كند، این سرعت به میزان تا 157 متر بر ثانیه برآورد شده است. حتی اگر این برآورد صحیح هم باشد دقت آن شناخته شده نیست زیرا اندازه‏گیری سرعت شیرجه یك شاهین مشكل است. برای این كار به وسایل اندازه‏گیری پیچیده نیاز است. زمان شیرجه كوتاه و محل و زمان شیرجه غیر قابل پیش بینی بوده و در فاصله دوری از مشاهده گر قرار دارد. Alerstam (1978) برای غلبه بر این مشكلات از رادار استفاده كرد و به این طریق سرعت شیرجه یك باز را 39 متر بر ثانیه اندازه‏گیری كرد. Clark (1995) سرعتهای شیرجه‏ای بیشتر از 41 متر بر ثانیه را اندازه‏گیری كرد.حداكثر سرعتی كه در یك شیرجه بدست می‏آید به ویژگیهای آترودینامیكی پرنده، زاویه شیرجه نیروی جاذبه و زمان و فضای در دسترس برای شیرجه بستگی دارد. و بررسی هركدام از این پارامترها می تواند محدودیتهایی كه یك شاهین با آنها مواجه است را مشخص كند. برای پروازهای بدون موتور چندین مدل ریاضی وجود دارد و آلراستام (1987) یكی از آنها را برای شیرجه اصلاح كرد. با اینحال هیچكدام از این مدلها برای اندازه گیری سرعت حین شیرجه یا اوج گرفتن طراحی نشده‏اند. این مقاله مدل ریاضی را برای شیرجه «شاهین های ایده‏آلی» كه به صورت ریاضی تعریف شده‏اند، ارائه می‏كند. این نام بعد از خصوصیات مفید شیمیایی فیزیكی ideal gas مطرح شد. شاهینهای ایده‏آل دارای وزنهای مختلف هستند و خصوصیات مورنولوژیكی و آئرودینامیكی آنها مشابه نمونه ای واقعی هستند و به سوالاتی كه در ادامه مطرح می شوند پاسخ می‏دهند. بهنگام شیرجه آنها به چه سرعتی دست پیدا می‏كنند؟ برای سرعت گرفتن آنها به چه زمان و ارتفاعی نیاز دارند؟ زاویه شیرجه چه تاثیری بر سرعت دارد؟ آنها برای اوج گرفتن پس از شیرجه چه میزان نیروی آمیرودینامیكی تولید می‏كنند؟ بهنگام اوج گرفتن آنها چه ارتفاعی را از دست می‏دهند؟ به چه میزان آنها می‏توانند بهنگام شیرجه سرعتشان را كنترل كنند؟ پاسخ به این سوالات چارچوبی را برای بررسی عملكرد شیرجه شاهینهای طبیعی در طبیعت بدست می‏دهند ولی آنها لزوماً نمی توانند كلیه موارد مرتبط با شاهینهای طبیعی را توضیح دهند.نیروهای آئرودینامیكی در مورد شاهینهای ایده‏آل بر مبنای اندازه گیری های انجام شده در سرعتهایی كمتر از 5/1 شاهینهای واقعی بدست آمده اند و شاهینهای ایده‏آل ممكن است دارای اشكال باشند كه به هیچ نحو نمی‏شود آن را در مورد شاهینهای واقعی اندازه‏گیری كرد. شاهینهای ایده‏آل دارای این امتیاز فوق‏العاده هستند كه از طریق آن ها می توان روابط ریاضی را بیان نمود كه آنها را می‏توان ارزیابی، آزمایش و اصلاح نمود. انواع بال زدن:پرندگانی كه بال نمی زنند با توجه به سرعت خود بالهایشان را در فاصله‏ای متغیرا: بدنشان نگه می‏دارند. در سرعتهای كم آنها بالهایشان را كاملاً باز می‏كنند. و بتدریج با افزایش سرعت بالهایشان را جمع‏تر می كنند. در سرازیریها و شیرجه های سریع آنها ممكن است تا آنجا كه امكان دارد بالهایشان را به بدنشان نزدیك كنند حتی تا نزدیكی نشینگاهشان. (شكل1) در تحقیق فعلی از فاصله بالها جهت تشخیص شیرجه از دو نوع دیگر پرواز یعنی اوج گرفتن و تغییر جهت استفاده شده است. اوج گرفتن اغلب به پروسه‏ای اطلاق می‏شود كه پرنده در آن وضعیت ارتفاع خود را ثابت نگه داشته یا با پرواز در هوا و حركت در به سمت بالا یا شتاب گرفتن ارتفاع خود را افزایش می‏دهد. در اصطلاح ارنیتولوژی (پرنده شناسی) این واژه بیانگر حالتی است كه در آن پرنده با حداكثر فاصله بین بالها و دم كاملاً كشیده در حال پرواز است. مثلاً پرندگانی كه كمتر بال می‏زنند اغلب این ارتفاع با چرخاندن بالهایشان در 90 درصد یا 100 درصد فاصله بالها بدست می آورند. برای بدست آوردن چنین فاصله‏ای آنها بالهایشان را به جلو حركت داده و دمشان را از هم باز می‏كنند تا اثر اوج گیری لحظه ای را خنثی كنند. این رفتار را می‏توان در پرندگانی كه كمتر بال می زنند در طبیعت مشاهده كرد. وتوكر (1992) این مطلب را در یك تونل باد روی یك شاهین Marris مورد بررسی قرار داد. از نظر پرنده شناسی در سرعتهای بالاتر از حد اوج گیری دم جمع می شود در یك محدوده‏ای از سرعت یك پرنده می تواند در امتداد یك مسیر با حداقل زاویه نسبت به افق كج شود. خم بالها و فاصله بالها در بالاترین سرعت این محدوده تقریباً به میزان 70% ماكزیمم آن كاهش می‏یابد. در این حالت پرنده از حالت «Flexgliding» است. پرندگان شكارچی عمدتاً پس از رسیدن به ارتفاع خاص و در یك سرعت بالا شروع به سرخوردن می كنند. پرندگان می‏توانند با شیب دادن به زاویه حركت و خم كردن بالهایشان سریعتر نیز سر بخورند. دقیقاً همانند زمانی كه شیرجه می‏زنند. بعنوان یك قرار داد كه نشان دهنده شیرجه زدن است من توضیح می‏دهم كه پرنده‏ای در حال شیرجه است كه فاصله بالهایش كمتر از 70 درصد حداكثر فاصله بالهایش است و مسیر سرخوردن آن نیز مستقیم است. پرنده ای كه در حال شیرجه زدن است، نیز یك شیرجه‏زن نیست زیرا علیرغم اینكه فاصله بالهایش كمتر از 70% حداكثر است مسیر پرواز آن مستقیم است. خصوصیات اندام شناسی و آئرودینامیكی شاهینهای ایده‏آل:شاهین های ایده‏آل (یا به اختصار «شاهینها» كه با شاهین های واقعی متفاوت هستند) دارای جرم m هستند و از دو طرف متقارن هستند. آنها دارای محور بلندی هستند كه از راس نوك شروع و راس دم ادامه داشته و پرونده نسبت به این محور تقارن دارد. برشهای عمود بر محور مدل یك شاهین باعث ایجاد مناطق مختلفی می شود كه از نظر سطح با هم متفاوت هستند. منطقه‏ای كه در برش عرضی دارای حداكثر مساحت است (بجز بالها) Sb نام دارد. و مساحت منطقه‏ای از برش عرضی كه دارای حداكثر مساحت است (شامل بالها) فاصله بالها نام دارد رباط نشان می‏دهند. یك شاهین كه دارای جرم معینی است دارای Sb ثابتی است اما می‏تواند فاصله بالهایش را بین مقدار حداقل و حداكثر تنظیم كند (bman , bmin). از آنجائیكه فاصله بالها متفاوت است مساحت بالها (SW) نیز بین مقدار حداقل و حداكثر (Swmin , Swmax) تغییر می كند. SW منطقه ای از بالها است كه عمود بر محور تقارن بوده و دارای محور طولانی است. مساحت بال شامل مساحتی از بدن پرنده است كه بین بالها قرار دارد. بعنوان یك استثناء بالهای شاهینها دو سطحی نمی باشد خطوط قوسی بالها در منطقه بالها بدن را به دو قسمت تقسیم می كنند. یك خط تومی، خطی است بر اثر برشی در امتداد محور تقارن بدن در بالها ایجاد شده و دو لبه بال را بهم وصل می كنند. خط تومی باتوجه به فاصله بالها متفاوت است.ولی طول متوسط توس است كه برابر است با:C = Swmax / bmax (1)حالت استثنا همانند شاهینهای واقعی در شاهینهای ایده‏آل وجود دارد (شكل 1) كه ممكن است بالهایشان را در اطراف بدنشان به شكل یك فنجان جمع كنند. (شكل6). سطح زیرین بالهای فنجانی شده در امتداد بدن است هنگام فرود آمدن ولی فضای خالی آن بین بالها و بدن قرار دارد. در مقاله حاضر به بالهای فنجانی شده تنها در بخش كنترل سرعت شیرجه اشاره می‏كنند. همزمان با پرواز یك شاهین بردار وضعیت (P) مسیر حركت در فضا را در هر زمان (t) نشان می‏دهد. یك وضعیت در فضا از آنجائیكه فضای مورد مطالعه با دو بعدی است به صورت دو نقطه x,y تعریف می‏شود. شاهین در امتداد مسیر پرواز با سرعت V=dp/dt حركت می كند كه این سرعت دارای بردارهای متناظی Vy , Vx می‏باشد و مسیر پرواز هنگام شیرجه زدن خطی راست است كه با محور اتمی x زاویه(0) را ایجاد می كند. فرض می شود كه باد می وزد بنابراین شاهین می تواند با توجه به اینرسی موجود با سرعت V در هوا شیرجه بزند و می‏تواند با تغییر سرعت نه جهت شتاب خود را افزایش دهد. بهنگام اوج گیری پس از شیرجه، شاهین با تغییر جهت سرعت خود را افزایش می‏دهد نه با تغییر سرعت.در مقاله حاضر از عبارت y بعنوان افت ارتفاع استفاده شده است و مقادیر روی محور x با مقادیر روی محور y نسبت عكس دارند. با چرخش مسیر پرواز در جهت عقربه‏های ساعت مقادیر x به سمت راست افزایش می‏یابد و زاویه 0 نیز افزایش می یابد (شكل2). شكل و نیروهای آیرودینامیكی و گرانشی:یك شاهین در حال پرواز دو نوع نیرو را تحمل می‏كند، یك نیروی ثابت گرانشی (وزن) و یك نیروی متغیر آئرودینامیكی كه بر اثر حركت باد در بالای بدن و بالها ایجاد می‏شود. وزن به طور كاملاً عمود به سمت پایین است مقدار W برابر است با mg كه در آن m جرم بدن و g شتاب جاذبه زمین (ms 81/9) است. نیروی وزن را می‏توان به دو مولفه كه نیروی آیرودینامیكی نیز دارای اندازه و جهت است كه با V و شكل بدن پرنده و زاویه بالها تغییر می‏كند. زاویه حمله بالها زاویه بین یك خط توسی نمای عمودی و مسیر پرواز كه شامل خط ترس است، می باشد.از آنجائیكه یك شاهین در یك مسیر مستقیم شیرجه می‏زند در جهت عمود بر مسیر پرواز شتاب ندارد و مجموع بخش عمودی نیروی آیرودینامیكی و جاذبه بایستی صفر باشد. در عرض مجموع بخش موازی نیروهای آیرودینامیكی و جاذبه بهنگام شیرجه زدن صفر نیستند.بخش های عموی و موازی نیروی آیرودینامیك در یك (1-) ضرب می شوند و به ترتیب بعنوان بلند كننده (L) و سپس (D) معرفی می شوند. بنابراین در حین شیرجه L = W Cos 0 (2)Dv/dt = g 0 – D/M (3) زمانیكه پس (D) برابر با مولفه موازی وزن باشد. و شاهین در حال سكون است و در یك مسیر موازی با سرعت ثابت Ve در حال پرواز است. بعبارت دیگر شاهین در حال تعادل است و شتاب نمی گیرد.واژه شكل به ابعاد جهت شاهین اشاره می كند كه می‏توانند نیروی آیرودینامیكی حاصل از یك سرعت را تحت تاثیر قرار دهند. برای مثال پرندگان می توانند با تغییر در زاویه حمله بالها، فاصله بالها و وضعیت پاها نیروی پس را تغییر دهند. آنها همچنین می توانند با فنجانی كردن بالهایشان یا با تغییر در زاویه محور بدنشان با محور (مسیر) پرواز نیروی پس را تغییر دهند. «ضریب شكل» وضعیتی از شكل است كه می تواند به صورت عددی همانند فاصله بالها یا زاویه حمله بیان شود. نمودارهای قطبی كارآیی و سرعت:در نمودار كارآیی (شكل 3الف) مقدار Vy را در برابر Ve كشیده شده ا ست و روش قراردادی برای توضیح تعادل پرواز پرندگان است. در این مقاله از تبدیل نمودار كارآیی- نمودار قطبی سرعت- برای توضیح شیرجه تعادلی و غیرتعادلی در شاهین ها استفاده شده است و بنابراین من خلاصه ای از جوانب مختلف نمودار كارآیی را بعنوان مقدمه ای برای نمودار قطبی سرعت بیان میكنم.ارتباط بین Vy و Ve به زمان پس در حالت تعادل بستگی دارد. D = WE0(4) , E0 = Vy/Ve (5) === Vy = Dve/W (6) برای بسیاری از كارخانجات سازمان گلایدر در پس در حالت عادی و در پرواز در مسیر مستقیم تابع ساده ای از Ve است و نمودار كارآیی به فرم یك خط راست در می‏آید كه تحت عنوان «پرواز قطبی» شناخته شده است. با اینحال پرندگان gliding (سرخور) می توانند محدوده‏ای از پس (0 ) در سرعت معین Ve داشته باشند. زیرا آنها می توانند شكل خود را تغییر دهند مخصوصاً فاصله بالهای خود را در نتیجه این نمودارهای كارآیی را می توان به دو منحنی تقسیم كرد، منحنی حداكثر كارآیی (یا سوپر قطبی) و خط كارآیی حداقل، منطقه محصور بین این دو خط را ناحیه كارآیی می‏نامند. یك پرنده در حال پرواز با سرعت Ve زمانی كه 0 حداقل باشد دارای حداقل پس است، زمانی كه پرنده در حالت تعادل سرعت است كه Ve = VE كارایی حداكثر باشد.نمودار حداكثر كارآیی مقدار Vy را در برابر VE نشان می دهد و خط كارآیی حداقل نشان دهنده آن است كه پرندگان در حالت شیرجه های عمودی هستند یعنی Vy=Ve در این حالت پس برای هر Ve حداكثر بوده و برابر با وزن است. خطوط مستقیمی كه در شكل (3الف) رسم شده اند نشان دهنده جهت های مختلف مسیر پرواز است.نمودار قطبی سرعت (شكل 3ب) شامل اطلاعات مشابهی همانند نمودار كارآیی است با این تفاوت كه بجای آنكه Vy را در مقابل Ve نشان دهد، Vy را در برابر Vx رسم كرده است. Vy , Vx مولفه های بردار سرعت V هستند كه می توان در نمودارهای قطبی آنها را مشاهده كرد. Ve در 0 برابر با از حداقل زاویه پرواز صفر تا 90 درجه نشاندهنده منحنی حداكثر كارآیی است و خط كارآیی حداقل بر محور Vy مماس است. منطقه كارآیی محصور بین نمودار كارآیی حداكثر و محور Vy در مقادیر بزرگ 0 بنحو چشمگیری افزایش می یابد. خطوط مستقیمی كه در شكل 3ب رسم شده‏اند نشان دهنده جهتهای مختلف پرواز هستند و مقادیر مساوی از V در كمانها زمانی كه Vy , Vx برابر باشند ظاهر می شود. در این مطالعه، نمودار قطبی سرعت پرواز تعادلی و غیر تعادلی را تشریح می كند. در مقادیر معین 0 و t پرنده می تواند تا سرعت V به سرعت خود بیافزاید یا اگر پس برابر WE0 باشد در حالت تعادل قرار گیرد. در حالت تعادل سرعت پرنده اگر مقدار 0 كمتر از حد ماكزیمم باشد معادل Ve و اگر 0 ماكزیمم باشد Ve است. تصویر كنید كه پرنده ای در نمودار قطبی به آرامی ازابتدای شیرجه و در مسیر پروازی كه همراستا با بردار V است شروع به پرواز می كنند. همچنانكه پرنده سرعت می‏گیرد. بسیای آن افزایش می یابد تا آنكه به WE0 می‏رسد و سپس سرعت در حد Ve یا VE با توجه به شكل پرنده ثابت می ماند. مدل ریاضی:مدل ریاضی پرواز تعادلی و دو نوع از پرواز غیر تعادلی:شیرجه زدن هنگامی كه 0 ثابت است و سرعت تغییر می كند و اوج گیری پس از شیرجه زمانی كه سرعت ثابت است و 0 تغییر می كند را توضیح می دهد. در بخشی از مدل كه در برگیرنده پرواز تعادلی است از نتایج توكر(1987) استفاده شده است. و بخشهای مربوط به پرواز غیرتعادلی جدید هستند. بخش بعدی مدل را برای پرواز تعادلی در حداكثر كارآیی خلاصه می كنند و روابط مورد استفاده در بررسی شیرجه غیرتعادلی و اوج گیری پس از شیرجه را نشان می دهند.پرواز تعادلی در حداكثر كاراییپرنده ای كه می خواهد در حداكثر كارآیی و سرعت VE پرواز كند بایستی شكل خود را بنحوی تغییر دهد كه او فشار را تحمل كند، بالها بایستی نیروی بالابرنده‏ای معادل با Wcos0 را ایجاد كنند و بدن و بالها بایستی حداقل پسا را در سرعت VE داشته باشند. توكر (1987) پارامترهایی كه بر شكل بدن تاثیر داشتند را در نیروهای بالابرنده و پسا در سرعتتی های VE كمتر از 30 متر بر ثانیه مورد بررسی قرار داد. در این مقاله این بررسی به سرعتهای غیر تعادلی بالاتری تعمیم یافته است. خلاصه زیر متغیرها و روابط بین آنها را كه برای مطالعه این مقاله لازم است را نشان می دهد.فشار دینامیكی (q) به كرات در معادلات مربوط به بالارفتن و فرودآمدن بكار برده میشود:q = 0.5 PV2(V) كه در آن چگالی هوا P برابر با Kgm-3 23/1 است این مقادیر برای هوای استاندارد در سطح دریا و در درجه حرارت 0C 15 صادق می باشد. عدد رینولد (Re) ضرایب پسایی را تحت تاثیر قرار می دهد. (8) Re = pdv/M كه در آن d ابعاد طولی شاهین و M دیسكوزیته هوا است. در هوای استانداردی كه برای P در بالا توضیح داده شد Kgm-1s-1 6-10 × 8/17 = M می باشد. مقادیر M , d, p و اغتشاش هوا همگی برای شاهین مورد مطالعه در این مقاله ثابت هستن و فقط ضرایب پسا (drag) توابعی از V و شكل شاهین هستند. مولفه بالابرنده L همراه با Sw و q ضریب بالا برنده CL را منحنی مشخص می كند كه برابر است با: CL = L / (qSw) (q)و از آن برای تعیین پروفایل ضریب پسا (كه در ادامه توضیح داده میشود) استفاده میشود. در یك شیرجه با زاویه معین فقط عامل مشكل است كه CL را تحت تاثیر قرار می‏دهد از آنجائیكه L (در معادله2) ثابت است Sw فقط با فاصله بالها تغییر می‏كند. پسا مجموع سه آیتم است. پسای اولیه حاصله از نیروی بالابرنده ایجاد شده، پسای پروفایل كه برابر است با پسای بالها منهای پسای اولیه و پسای فراهم كه بعلت بدن به استثنای بالها ایجاد میشود.عامل شكل برای پسای اولیه (Di) فاصله بالها است.Dp = 7.7L2 / (T) qb2 (10) عامل شكل برای پسای پروفایل (Dpr) نیز فاصله بالها است.Dpr = qSwCD,pr (11) از آنجائیكه ضریب پسای پروفایل CD,pr تابعی از CL است بنابراین b و CD,pr نیز زمانی كه پارامتر فاصله برای Re و متر باشد. عامل شكل برای پسای مزاحم (Drop) برش عرضی (Sb) از بدن است.Dpar = qSbCpar (12) مقادیر Sb ضریب پسای مزاحم CD,par برای یك شاهین با وزن ثابت، ثابت می باشد. CD,par به وضعیت پاها، دم و وضعیت محور طولی بدن با مسیر پرواز بستگی دارد. شاهینهای ایده آل برای كاهش CD,par بهنگام پرواز در حداكثر كارایی شكل بدن خود را تغییر می دهند. CD,par به Re نیز بستگی ندارد. این ضریب با افزایش Re كاهش می یابد برای مثال prandtl و Tietjens (1957) برای یك نمونه مشابه پرنده كه دارای مقدار بیش از حد Re اعالی به شاهینها بوده مقدار كاهش بیش از 50درصد برای Cd, par گزارش كرده‏اند. بنابراین مدل با تغییر Re مقدار CD,par را ثابت نگه میدارد. این مقاله نمونه ای را ارائه می كند كه در آنها تاثیرات مقادیر اندك CD,par را بر كارآیی شیرجه توضیح داده شده است. پسای D برابر است با مجموع سه معادله 10و11و12 در یك سرعت معین وبه صورت تابعی از b است كه در آن در فاصله b0 پس مقدار حداقل (Drmin) را دارا است. برای مثال، اگر یك شاهین فاصله بالهای خود را افزایش دهد، پسای اولیه كاهش می‏یابد، اما پسای پروفایل با افزایش در SW افزایش می‏یابد. با اینحال افزایش در SW مقدار CL را كاهش می دهد در حالیكه كاهش در CD,par و سبك شدن پسای پروفایل را افزایش می دهد. در مجموع، این تغییرات جهت ایجاد پسای حداقل زمانی رخ می دهد كه شاهینها بالهای خود را در حداكثر فاصله قرار دارد و سرعتشان كم است و بالهایشان را خم می‏كنند تا در سرعت بالا فاصله بالها را كم كنند دقیقاً همان كاری كه شاهینهای واقعی در طبیعت و دو تونل باد انجام می دهند. در مدل ریاضی منحنی های حداكثر كارایی برای شاهینهای ایده‏آل با قرار دادن Dd/db=0 و پیداكردن b0,Dmin بدست می آید. هر دوی این ها تابعی (f) از V هستند.Dmin = f (V) (13) , b0 = f (V) (14)با توجه به اینكه b0 نمی تواند از bmax بیشتر باشد توكر (1987) این معادلات را توضیح داده و روشی تكراری را برای یافتن نمودارهای كارآیی حداكثر برای پرندگان در حال پرواز بیان نمود و توماس (1996) با استفاده از روشی مشابه حداقل نیروی لازم برای پرواز فلپ را محاسبه نمود. سرخوردن غیر تعادلی:شیرجه:هنگام شیرجه غیرتعادلی یك شاهین در امتداد یك مسیر مستقیم كه با افق زاویه 0 را می‏سازد و با تنظیم فاصله بالهای خود سرعت خود را افزایش می‏دهد و با استفاده از تنظیم CD,par در هر سرعتی پسا را در حداقل نگه میدارد. از معادلات 12و3 داریم.Dv/dt = gE0 – f(v)/m (15) با حل این معادل دیفرانسیل را می توان با استفاده از روشهای عددی انجام داد و سرعت شاهین را در هر زمان بدست آورد. V = f3(t) (16)در هر سرعتی b0 دارای مقدار خاصی است و رابطه بین b0 و V عبارت است از:b0 = f4 (V) (17) كه از تركیب معادلات 14و16 بدست می آید. فاصله ای (S) كه شاهین در هر زمان می تواند پرواز كند را می‏توان با عددگذاری در معادله 16 بدست آورد و افت ارتفاع شاهین (y) برابر است با:Y = SE 0 (18) معادلات f1 تا f4 به خصوصیات وابسته به جرم شاهینهای ایده‏آل بستگی دارد كه در بخش بعدی توضیح داده خواهد شد. برای محاسبات فوق یك برنامه كامپیوتری كه توسط مولف طراحی شده است نیز در دسترس است.اوج گیری پس از شیرجه:شاهینهای ایده آل با استفاده از پرواز با سرعت ثابت در یك مسیر ایده آل شكل پس از شیرجه اوج می‏گیرند تا اینكه مسیر پرواز افقی شود. این ویژگیها بررسی اوج گیری را آسان می‏كند اما بهنگام اوج گیری افت ارتفاعی شناسایی میشود كه احتمالاً بزرگتر از میزان لازم برای شاهینهای واقعی است. ( y). شاهینهای واقعی بهنگام اوج گیری سرعت خود را كاهش می دهند و نیازی به طی مسیری دایره‏ای شكل ندارند. هر دو عامل y را كاهش می‏دهد ولی بررسی آنها هدف این مقاله است. یك شاهین كه در مسیری دایره ای با شعاع r (شكل 4) حركت می كند شكل خود را برای ایجاد نیروی جانب مركزی ثابت (mr2/r) تنظیم می كند. این مولفه با مولفه بالابرنده و نیروی گرانشی Wes0 متفاوت است. r = mv2 / (L1 – W) (19) بنابراین از آنجائیكه مخرج ثابت است و زمانیكه 0 = 0 باشد L = L1 است. L1 حداكثر نیروی بالابرنده‏ای است كه شاهین می تواند در سرعت V ایجاد كند زیرا شاهین در حین اوج گیری y و در نتیجه r را در حداقل نگه می دارد.y به زاویه 0 مسیر پرواز در ابتدای شعاع بستگی دارد. از شكل 4 داریم (20) y = r (1 – e 0 ) با تركیب معادلات 19و20 داریم (21) y = mv2 (1 – es0 ) / (L1 – w )با نگاه اولیه ممكن است فكر كنیم كه شاهین می تواند حداكثر نیروی بالابرنده را در زمان اوج‏گیری با حداكثر كردن CL ایجاد كند كه چون سرعت كم است این كار با افزایش فاصله بالها و مساحت بالها میسر است. با اینحال در سرعتهای بالا نیروی بالابرنده بالها در این وضعیت گشتاور غیرقابل تحملی را به محل اتصال بالها وارد می‏كند. شاهین می تواند این گشتاور را با خم كردن بالهای خود و كاهش فاصله و مساحت بالها، تقلیل دهد. بنابراین به طور موقت باز در اجرای گشتاور و نیروی بالابرنده بالها كاهش میدهد. در برخی فواصل بالها، گشتاور زمانی كه نیروی بالابرنده بالها متناسب با آن فاصله حداكثر است و L = L1 می باشد، فوق‏العاده غیرقابل تحمل است. بررسی زیر نشان می دهد كه چگونه L1 را پیدا كرده و حداقل مقدار y لازم برای اوج گیری را محاسبه كرد.او شاهینهای ایده آل، نقطه مركزی نیروی بالابرنده یك بال در نقطه ای بین نوك بال و محل اتصال كتف قرار دارد. بنابراین بازوی لحظه ای برای گشتاور اطراف اتصال كتف زمانی كه بالها در حداكثر فاصله خود قرار دارند (bmax – bmin) / 4 می‏باشد. حداكثر گشتاوری كه شاهین می تواند با حداكثر فاصله بالها تحمل كند L(bmax – bmin) / 8 است كه در آن L /2 حداكثر نیروی بالابرنده یك بال است. در فاصله های كمتر از bmax بازوی لحظه ای برای گشتاور یك بال (b – bmin) /4 است و نیروی بالابرنده (LT) هر دو بال در گشتاور ماكزیمم برابر است با:LT = L (bmax – bmin) / (b – bmin) (22) با اینحال ممكن است بالها فاصله كافی جهت ایجاد مساحت لازم برای تولید LT را نداشته باشند در اینحالت حداكثر نیروی بالابرنده تولیدی برابر است با:L = 1.6 qsw (23) كه در آن 6/1 حداكثر مقدار CL برای شاهینهای ایده آل است. در برخی فاصله‏ها (b1) حداكثر نیروی بالابرنده ای كه بالها می توانند ایجاد كنند برابر LT است (شكل5) در اینچنین حالتی L = L1 است. b1 را می توان با تشكیل معادلات LT و T و جایگذاری SW از معادله 25 بدست آورد.B1 = (bmax – bmin) [L / 1.6qsw max] ½ + bmin (24) با قرار دادن b1 به جای b در معادله 22 و L1 = LT و از آنجائیكه مقدار L1 در دست است می توان y را با استفاده از معادله (21) بدست آورد.كنترل سرعت بهنگام شیرجه زدن:یك شاهین ایده‏آل سرعت خود را بهنگام شیرجه با افزایش پسا و به روشهای مختلف كنترل می‏كند. در این قسمت تنها افزایش پسا با استفاده از بالها مورد بررسی قرار می‏گیرد. مثل پسای اولیه و پروفایل.شاهین می تواند این دونوع پسا را با استفاده از افزایش زاویه حمله بالها افزایش دهد اما در اینحالت یك مشكل ایجاد می شود، افزایش در زاویه حمله میزان نیروی بالابرنده را نیز افزایش می دهد در حالیكه نیروی بالابرنده بایستی بهنگام شیرجه زدن با یك زاویه معین ثابت بماند. (معادله2) . شاهین بر این مشكل بافنجانی كردن بالهای خود بنحوی كه نسبت به محور بدن متقارن باشند و سطح قابل توجهی نیز داشته باشد فائق می‏آیند. در نتیجه هر بال یك مولفه از نیروی آیرودینامیكی ایجاد می‏كند كه بر نیروی پسا عمود است و مولفه دیگر نیز جانبی است. (شكل6).هنگام جمع برداری، مولفه های جانبی حذف می شوند و شاهین می‏تواند زاویه حمله و نیروی پسا را بدون تغییر در L افزایش دهد. اطلاعات كافی برای محاسبه دقیق پسای ایجاد شده با فنجانی كردن بالها در دسترس نیست، اما برای اهداف فرضی، من بایستی از معادلات برای محاسبه پسا و CL استفاده كنم. اگر CL انتخاب شده باعث ایجاد نیروی بالابرنده ای بیش از آنچه كه در معادله 2 مشخص شده شود. نیروی بالابرنده اضافی بعنوان مولفه های جانبی در نظر گرفته میشود كه بایستی حذف شوند.خصوصیات مرتبط با جرم شاهینهای ایده‏آل:شاهینهای ایده آل از نظر هندسی دارای اشكال مشابه هستند و وزنی بین 5/0 تا 2 كیلوگرم برای قوشهای نر كوچك و یك سنقر ماده بزرگ دارند. با توجه به معین بودن وزن یك شاهین ایده‏آل، تمامی ویژگیهای آیرودینامیكی كه كیفیت پرواز را در این مطالعه تحت تاثیر قرار می دهد را می توان با ثابت دانستن برخی مقادیر آیرودینامیكی (جدول1) برای او شاهین واقعی محاسبه كرد: یك falco Juggen lagger با وزن Kg 570/0 و یك شاهین با وزن Kg713/0 . مساحت بالها به طور خطی با فاصله بالها تغییر می كند:SW = Swmax (b – bmin) | (bmax – bmin) (25)این رابطه مشابه با مقدار اندازه گیری شده در یك قوش واقعی است. كمترین فاصله بالی كه یك شاهین می تواند درحین پرواز داشته باشد bmax 1/0 است كه بزرگتر از bmin می‏باشد. نیروی بالابرنده و ضریب پسای پروفایل در یك بال ساخته شده با فاصله ثابت به زاویه حمله بستگی دارد و توكر (1987) نشان داد كه بین این ضرایب در پرندگانی كه با حداقل زاویه می خورند و دارای سرعتهای مختلف با فاصله بالهای متفاوت هستند نیز با هم ارتباط دارند. از آنجائیكه محاسبه CD,pr مستلزم جداكردن پسای مزاحم از پسای كل است، این ارتباط به Sb و CD,par بستگی دارد. ادامه خواندن مقاله پرواز بدون موتور

نوشته مقاله پرواز بدون موتور اولین بار در دانلود رایگان پدیدار شد.