موضوع مقاله: سطوح کنترل پرواز | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # سطوح کنترل پرواز | مقدمه: سطوح کنترل پرواز هواگرد دستگاه‌های آیرودینامیک هستند که خلبان با کنترل آن‌ها می‌تواند بلندی پرواز هواگرد را تنظیم و کنترل کند. | ## بخش 1: سطوح کنترل پرواز | نخستین تلاش‌ها در طراحی هواگرد ثابت‌بال به پدید آمدن نیروی کافی برای بلند کردن هواگرد از زمین انجامید. اما هنگامیکه هواگرد در هوا بود کنترل آن ناممکن می‌شد و بیشتر مواقع باعث فاجعه بود. این نوشتار به توضیح سطوح کنترلی می‌پردازد که در هواگرد ثابت‌بال با طراحی متعارف بکار می‌روند. دیگر پیکربندی‌های هواگردهای بال‌ثابت ممکن از سطوح کنترل پرواز دیگری استفاده کنند. کنترل کننده‌های (دسته و سکان) هواگرد گردنده‌بال (هواچرخ یا بالگرد) همان کار کنترل چرخش در امتداد محورهای اصلی هواپیما را انجام می‌دهند. اما سطوح کنترل چرخنده (پروانه و پروانه دم بالگرد) در آن‌ها با عملکرد کاملاً متفاوتی کار می‌کنند. برتری سطوح کنترل لولادار، در پرهیز از ایجاد تنش در آن‌ها بود؛ بنابراین مشکل خمش بال‌ها، حل و ساخت قطعات، ساده‌تر می‌شد. محورهای حرکت یک هواگرد، می‌تواند آزادانه در جهت سه محور عمود برهم که در مرکز گرانش هواگرد، یکدیگر را قطع می‌کنند بچرخد. برای کنترل موقعیت و جهت هواگرد، خلبان باید بتواند حرکت در سوی هر یک از سه امتداد را کنترل کند. توجه به این نکته، مهم است که راستای این محورها نسبت به زمین با چرخش هواگرد تغییر می‌کند. برای نمونه، برای هواگردی که مستقیماً در حال حرکت به سوی زمین است، محور عمودی آن موازی با زمین است. سطوح کنترل اصلی سطوح کنترل اصلی یک هواگرد بال‌ثابت، با لولا یا پیچ اتصال به بدنه اصلی هواگرد وصل می‌شوند؛ بنابراین می‌توانند حرکت کرده و جریان هوایی را که از کنار آن می‌گذرد منحرف کنند. این تغییر مسیر جریان هوا باعث پیدایش نیروی نامتوازن و چرخش هواگرد به دور محور مورد نظر می‌شود. هنگامیکه خلبان دسته را به سمت چپ می‌برد یا چرخ‌ها را پادساعتگرد می‌چرخاند شهپر سمت چپ بالا می‌رود و شهپر سمت راست پایین می‌رود. شهپر بالا رفته، نیروی برآر روی آن بال را کاهش می‌دهد و شپهر دیگر نیروی برآر را افزایش می‌دهد؛ بنابراین حرکت دسته به سمت چپ، بال چپ را پایین و بال راست را بالا می‌برد. این کار زاویه حمله بال‌ها و به دنبال آن نیروی برآر و نیروی پسار را افزایش می‌دهد. برگرداندن دسته به حالت خنثی، بالابرنده را به وضعیت نخستین برگردانده و از تغییر گشتاور جلوگیری می‌کند. برخی هواگردها مانند مک‌دانل داگلاس ام‌دی-۸۰ از باریکه فرمان‌یار در سطح بالابرنده استفاده می‌کنند تا به صورت آیرودینامیکی، سطح اصلی را در موقعیت دلخواه قرار دهند؛ بنابراین جهت پرواز باریکه کنترل، در خلاف جهت سطح کنترل اصلی است. در کانارد، بالابرنده‌ها با لولا به پشت کانارد وصل شده و در جهت مخالف آن حرکت می‌کنند. برای نمونه، هنگامیکه خلبان دسته را به عقب می‌کشد بالابرنده‌ها پایین می‌روند تا نیروی برآر در جلوی هواگرد افزایش یافته و دماغه به سمت بالا حرکت کند. فشار دادن پدال میانی، از گردش هواگرد به چپ و راست جلوگیری می‌کند و آن را به وضعیت خنثی برمی‌گرداند. هنگامی که دسته به سمت چپ می‌چرخد تا هواگرد به سمت چپ بغلتد شهپر سمت راست پایین می‌رود و نیروی برآر در بال راست را افزایش می‌دهد؛ بنابراین نیروی پسار القایی افزایش می‌یابد. استفاده از شهپرها باعث انحراف ناخواسته هواپیما می‌شود؛ یعنی دماغه هواگرد در جهت خلاف گردش شهپر حرکت می‌کند. | ## بخش 2: سطوح کنترل پرواز | انحراف برعکس در دور زدن بیشتر در هواگردهای کوچک با بال‌های بلند مانند بادپر دیده می‌شود و با حرکت سکان پدید می‌آید. شهپرهای نامساوی شهپرهایی هستند که در آن‌ها انحراف شپهر پایین‌برنده کمتر از شهپر بالابرنده است تا انحراف برعکس در دور زدن را کم کنند. ممکن است به عکس‌العمل انحراف برعکس در دور زدن که با سطح کنترل گردش ایجاد می‌شود نیز «سکان» گفته شود اگر از سکان به دفعات برای تراز کردن پرواز استفاده شود در آغاز، هواگرد در جهت تنظیم شده سکان گردش می‌کند. این هم جهتیِ نخستین به خاطر افزایش سرعت بال، در خلاف جهت گردش و کاهش سرعت در بال دیگر است. با ثابت ماندن سکان در یک جهت خاص، میل به غلتش ادامه می‌یابد؛ زیرا قرار گرفتن هواگرد در یک زاویه مشخص نسبت به جریان هوا، باعث لغزیدن آن در سمت بالِ پایین رفته می‌شود. هنگام استفاده از سکان سمت راست در هواگرد با شکل بال هشتی ۸، زاویه حمله بال سمت چپ افزایش می‌یابد و به دنبال چرخش به راست، زاویه حمله بال راست کاهش می‌یابد. این اثر سکان، بیشتر در هواپیمای مدل به کار می‌رود؛ زیرا اگر در طراحی بال هوا گرد، به اندازه کافی از هشتی یا چند شکلی استفاده شود ممکن است سطوح کنترل غلتش مانند شهپرها کاملاً حذف شوند. چرخاندن هواگرد بر خلاف چرخیدن قایق، معمولاً تغییر در جهت هواگرد بیشتر پیرو کارکرد شهپرها است تا سکان. در هواگرد، تغییر در جهت به خاطر تأثیر بخش افقی نیروی برآر بر روی بال‌ها پیش می‌آید. خلبان، نیروی برآر را که عمود بر بال‌ها است با ایجاد غلتش در بال‌ها و چرخش هواگرد در جهت مورد نظر تغییر می‌دهد. چون وزن هواگرد تغییر نمی‌کند اگر تداخلی نباشد این تغییر نیروی عمودی باعث کاهش بلندی پرواز هواگرد می‌شود. برای حفظ بلندی پرواز نیاز به بالابرنده مثبت (رو به بالا) است تا زاویه حمله و نیروی برآر کلی ایجاد شده افزایش یابد و بخش عمودی نیروی برآر با وزن هواگرد برابر بماند. این یعنی در یک سرعت مشخص، بلندی پرواز تنها در یک زاویه چرخش معلوم، ثابت می‌ماند. فراتر از این زاویه چرخش، اگر خلبان تلاش کند که نیروی برآر کافی برای نگه‌داشتن بلندی پرواز ایجاد کند هواگرد دچار مشکل شتاب واماندگی می‌شود. سطوح کنترل اصلی متناوب برخی هواگرها در پیکربندی خود سطوح کنترل اصلی غیر استانداردی دارند. برای نمونه، ممکن است به جای بالابرنده در پشت پایدار کننده، زاویه همه بخش دم هواگرد تغییر کند. یا ممکن است هواگرد با دم ۷ مانند باشد و بخش‌های متحرک، دوکاره باشند؛ یعنی هم کار بالابرنده و هم سکان را انجام دهند. ممکن است هواگردهای بال سه‌گوش در پشت خود الون داشته باشند که ترکیب کارکرد بالابرنده و شهپر است. برآکش در هواگردهای با نیروی پسار پایین مانند بادپر، از برآکش برای جلوگیری از جریان یافتن هوا به دور بال و افت شدید نیروی برآر استفاده می‌شود. این کار به خلبان بادپر اجازه می‌دهد تا بدون افزایش سرعت زیاد، بلندی پرواز خود را کاهش دهد. به برآکش‌هایی که می‌توانند به صورت نامتقارن استفاده شوند «برآکش-شهپر» (ترکیب برآکش و شهپر) گفته می‌شود. برآافزا برآافزا بر روی بخش درونی فراز بال و نزدیک به محل اتصال بال به بدنه هواگرد قرار دارد. برآافزا با خمیدگی رو به پایین، خمیدگی مؤثر را افزایش می‌دهد و ضریب نیروی برآر هواگرد را افزایش داده و پیرو آن سرعت واماندگی را کاهش می‌دهد.Clancy, L.J. | ## بخش 3: سطوح کنترل پرواز | برخی هواگردها «برآافزا-شهپر» (برآافزا و شهپر) دارند که «شهپر درونی» نیز نامیده می‌شود. اما هنگامیکه برآافزای برخی هواگردها باز می‌شود شهپر، خمیده می‌شود؛ بنابراین دستگاه، هم به عنوان برآافزا و هم به عنوان شهپر درونی کنترل چرخش بکار می‌رود. پیش‌بال پیش‌بال با نام دیگر «دستگاه لبه جلویی»، بسط‌هایی در جلوی بال برای افزایش نیروی برآر هستند. پیش‌بال ثابت (مانند فیزلر فی ۱۵۶) نمونه بسیار خوبی از توانایی پرواز کم سرعت و نشست و برخاست کوتاه و امکان کارکرد در سرعت بالا است. پیش‌بال متحرک همانگونه که در بسیاری از هواگردها دیده می‌شود سرعت واماندگی کمتری در هنگام نشست و برخاست تولید می‌کند. اما برآکش، ترمز هوایی واقعی نیست؛ زیرا گاهی از آن به عنوان از بین برنده نیروی برآر و گاهی به عنوان سطح کنترل غلتش کار می‌کند. ترمز هوایی معمولاً سطحی است که به سمت بیرون بدنه هواگرد به سمت جریان هوا انحراف دارد تا نیروی پسار را افزایش دهد. چون در هواگردهای بسیاری، ترمزهای هوایی در جای دیگری از بال هواگرد قرار دارند، مستقیماً بر نیروی بالابر ایجاد شده توسط بال‌ها تأثیر نمی‌گذارند. استفاده از ترمز هوایی، در هواگرهای نظامی با کارایی بالا و هواپیماهای مسافربری، معمول است. تنظیم بالابرنده تنظیم بالابرنده، نیروی کنترل لازم برای حفظ نیروهای آیرودینامیکی مناسب روی دم هواگرد را متوازن می‌کند تا هواگرد متعادل شود. ممکن است برای حفظ زاویه حمله دلخواه در هنگام تمرین‌های پروازی ویژه، نیاز باشد که بالابرنده به دفعات، تنظیم شود. تنظیم بالابرنده، بیشتر برای پرواز کم سرعت استفاده می‌شود؛ زیرا در پرواز کم سرعت، سر دماغه باید رو به بالا باشد که این به نوبه خود نیاز به تنظیم‌های بسیار دم هواگرد برای ایجاد نیروی رو به پایین زیاد دارد. تنظیم بالابرنده، با سرعت جریان هوا عبوری از دم همبستگی دارد؛ بنابراین تغییر سرعت هوا در اطراف هواگرد، نیاز به تنظیم دوباره دارد. هرگونه مزاحمت مانند تندباد یا آشفتگی، در مدت کوتاهی از بین می‌روند و هواگرد به بلندی پرواز تنظیم شده با سرعت پرواز دلخواه بر می‌گردد. تنظیم دم هواگرد به جز هواگردهای بسیار سبک، بالچه تنظیم نمی‌تواند نیرو و دامنه جابجایی دلخواه را فراهم کند. برای فراهم‌آوری نیروی تنظیم مناسب، همه صفحه افقی دم، در هنگام گشتاور، با قابلیت جابجایی ساخته شده‌است. این به خلبان اجازه می‌دهد تا بتواند در هنگام کم کردن نیروی پسار در بالابرنده‌ها اندازه دقیق نیروی برآر مثبت یا منفی صفحه دم را تنظیم کنند. شاخ کنترل نیرویی ایجاد می‌کند که میل به افزودن انحراف سطح دارد؛ بنابراین فشار کنترلی را که خلبان حس می‌کند کم می‌کند. این وزنه به متعادل کردنِ کنترل، کمک کرده و از لرزیدن هواگرد بر اثر جریان هوا جلوگیری می‌کند. فنر تنظیم در ساده‌ترین حالت، تنظیم با یک فنر مکانیکی یا کِش انجام می‌شود که نیروی مناسبی برای تقویت کنترل وارد شده از سوی خلبان ایجاد می‌کند. تنظیم سکان و بالچه برای مقابله با جریان لغزش یا تأثیرات مرکز گرانش در یک سوی بالگرد انجام می‌شود. این پدیده می‌تواند بر اثر سنگینی در یک سوی هواگرد در مقایسه با سوی دیگر آن پیش بیابد. | ## جمع‌بندی | نمونه آن، هنگامی است که مخزن سوخت یک سوی هواگرد، بسیار پُر تَر از مخرن سوخت در سوی دیگر آن است.