Hadi Notes

بعد از sub layer به buffer layer یا buffer zone میرسیم که مرز بین زیر لایه لمینار و توربولانس است. علی رغم وجود گرادیان های سرعت زیاد در این لایه اما بخش زیادی از این لایه را جریانات توربولانسی تشکیل میدهد.

زیر لایه لمینار و buffer زمانی بوجود می آیند که سطح صاف باشد و یا اگر برآمدگی یا زبری روی سطح وجود داشته باشد، ارتفاع این برآمدگی کمتر از ضخامت زیر لایه لمینار باشد اما اگر ارتفاع برآمدگی یا زبری بیشتر از ضخامت زیر لایه باشد آنگاه زیر لایه و لایه buffer به وجود نخواهد آمد و جریان تماما توربولانس خواهد بود( مشابه به by pass transition) . و در اخر بعد از لایه buffer ، جریان کاملا توربولانس میشود.
👉@Hadi_Notes✍

در ادامه :

اما در لایه مرزی توربولانس، همچنان یک لایه ی بسیار نازک لمینار وجود دارد که به آن viscous sub layer میگوییم. علی رغم مومنتوم زیاد ورتسیتی ها در لایه مرزی توربولانس (سرعت بالا در لایه مرزی توربولانس) اما بخشی از جریان توربولانسی که نزدیک به سطح حرکت میکند تحت تاثیر تنش برشی (اصطکاک) قرار گرفته و سرعت این لایه بسیار کاهش پیدا میکند و باعث کاهش رینولدز و لمینار شدن جریان میشود . کاهش رینولدز به معنای افزایش لزجت یا ویسکوزیته خواهد بود به همین خاطر به این لایه نازک لمینار ، viscous sub layer گفته میشود یعنی لایه ای که در آن اثرات لزجت برجسته خواهد بود.

علی رغم یونیفرم بودن بخش اعظمی از توزیع سرعت در جریان توربولانسی و تشابه به توزیع سرعت جریان آزاد(نتیجتا کم بودن گرادیان های سرعت در جریان توربولانسی) ، اما در نزدیکی سطح بعلت وجود sub layer لمینار ، عملا گرادیان سرعت بسیار خواهد بود. در این زیر لایه ، به علت افزایش لزجت ، تنش برشی افزایش خواهد یافت.
👉@Hadi_Notes✍

بنابراین هرچقدر فاصله بال و کانارد کمتر ، میزان توربولانس های پایین دست کانارد که به بال برخورد میکنند بیشتر خواهد بود و انتقال ناگهانی خواهیم داشت. انتقال ناگهانی باعث میشود تا نقطه ی انتقال ( transition point) به بالا دست حرکت کرده و طول transition کاهش پیدا کند و زودتر به توربولانس برسیم لذا جریان از روی بال دیرتر جدا شود و به طور کلی مانور پذیری میتواند با افزایش حداکثر AOA بدون استال بهبود یابد؛ برخورد شوک (shock wave) و لایه مرزی نیز از نوع ناگهانی است.

نکته 1 : ورتسیتی با ورتکس(گرداب) متفاوت است. در ورتسیتی خطوط جریان میتواند صاف باشد اما المان ها به دور خود میچرخند (دفورمه شدن) اما در ورتکس یا گرداب خطوط جریان دایره ای است و خود به دو نوع ازاد (بدون ورتسیتی) و اجباری (با ورتسیتی) تقسیم بندی میشود.

نکته 2 : نقاط توربولانسی زمانی تشکیل میشوند که سرعت جریان در streamwise لایه ی مرزی به بیش از یک پنجم سرعت جریان ازاد برسد.

نکته 3 : غیر از دو انتقال گفته شده، انتقال معکوس نیز داریم (تبدیل توربولانس به لمینار)
✍: AD
👉@Hadi_Notes✍

لایه مرزی بعلت لزج بودن باعث القا سرعت زاویه ای به المان های جریان شده و کرل سرعت را مخالف صفر میکند لذا در لایه مرزی ، المان های جریان علاوه بر حرکت انتقالی ، دارای حرکت چرخشی یا زاویه ای نیز هستند و باعث تولید ورتیسیتی (vorticity) میشوند. انتشار یا diffusion ورتسیتی ها بعلت اتلاف لزجت صورت گرفته در لایه مرزی (نتیجتا تولید گرما) باعث افزایش ضخامت لایه مرزی میشود. مقدار ورتسیتی ها در طول لایه مرزی باهم برابر بوده و تنها پراکندگی این ورتسیتی ها در نقاط مختلف با یکدیگر برابر است. طبق طعوری استوکس و سرکیولیشن ، میتوان ثابت کرد وقتی سرعت جریان ازاد یکسان باشد انگاه ورتسیتی ها برای هر دو جریان لمینار و توربولانس یکسان هستند با این تفاوت که بخش اعظم و پر سرعت ورتسیتی ها در لایه مرزی توربولانس نزدیک به سطح بود ولی در لایه مرزی لمینار عکس این حالت وجود دارد. لذا لایه مرزی توربولانس مقاومت بیشتری در برابر گرادیان های فشار و ویسکوزیته از خود نشان میدهد و جدایش جریان (تشکیل حباب جدایش) را به تاخیر میندازد.

فرایند در لایه مرزی از نوع برگشت ناپذیر و نان آیزنتروپیک (افزایش انتروپی) است.
👉@Hadi_Notes✍

تصویر 1 :
نقاط توربولانسی و خط چین لمینار و ناحیه تیره رنگ توربولانس
از دو زاویه روبرو (a) و بالا (b)

تصویر 2 :
روند تبدیل لایه مرزی لمینار به توربولانس بصورت واضح تر

تصویر 3 :
مراحل transition لایه مرزی
- َسمت چپ مربوط به انتقال طبیعی
- سمت راست مربوط به انتقال ناگهانی
البته ناپایداری مرحله سوم نشان داده نشده است.
👉@Hadi_Notes✍

در نهایت امواج 3 بعدی با رفتن به سمت راست (پایین دست) تبدیل به نقاط توربولانسی میشوند ( turbulent spots). نقاط توربولانسی نقطه آغاز تشکیل توربولانس ها در لایه مرزی هستند. علی رغم اینکه در نقاط توربولانسی (streak ها) رگه هایی از جریان لمینار وجود دارد اما بخش اعظم این نقاط را توربولانس تشکیل میدهد. توربولانس های تولید شده توسط این نقاط با پیشروی در طول (stream wise) و عرض (span wise) در نهایت باهم ترکیب شده و لایه مرزی از لمینار به توربولانس تبدیل میشود.

حال اگر توربولانس های جریاد ازاد بیشتر از 1 درصد باشد و یا عامل خارجی دیگری مانند تکانه های سطح ، امواج صوتی و شوک ، توربولانس های پشت بال وجود داشته باشد ، آنگاه امواج TS تشکیل نخواهد شد و عملا 3 ناپایداری اول (از Region 1 تا Region 3) بوجود نخواهد آمد و مستقیما نقاط توربولانسی بوجود می آیند. به این حالت از توربولانس شدن لایه مرزی ، انتقال ناگهانی یا by pass transition گفته میشود.

انتقال ناگهانی در رینولدز های بالا و توربولانس های بیش از 1 درصد و انتقال طبیعی در توربولانس های کمتر از 1 درصد و رینولدزهای بالا رخ میدهد.
👉@Hadi_Notes✍

📝 موضوع : آشنایی بیشتر با چگونگی واماندگی یا استال در هواپیما

جدایش لایه مرزی (BL) عامل اصلی بروز استال (Stall)

پیش از جدایش لایه مرزی لمینار و تبدیل شدن لایه مرزی به توربولانس، مرحله ای به نام انتقال یا transition وجود دارد.
انواع transition در لایه ی مرزی :

natural transition (طبیعی)
by pass transition (ناگهانی‌)

انتقال طبیعی زمانی رخ میدهد که توربولانس های جریان ازاد کمتر از 1 درصد باشد. انتقال طبیعی با تولید موج های ضعیف ناپایدار کننده TS یا Tollmien-Schlichting wave در جریان لمینار شروع میشود. این موج های دو بعدی همانطور که در سمت چپ تصویر (Region 1) مشخص هستند بصورت خطوط صاف بوده و در عرض (span wise) مجرا تغییری نکرده اند لذا این امواج پایدار هستند.

اما با رفتن به سمت راست ، بعلت ویسکوزیته شدت این امواج رفته رفته افزایش یافته تا به ناحیه دو (Region 2) میرسیم؛ چیزی مشابه به امواج (kelvin -helmholts) و در نهایت شدت این امواج انقدر زیاد میشود که ناپایدار شده و شکسته میشوند و حالت موج گونه و 2 بعدی خود را از دست میدهند (break down) و تبدیل به امواج 3 بعدی ‌و ناپایدار V شکل شوند.
👉@Hadi_Notes✍

خب واسه فالکن هم مشابه هست ...
22000 پوند وزن خشک جت با پاد و CFT ...

در کل با دو مخزن 370 گالنی با هر یک 2400 پوند سوخت به همراه 7000 پوند سوخت داخلی و 3000 پوند ظرفیت CFT، در مجموع 14800 پوند سوخت حمل میشود

برای فاز رفت 9000 پوند سوخت در نظر بگیریم یعنی 4500 پوند رو باید حساب کنیم ...
22000 + 4500fuel + 4000weapon + 5800(سوخت رزرو مرحله بعد)
میشه در مجموع 36500~ پوند ...
درگ ایندکس محاسبه شده و سپس ضریب مصرف سوخت ویژه 0.12 یعنی شعاع رزمی 1080nmi به دست می‌آید

برای فاز برگشت هم 5800 پوند سوخت و دوباره همون محاسبه یعنی
22000 + 2900 = 25000lb

ضریب مصرف سوخت ویژه برای خط برگشت یا آبی رنگ : 0.187 یعنی فاز برگشت مسافت 1084nmi داره ...

برابری برد رفت و برگشت و در نتیجه اعلام شعاع رزمی جنگنده با لود 2 بمب 2000 پوندی ...

به همین شکل میتونید برای مخازن 600 گالن و اضافه شدن مخزن سنتر لاین 300 گالنی محاسبه کنید .

اگر سوالی هست در بخش کامنت یا پی وی در خدمتم .
👉@Hadi_Notes✍

قبلا یک مروری داشتیم؛ (اینجا) رو ببینید حتما

خب این بار ما یک مسیر رفت داریم و یک مسیر برگشت که باید جوری محاسبه بشه که مسافتشون با هم یکسان باشه اما نکته اینجاست که جنگنده پس از طی شعاع رزمی، با جدایش محموله درگ ایندکس و وزن کل رو کاهش میده پس باید در دو مرحله حساب کنیم.

سوخت مرحله رفت رو 23000 پوند گرفتم در نتیجه داریم :
37500 + 1000 + 11500 + 8000 + 12500 = 70000 lb
به ترتیب وزن جنگنده با CFT + پاد ها + نصف سوخت 23000 پوندی مصرفی + 4 بمب 2000 پوندی + محموله ی 12500 پوند باقی مانده ی سوخت که باید مثل سلاح حمل بشه تا برای فاز برگشت استفاده بشه

حالا با توجه به درگ ایندکس و وزن جنگنده به عدد 0.045 مصرف سوخت ویژه میرسیم و ضرب در میزان سوخت این مرحله یعنی 23000 پوند، چیزی حدود 1030nmi برد خواهیم داشت برای مرحله ی رفت

برای مرحله برگشت :
37500 + 6250 fuel + 1000 pod

یعنی 12500/2
و البته درگ ایندکس کاهش یافته
در نتیجه ضریب مصرف سوخت ویژه مطابق تصویر در مرحله برگشت با رنگ آبی نشون داده شده میشه 0.085 یعنی برد برگشت 1060nmi هست

برد رفت و برگشت یکسان ، پس شعاع رزمی جنگنده در این لود 1800km+ هست.
👉@Hadi_Notes✍

جداول بررسی مقاومت هوای محموله ها برای F-15E (درگ ایندکس)

سوال : F-15E با 3 مخزن سوخت 600 گالنی خارجی و 4 بمب 2000 پوندی و 2 پاد و CFT چقدر درگ ایندکس دارد ؟

پاسخ :

خب تصور کنیم این جنگنده رو به 3 مخزن سوخت مجهز میکنیم یعنی 12.2+6+6 واحد به همراه دو پاد و CFT یعنی 9.5+7.4+20.1 واحد درگ مضاعف و در نهایت 4 بمب 2000 پوندی یعنی حدود 23+ واحد که در مجموع در چنین لودی جنگنده دارای 85 واحد درگ ایندکس خواهد بود که البته اینا روی یکدیگر نیز اثر دارند و در مجموع میتونید حدود 100 واحد درگ ایندکس رو تصور کنید .

محاسبه ی حدودی و ساده ی درگ ایندکس کل (یعنی نسبت مقاومت هوای افزایش یافته در این لود به حالت بدون حمل سلاح ...) رو شاهد بودید .

تو حالت مد نظر با سه مخزن 600 گالن و CFT ها به همراه مخازن سوخت داخلی، در مجموع جنگنده 35500 پوند سوخت حمل می‌کنه هر چند بین سوخت ها تفاوت وزنی وجود داره و درستش اینه که با ظرفیت حجمی بریم جلو نه ظرفیت جرمی اما کار رو ساده میکنیم و وارد پیچیدگی های تبدیل نمیشم 🙃

بریم ادامه ی داستان 👇👇
👉@Hadi_Notes✍

در راهنمای هواپیما های مختلف، روش های متفاوتی برای توضیح این بحث وجود داره در نتیجه همه ی نمودار ها مثل هم نیست مثلا تصاویر بالا مرتبط با AV-8 , A-10 , F-4 هست که طراحی نمودار و پارامتر های آن متفاوتند ...

در این مطلب همه ی تلاشم رو کردم تا با کمترین محاسبه و به ساده ترین و سریع ترین شکل به تخمین مناسبی برسیم ...
توضیح نمودار های اوج گیری و فرود بماند برای وقتی دیگر :)
👉@Hadi_Notes✍

خب حالا بریم سراغ یک سوپر هورنت مسلح به 8 عدد AIM-120 و 2 عدد AIM-9X و یک مخزن سوخت در سنتر لاین (480gal) در حالی که تا انتهای پرواز فرض میکنیم این محموله باقی بماند .

وزن کل برای محاسبه :
نیمی از سوخت مخزن خارجی + نیمی از سوخت مخازن داخلی + وزن محموله (8 امرام و 2 سایدویندر به همراه پایلون و ریل ها...)
چیزی قریب به 45000lb
مقاومت هوای کل :
مقاومت هوای موشک ها + ریل و ...
به کل چیزی حدود 75 واحد DI

برد :
مقدار سوخت × مصرف سوخت ویژه
17800 lb × 0.092 = 1637 nmi
نکته : مقدار سوخت یعنی کل سوخت داخلی + کل سوخت خارجی

در نتیجه سوپر هورنت با این لود میتواند 3000km~ پرواز کند .

آنچه تا اینجا گفتیم ، تلاش جنگنده برای رسیدن به بیشترین برد یا بیشترین طی مسافت ممکن بود ... (Optimum cruise)

شیطونه میگه مداومت پروازی رو هم بررسی کنیم ... 🤔😁
👉@Hadi_Notes✍

درگ ایندکس (DI)...
نسبت مقاومت هوای خارجی اضافه شده به سازه ی اصلی که بر روی سرعت کروز و مصرف سوخت و در کل بر پیمایش بهینه (optimum cruise) تاثیر گذار است.

تصاویر بالا درگ ایندکس برخی محموله های خارجی را برای سوپر هورنت نشان میدهد و باید گفت نصب سلاح ها در جایگاه های مختلف تاثیر متفاوتی دارد برای مثال نصب مخزن سوخت در جایگاه اول بال (ib)، مقاومت هوای بیشتری از جایگاه دوم(mb) یا جایگاه مرکزی(CL) ایجاد میکند و نصب AIM-9 در نوک بال تقریبا هیچ مقاومت هوایی نمی افزاید... حال آنکه خود محموله ها روی یکدیگر و مقاومت هوای کل تاثیر دارند برای مثال نصب مخازن سوخت در جایگاه اول بال میتواند روی مخزن سوخت متصل در جایگاه مرکزی تاثیر گذاشته و درگ ایندکس آن را از 19 به 22 افزایش دهد.

باز هم محاسبات کسالت آور...

در اینجا نیز سعی بر به دست آوردن یک تقریب است نه یک محاسبه ی بسیار دقیق همچنین تاثیر تمامی این موارد به طور کلی زیر 5% تا بلکه زیر 2% خطا را حاصل میکند هر چند باید توجه داشت همه اینها در جو استاندارد است و تغییرات آب و هوایی خود متغیری دیگر که البته باز هم نتایج را زمین تا آسمان تغییر نمی‌دهد.
👉@Hadi_Notes✍

در اولین مثال برای سادگی کار یک سوپر هورنت (F-18) را در نظر میگیریم که وزن خشک (empty weight) آن به طور پیش فرض 32250 پوند و تمام ظرفیت سوخت داخلی آن 14700 پوند تصور میشود .
32250 + (14700/2) = 39600
در نتیجه در نمودار این وزن را به عنوان ورودی انتخاب میکنیم و نموداری با درگ ایندکس (DI) - 0 - را در نظر میگیریم زیرا بدون لود یا محموله ی خارجی ، هیچ مقاومت هوایی به سازه اضافه نشده است .

مسافت قابل پیمایش :
14700 lb × 0.121 = 1778 nmi
یعنی سوپر هورنت می‌تواند با سوخت داخلی بدون محموله خارجی و سوخت گیری هوایی ، چیزی حدود 3200km+ پرواز کند که البته در هنگام برخاست و اوج گیری مصرف سوخت بیشتری دارد اما به همین شکل در هنگام فرود و کاهش ارتفاع مصرف سوخت کمتر و همچنین تخمین ما نیز کمتر از عدد حقیقی بود در نتیجه میتوان گفت عدد حاصل تخمین مناسبی از برد جنگنده بدون در نظر گرفتن نمودار های دیگر و پیچیدگی محاسباتی خواهد بود .

اما این پایان ماجرا نیست ... :)
👉@Hadi_Notes✍