برچسب: هوافضا

ماه

ماه تنها قمر سیارهٔ زمین است که با بازتاباندن نور خورشید، شب‌های زمین را کمی روشن می‌کند. ماه پنجمین قمر طبیعیِ بزرگ در سامانهٔ خورشیدی در میان ۱۷۳ قمر موجود در این سامانه است. قطرِ ماه حدودِ ۳٬۴۷۶ کیلومتر است. جوّ ندارد و در پهنهٔ آن دهانه‌های برخوردی درپیِ برخوردِ سنگ‌های آسمانی پدید آمده‌است. مساحت سطح آن حدود ۳۸ میلیون کیلومتر مربع (دقیق تر ۳۷ میلیون و ۹۳۰ هزار) است که در مقام مقایسه از مساحت قاره آسیا کم‌تر است.

کرهٔ ماه چهاردهمین جسم در سامانه خورشیدی بر پایهٔ جرم و حجم می‌باشد. قطر کرهٔ ماه یک‌چهارمِ کرهٔ زمین است و هیچ سیارهٔ دیگری در سامانهٔ خورشیدی، نسبت به اندازهٔ خود، دورگردی به این بزرگی ندارد.چگالی ماه چهار پنجم چگالی زمین است.

کاربرد ماه در زمانهای گذشته

انسان‌ها از قدیم از کرهٔ ماه و چرخش منظم آن برای گاهشماری، به‌ویژه در کشاورزی، بهره می‌گرفتند. مسافران و دریانوردان نیز از نور و حضور ماه برای جهت‌یابی و ناوبری استفاده می‌کردند؛ ماه هم‌چنین در اسطوره‌های اقوام حضور زیادی داشته و در برخی فرهنگ‌ها حتی آن را به‌عنوان یک ایزد پرستش می‌کرده‌اند. گرانش (جاذبهٔ) ماه باعث به‌وجود آمدن جزر و مد آب‌های کرهٔ زمین می‌شود. گرانش کرهٔ ماه هم‌چنین باعث باثبات ماندن محور گردش زمین به دور خود می‌شود که درصورت عدم وجود ماه، انحراف محوریِ زمین مرتباً تغییر می‌کرد و این امر باعث آشفته شدن آب‌وهوا و فصل‌ها در زمین می‌شد.

شکل‌گیری ماه

ماه و زمین به‌گونهٔ هم‌زمان و حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش شکل گرفتند. جِرم ماه ۱/۸۱ام جِرم زمین است این‌که ماه دقیقاً چگونه به‌وجود آمده، هنوز معلوم نشده‌است. ممکن است همراه با زمین در اوایل شکل‌گیری سامانهٔ خورشیدی شکل گرفته‌باشد، یا این‌که بعدها جذب میدان جاذبه شده و در مدار زمین قرار گرفته‌است. نظریه‌ای که بیش از دیگر نظریه‌ها پذیرفته شده، این است که ماه از برخورد یک سیارک به‌اندازهٔ مریخ به زمین به‌وجود آمده‌است.

شواهد جدید

در پژوهشی در ژوئن ۲۰۱۴ (خرداد ۱۳۹۳)، شواهد جدیدی از نحوهٔ به‌وجود آمدن کرهٔ ماه به‌دست آمد. به‌نظر پژوهشگران، احتمالاً کرهٔ زمین در «دورهٔ جوانی» با یک کرهٔ دیگر به‌اندازهٔ کرهٔ مریخ، که دانشمندان آن را سیارهٔ تیا (دارای نوع خاصی از اتم اکسیژن) نام‌گذاری کردند، برخورد کرد و نتیجهٔ آن، انفجاری عظیم و ایجاد «ابر عظیمی» از قطعات و گردوخاک این دو کره در فضا بود. کرهٔ ماه از به هم پیوستن این قطعات پدید آمد.

ویژگی‌های فیزیکی

بر طبق یافته‌های جدید آب در ماه موجود است.و برخلاف زمین، ماه دارای هوا، زندگی و میدان مغناطیسی نیست. نمی‌توان گفت که ماه کاملاً غیرفعال است، زیرا «ماه‌لرزه» را باید نشانه‌ای از وجود نوعی حرکت در درون آن دانست. ماه در دوران گذشته، آتشفشانهایی داشته‌است؛ اما غالب حفره‌هایی را که در آن می‌بینیم، نتیجه اصابت سنگ‌های آسمانی در اولین روزهای شکل‌گیری آن است. بعضی از این حفره‌ها عظیمند برای نمونه عمق حفره نیوتون ۸٬۰۰۰ متر است. هنگامی که سفینه فضایی شوروی به نام لونا ۳ از پشت ماه عکس گرفت، دانشمندان دیدند که روی پنهان ماه درست مانند روی آشکار آن نیست. در آنجا، تعداد حفره‌ها بسیار بیشتر بود؛ اما به‌طور کلی، از حفره‌های روی آشنای ماه کوچک‌تر بودند.

چرا ماه به روی زمین سقوط نمی‌کند

زمین با نیروی گرانش ماه را به سوی خود می‌کشد. اگر انسان ماه را که در حقیقت بی‌وقفه به دور سیاره ما می‌چرخد، از گردش بازمی‌داشت، ماه فقط برای مدت کوتاهی ثابت می‌ایستاد، آنگاه با سرعتی فزاینده به سمت زمین می‌شتافت و در نهایت با آن برخورد می‌کرد. البته این عمل میسر نیست. ماه از همان زمان‌های اولیه با سرعتی برابر ۳۶۵۹ کیلومتر در ساعت به دور زمین در حال گردش بوده‌است. در اثر این حرکت گردشی، یک نیروی گریز از مرکز به سمت خارج ایجاد می‌شود، که درست به اندازه نیروی گرانش زمین که به سمت داخل کشش دارد، است. این دو نیروی مخالف، اثر یکدیگر را به‌طور متقابل خنثی می‌کنند، به نحوی که ماه همواره بر مدار خود باقی می‌ماند.

12 مرد معروف فرستاده شده به ماه

بین سال‌‌های ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۲ آمریکایی‌ها تقریبا هر شش ماه یک بار روی ماه فرود آمدند و در برخی از این فرودها، فضانوردان فرصت پیاده‌روی روی این کره را داشتند که نام‌هایی را در تاریخ انسان و فضانوردی جاودان کرد.

در زیر به معرفی برخی از این ماه نوردان میپردازیم.

اولین ماه نورد

در سال ۱۹۶۹ (۲۹ تیرماه ۱۳۴۸ خورشیدی) «نیل آرمسترانگ»، فضانورد آمریکایی به‌ عنوان نخستین انسان، قدم بر سطح ماه گذاشت و جای پایش روی این کره و تاریخ بشر ماندگار شد.

دومین ماه نورد

«باز آلدرین»، دومین انسان روی کره ماه بود که پس از آرمسترانگ پیاده شد. در این تصویر او در کنار یکی از تجهیزات ماه به نام «ایگل» دیده می‌شود و در انعکاس روی کلاه خود نیز، تصویر آرمسترانگ که در حال عکاسی‌ است قابل دیدن است.

سومین ماه نورد

الن بین»، فضانورد آپولوی در این تصویر یک محفظه محتوی خاک نمونه از ماه را در دست دارد. این فضاپیما در نوامبر ۱۹۶۹ (آبان ۱۳۴۸) روی سطح ماه فرود آمد و سومین و چهارمین انسان را به این قمر زمین برد.

چهارمین ماه نورد

«ادگار دی میشل» در نخستین ماه‌نوردی که توسط سرنشینان آپولوی ۱۴ در پنجم فوریه ۱۹۷۱ (۱۶ بهمن ۱۳۴۹) انجام شد، در حال نصب یک لرزه‌نگار روی سطح ماه دیده می‌شود. این نخستین آزمایش لرزه‌نگاری خارج از کره زمین بود. عکس توسط دوربین اتمی که روی یک ربات فضایی نصب شده بود گرفته شده است؛ در این سفر از این ربات برای حمل تجهیزات استفاده می‌شد.

پنجمین ماه نورد

«جیمز اروین»، خلبان ماه‌نشین آپولوی ۱۵ در حال سلام نظامی به «دیوید اسکات» است که از او عکس می‌اندازد. تصویر او در کنار پرچم آمریکا و ماه‌نشین آپولوی ۱۵ دیده می‌شود. این مأموریت در اول اوت ۱۹۷۱ (۱۵ مرداد ۱۳۵۰) انجام شد.

ششمین ماه نورد

«چارلز دوک»، فضانورد آپولوی ۱۶ در حال جمع‌آوری نمونه از سطح ماه است. این عکس توسط جان یونگ، دیگر فضانورد این سفینه در ۲۱ آوریل ۱۹۷۲ (اول اردیبهشت ۱۳۵۱) گرفته شده است.

هفتمین ماه نورد

هرسیون اشمیت در کنار یک تخته‌سنگ بزرگ روی ماه در حال پیاده‌روی‌ست. او به همراه اوگن سرنان، دو فضانوردی بودند که طی سومین عملیات آپولوی ۱۷، در دسامبر ۱۹۷۲ (دی ماه ۱۳۵۱) روی ماه فرود آمدند.

هشتمین ماه نورد

اوگن سرنان در این عکس که در نخستین پیاده روی روی ماه در عملیات آپولوی ۱۷ گرفته شده، گوشه پرچم آمریکا را در دست نگه داشته است. او آخرین انسانی بود که روی ماه راه رفت و قبل از آنکه به نردبان فضاپیما برسد، حروف نام تنها فرزندش را روی خاک ماه ترسیم کرد. او در ۱۶ ژانویه ۲۰۱۷ (۲۷ دی ماه ۱۳۹۵) در تگزاس درگذشت.

تاریخچه هوافضا را از ما بخواهید.

پردیس فناوری کیش_طرح مشاور متخصصین صنعت و مدیریت_گروه هوافضا

مکانیک پرواز چیست؟

مکانیک پرواز بخشی از دانش مکانیک است که به قانون‌های فیزیکی حاکم بر وسائل پرنده مانند هواپیما می‌پردازد.

بر هواپیمائی که در حال پرواز یک‌نواخت و مستقیم است چهار نیرو وارد می‌شود:

1-نیروی پیش‌رانش یا به لاتین ( Thrust) که هواپیما را به جلو می‌برد.

2-نیروی برآ (Lift) ناشی است از شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا و هواپیما را به بالا می‌برد.

3-نیروی پسا (Drag) یا نیروی مقاوم هوا که جهت آن رو به عقب هواپیما است و همواره در مقابل نیروی پیش رانش قرار دارد و مقدار آن بستگی به شکل بال هواپیما و سرعت هواپیما و همچنین زاویه قرار گیری بال هواپیما نسبت به جریان هوا دارد.

4-نیروی وزن (W) که هواپیما را به پائین می‌کشاند.و از طریق گرانش زمین میباشد.

جهت نیروهای آیرودینامیکی

نیروی پیشرانش در خلاف جهت نیروی پسا است و نیروی وزن هواپیما در خلاف جهت نیروی برا قرار دارد. اگر نیروی پیش‌رانش بزرگ‌تر از نیروی پسا یا مقاومت هوا نباشد هواپیما دچار واماندگی خواهد شد.

همچنین برای پرواز باید نیروی برآ از نیروی وزن بیشتر باشد تا هواپیما بتواند از زمین بلند شده و پرواز کند. وزن هواپیما ثابت است ولی در شرایط مختلف پرواز نیروهای دیگر (نیروی برا و نیروی پسا و نیروی پیش‌رانش) ممکن است تغییر نمایند.

مثلاً در هنگام اوج گیری که زاویه هواپیما نسبت به افق بیشتر است نیروی پسا هم بیشتر خواهد بود. اگر توان موتور یا نیروی پیش‌رانش نتواند نیروی پسا ایجاد شده در اثر افزایش زاویه پرواز هواپیما را جبران کند، هواپیما دچار واماندگی خواهد شد.

همچنین نیروی برا هم با افزایش سرعت هواپیما افزایش خواهد یافت و با ارتفاع گرفتن هواپیما در اثر رقیق شدن هوا (در صورت ثابت بودن سرعت هواپیما) کاهش می‌یابد.

lift

نیرویی که همواره به سمت بالا وارد میشود و باعث میشود که هواپیما و یا سایر وسایل پروازی به سمت بالا در خلاف نیروی وزن حرکت کنند.

مقدار ان از طریق رابطه زیر بدست می اید:

1/2dv2scl

d:چگالی یا غلظت هوا

v:سرعت

s:مساحت سطح بال

Cl:ضریب مقدار لیفت

بررسی سطوح پروازی از دیدگاه فیزیکی

Leading Edge:لبه جلویی بال

Trailing Edge:لبه پشتی بال

Chord/Chord Line:محور فرضی که از ابتدای بال تا انتهای ان کشیده شده است

Angle of Attack:زاویه بین باد و امتداد خط Chord Line

نمودار تغییرات لیفت بر حسب زاویه حمله

هر چه مقدار زاویه حمله افزایش یابد مقدار لیفت افزایش خواهد یافت.

این مقدار تا نقطه ای به نام Clmax ادامه خواهد یافت.

از این نقطه به بعد با افزایش زاویه حمله مقدار لیفت به سرعت کاهش پیدا خواهد کرد

طبق فرمول با کاهش ضریب لیفت مقدار لیفت نیز کاهش پیدا میکند.

راه های متعددی برای افزایش زاویه حمله موجود است.

از جمله استفاده از فلاپ ها.

مقدار ضریب لیفت همیشه از رابطه زیر بدست می اید:

cl=L/qs=L/1/2DU2S

همواره نیروی وزن برابر است با جرم هواپیما در ثابت گرانش

نیروی تراست یا پیشرانه همواره از طریق موتور هواپیما تولید میشود.

نمودار زیر تغییرات زاویه ی حمله با مقدار لیفت را نشان میدهد. با افزایش زاویه ی حمله تا زاویه استال، با افزایش زاویه ی حمله مقدار لیفت افزایش می یابد.

اما پس از زاویه ی استال، با افزایش زاویه ی حمله مقدار لیفت کاهش می یابد.

مطالعه اتمسفر از دیدگاه مکانیک پرواز

تعریف اتمسفر از دیدگاه مکانیک پرواز

اتمسفر عبارتست از توده ی گازی شکل اطراف زمین، که بخش نزدیک به زمین آن میتواند نیروی بالابر لازم جهت جبران وزن و صعود هواگردها را فراهم نماید.

اهمیت دیگر اتمسفر زمین اکسیژن لازم جهت احتراق در موتورهای هواسوز می باشد.

مواد تشکیل دهنده هوا عموما گازی هستند و شامل موارد زیر است:

نیتروژن

اکسیژن

آرگون

دی اکسید کربن

گازهای دیگر

هوا یک گاز کامل در نظر گرفته میشود، که تحت اثر جاذبه ی زمین و حرکت های مولکولی گاز رفتار میکند.

چگالی و فشار هوا با افزایش ارتفاع از سطح زمین کاهش می یابد.

ادامه دارد…

آیرودینامیک چیست؟

پردیس فناوری کیش_طرح مشاور متخصصین صنعت و مدیریت_گروه هوافضا

آیرودینامیک شاخه‌ای از دینامیک گازها و در حالت کلی‌تر دینامیک سیّالات است که به بررسی رفتار جریان هوا و اثر آن بر اجسام متحرک می‌پردازد. منظور از حل یک مسئلهٔ آیرودینامیکی، محاسبهٔ میدان سرعت، فشار، و دمای هوا در اطراف یک جسم است. برای این منظور باید معادله‌های حاکم بر جریان سیّال را حل کرد. سپس به کمک حل به دست آمده می‌توان نیروها و گشتاورهای وارد بر جسم را حساب کرد.

مسئله‌های آیرودینامیکی را می‌توان از جنبه‌های مختلف طبقه‌بندی کرد. یک طبقه‌بندی معمول بر اساس الگوی جریان هواست. اگر مسئلهٔ آیرودینامیکی مربوط به جریان هوا در اطراف یک جسم باشد به آن آیرودینامیک بیرونی و اگر مربوط به جریان هوا داخل یک محیط بسته باشد به آن آیرودینامیک درونی گفته می‌شود. مثال آیرودینامیک بیرونی، جریان هوا در اطراف یک هواپیما و مثال آیرودینامیک درونی، جریان هوا داخل یک موتور جت یا تونل باد است.

روش دوم طبقه‌بندی بر اساس چگالی هواست. اگر چگالی جریان هوا در همهٔ نقاط میدان سیّال ثابت باشد و با زمان تغییر نکند، جریان تراکم‌ناپذیر و در غیر این صورت تراکم‌پذیر است.

روش سوم طبقه‌بندی مسئله‌های آیرودینامیکی بر اساس عدد ماخ جریان هوا است. اگر عدد ماخ کوچک‌تر از یک باشد جریان فروصوتی، اگر نزدیک یک باشد جریان هَماصوتی، اگر بزرگ‌تر از یک و کوچک‌تر از پنج باشد جریان زبرصوتی، و اگر بزرگ‌تر از پنج باشد جریان فوق‌صوتی خوانده می‌شود.

روش چهارم طبقه‌بندی بر اساس گرانروی هواست. اگر ضریب گرانروی ناچیز فرض شود جریان غیرلزج و در غیر این صورت لزج خوانده می‌شود.

 

کاربردهای آیرودینامیک

مهم‌ترین کاربرد آیرودینامیک در مهندسی هوافضا است. البته آیرودینامیک کاربردهای زیاد دیگری هم دارد. در مهندسی خودرو، از آیرودینامیک برای طراحی بدنهٔ خودرو استفاده می‌شود تا نیروی پسای خودرو کم شود. مهندسان سازه از آیرودینامیک برای تحلیل اثر هواکشسانی جریان باد بر سازه‌هایی مثل آسمان‌خراش‌ها یا پل‌ها یا برج‌ها استفاده می‌کنند. طراحی پره‌های توربین‌های گازی و بادیاز دیگر کاربردهای مهم آیرودینامیک در صنعت محسوب می‌شود. در ادامه برخی از این شاخه‌ها و کاربردها توضیح داده شده‌است:

آیرودینامیک پره‌های توربین و کمپرسور

در این شاخه از آیرودینامیک، روی جریان عبوری از پره‌های توربین گازی و کمپرسور تمرکز می‌شود و یکی از اهداف مهم تحقیقات، جلوگیری از پدیده surge و stall در پره هاست. البته فن‌ها هم در این دسته جا دارند… این شاخه جزو دسته آیرودینامیک داخلی محسوب می‌شود و نه تنها در موتورهای جت، بلکه در توربین‌های گازی صنعتی نیز جای کار و خواهان بسیار دارد.

surge چیست؟

surge یک اختلال محلی از جریان هوا در کمپرسور توربین گاز یا توربوشارژر است. واماندگی‌ای که منجر به قطع کامل جریان هوا از درون کمپرسور می‌شود، سرج(موج) نامیده می‌شود. شدت این پدیده از افت لحظه‌ای توان که توسط تجهیزات به سختی نشان داده می‌شود و سرجی که باعث افت کامل توان کمپرسور می‌شود و باید میزان سوخت را تغییر داد تا توان دوباره بدست آید و عملکرد عادی شود، متغیر است.

واماندگی کمپرسور یک مشکل رایج در موتورهای جت ابتدایی با واحدهای ساده آیرودینامیکی و واحدهای کنترل سوخت دستی یا مکانیکی بود، اما با طراحی بهتر و استفاده از سیستم‌های کنترل هیدرومکانیکی و الکترونیکی نظیر Full Authority Digital Engine Control، عملاً از بین رفته‌است. کمپرسورهای مدرن به دقت طراحی شده و کنترل می‌شوند تا از واماندگی درمحدوده عملیاتی موتور جلوگیری شده یا محدود شود.

stall چیست؟

stall در دینامیک سیالات، کاهش ضریب برآ (Lift) است که به علت افزایش زاویه حمله توسط یک فویل ایجاد می‌شود.^[۱] این پدیده زمانی اتفاق می‌افتد که زاویه حمله از مقداری بحرانی عبور کند. زاویه حمله بحرانی معمولاً ۱۵ درجه می‌باشد، اما این زاویه در سیالات و فویل‌های مختلف و تغییر عدد رینولدز ممکن است به مقدار قابل توجهی تغییر کند.

در هوانوردی، واماندگی یا دکروشاژ، به وضعیتی از هواگرد یا هواپیما در هنگام پرواز اشاره می‌کند. واماندگی وضعیتی است که در آن، جریان هوا از لایهٔ مرزی سطح برآیِ هواپیما (مانند بال‌ها) جدا می‌شود. در این حالت نیروی برآ، به شدت کاهش می‌یابد و اصطکاک با هوا به شدت افزایش می‌یابد.

آیرودینامیک لایه مرزی

هنگامی که جسم در معرض جریان قرار می‌گیرد، لایه‌ای نازک در جریان (و چسبیده به جسم) ایجاد می‌شود که خصوصیاتش با نواحی دیگر جریان سیال فرق می‌کند. این لایه در اثر خاصیت چسبندگی سیال (لزجت – viscosity) به وجود می‌آید. در این ناحیه سرعت سیال از صفر تا ۹۹ درصد سرعت جریان آزاد، تغییر می‌کند. لایه مرزی خودش به دو بخش ناحیه آرام (laminar) و مغشوش یا آشفته (turbulent) تقسیم می‌شود که هر کدام دامنه گسترده‌ای از تحقیقات و مطالب علمی دارند.

فرض پیوستگی

هوا مانند هر مادهٔ دیگری از مولکول‌های کوچک تشکیل شده‌است که در حال حرکت و برخورد با هم هستند؛ ولی چون فاصلهٔ این مولکول‌ها در عمل خیلی کوچک است، در آیرودینامیک می‌توان هوا را یک محیط پیوسته فرض کرد. با رقیق شدن هوا و افزایش فاصلهٔ بین مولکول‌ها، دقت فرض پیوستگی کم می‌شود.

نیروی آیرودینامیکی

نیروی آیرودینامیک در اثر وزش باد بر روی یک جسم تولید می‌شود. این جسم می‌تواند تیر چراغ‌ برق ، یک آسمان خراش ، پل ، هواپیما و یا کابل برق فشار قوی باشد. اما بازتاب نیروی آیرودینامیکی که ایجاد می‌شود، بستگی به شکل این جسم خاص که در معرض وزش باد قرار گرفته است. اگر هم پهن و دارای زاویه تند باشد در برابر باد مقاومت می‌کند و در جهت وزش باد خم می‌شود. اما اگر دارای زوایای خمیده و یا نیم‌دایره باشد، مقاومت کمتری نسبت به سایر اجسام خواهند داشت. نیروهای آیرودینامیکی شامل چهار نیرو می‌شود، که این نیروها عبارتند از:

نیروی برا (LIFT)

نیروی برا ، نیرویی است که باعث بالا رفتن هواپیما یا هلیکوپتر و اجسام برنده ایجاد می‌شود. برای اینکه این نیرو ایجاد شود باید جسم مورد نظر شکل خاصی داشته باشد، مطلوب‌ترین شکل می‌تواند به صورت یک قطره آب و یا یک جسم که یک طرفش نیم‌دایره و طرف مقابل آن زاویه تند داشته باشد. اگر این جسم به گوشه‌ای در جریان هوا قرار گیرد که باد از سمت جسم که حالت نیم‌دایره دارد بوزد و از طرف مقابل که زاویه تندی دارد جسم را ترک کند، نیروی برا ایجاد خواهد شد. وقتی که مولکولهای هوا با لبه جلوی بال برخورد می‌کند، تعدادی به سمت بالا و تعدادی به سمت پایین بال متمایل می‌شوند. هر دو گروه مولکولها می‌بایستی در انتهای بال همزمان به یکدیگر برسند. چون بالای بال هواپیما انحنای بیشتری دارد و مسافت آن نسبت به زیر بال بیشتر است.

در نتیجه مولکولهایی که از سطح بالایی عبور می‌کنند. می‌بایستی با سرعت بیشتری حرکت کنند تا با مولکولهای سطح پایین همزمان به انتهای بال هواپیما برسند. این عمل باعث کاهش فشار هوا در سطح بالا نسبت به سطح پایین بال خواهد شد. اشاره به اصل برنولی وقتی که سرعت هوا در سطح بالای بال بیشتر از سطح پایینی آن باشد، فشار در سطح بالایی کم می‌شود. حال که فشار هوا در قسمت بالای بال کاهش می‌یابد و یک خلا نسبی ایجاد می‌شود که جسم را به طرف خود می‌کشد. این خلا نسبی همان نیروی برا می‌باشد که باعث بالا رفتن هواپیما می‌شود. هر چقدر سرعت هواپیما بیشتر باشد مقدار خلا نسبی نیز بیشتر می‌شود.

نیروی وزن (WEIGHT)

زمانی که ما روی زمین قرار گرفته‌ایم وزن ما بطور عمود بر مرکز زمین وارد می‌شود. وزن ما باعث قرار گرفتن روی زمین و نیز جاذبه‌ای که برما وارد می‌شود با وزن ما برابر خواهد بود. طبق قانون نیوتن ، نیروی جاذبه‌ای که بر جسم ما وارد می‌شود برابر با یک خواهد بود.

برای اینکه هواپیما به پرواز درآیند باید بر نیروی جاذبه غلبه کند. وزن همیشه در جهت مخالف نیروی برا است.

نیروی رانش (THRUST)

وقتی جسمی از زمین بلند شده و در فضا قرار می‌گیرد، باید نیروی رانش کافی داشته باشد. به عبارت دیگر نیروی رانش باعث می‌شود تا هواپیما به طرف جلو حرکت کرده و جریان لازم را ایجاد کند. جریان ایجاد شده تولید نیروی برا این کار را خواهد کرد. در هواپیما نیروی رانش بوسیله موتور فراهم می‌شود.

نیروی پسا (DRAG)

طبق قانون نیوتن هر عملی یک عکس‌العمل در جهت مخالف خواهد داشت به دلیل اینکه نیروی رانش باعث جلو رفتن هواپیما می‌شود. افزایش این نیرو باعث افزایش نیروی پسا خواهد شد. وجود نیروی پسا یک امر اجتناب ناپذیر است ولی کارشناسان ، طراحان و سازندگان هواپیما سعی می‌کنند در حین پرواز از مقدار نیروی پسا کاسته شود.

شکل هواپیما ، هر قدر بالها نازکتر یا محل اتصال اجزا خارجی با بدنه زاویه‌هایی تند نداشته باشد، بخشی از نیروی پسا کاهش می‌یابد. بستگی به شکل خاص اجزایی که در تولید نیروی برا نقش دارند. مانند بالها ، و بخشی از بدنه . برای اینکه هواپیما بتواند سرعت‌های کم به اندازه کافی نیروی برا و در سرعت‌های زیاد از تولید نیروی پسا کاسته شود بالهای آن را به گونه‌ای مناسب طراحی می‌کنند.

 

پس متوجه می‌شویم که با افزایش نیروی رانش بر سرعت هواپیما افزوده می‌شود. با افزوده شدن سرعت هواپیما ، جریان هوا نیز افزایش یافته و نیروی برا افزایش می‌یابد تا بر وزن هواپیما غلبه کند. با افزایش نیروی برا و رانش بر میدان نیروی پسا نیز افزوده خواهد شد. اما زمانی که هواپیما در مسیر پرواز قرار می‌گیرد کلیه نیروها به حالت تعادل در آمده و هواپیما با سرعت ثابتی به پرواز خود ادامه می‌دهد.

 

هولفضا را با ما بهتر بشناسید.

 

کوادکوپتر چیست؟

پردیس فناوری کیش_طرح مشاور متخصصین صنعت و مدیریت_گروه هوافضا

یکی از انواع وسایل پهپاد است. کواد کوپتر زیر مجموعه دسته مالتی روتورها هستند. به دلیل کمک گرفتن از چهار پروانه برای نیروی پیشرانش، به عنوان کواد (چهار) کوپتر نامیده می‌شوند.

کواد کوپتربا داشتن قدرت مانور فوق‌العاده و پروازهایی با تعادل بالا از کاربردهای بسیار گسترده برخوردارند.

در سال‌های اخیر توجه شرکت‌ها، دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی بیش از پیش به این نوع از پهپادها جلب شده‌است .لذا روزانه پیشرفت چشم‌گیری در امکانات و پرواز این نوع از پرنده‌ها مشاهده می‌کنیم.

کواد کوپتر در زمینه‌های تحقیقاتی، نظامی، تصویر برداری و تفریحی از کاربرد بالا و روزافزونی برخوردارند.

امروزه یکی از تفریحات پر طرفدار کواد کوپترهای تفریحی و حرفه‌ای تصویر برداری می‌باشند که از جذابیت بسیار بالایی برخوردار است. بازار بزرگی از محصولات رادیو کنترلی را در جهان به خود اختصاص داده‌است.امروزه مسابقات پهپادها هم در سراسر نقاط جهان برگزار می‌شود که در دو دستهٔ داخل ساختمان و ریس وجود دارد. شرکت کنندگان می‌توانند در این دو دسته به رقابت بپردازند که این شاخه ای بسیار پر هزینه است. در صورت crash (سقوط) امکان دارد هزینهٔ ساخت دوبارهٔ کل کواد را به همراه داشته باشد.

 

ساختار

کواد کوپترها همانند انواع دیگر وسایل پرنده از ایجاد اختلاف فشار در اتمسفر پیرامون خود برای بلند شدن و حرکت در هوا استفاده می‌نمایند.

همان‌طور که هلیکوپتر‌ها به کمک پره اصلی این اختلاف فشار را ایجاد می‌کنند و نیروی برآ ی خود را تأمین می‌کنند.

در هلیکوپترها به دلیل وجود نیروی عمل و عکس‌العمل، پس از اینکه پره اصلی شروع به چرخش می‌کند با برخورد مولکول‌های هوا به این پره و وجود عکس‌العمل، یک نیرویی با جهت مخالف جهت چرخش پره به پره و در ادامه به شفت متصل به پره اعمال می‌شود (نیروی گشتاور) و باعث چرخش هلیکوپتر به دور خود می‌شود. حالا برای حل این مشکل از پره دم هلیکوپتر استفاده می‌شود تا نیرویی را تولید کند مانع چرخش هلیکوپتر به دور خود شود.

حال اگر هلیکوپتر به جای داشتن یک پره اصلی از دو پره اصلی که خلاف جهت یکدیگر بچرخند استفاده می‌نمود، به دلیل خنثی شدن دو نیروی گشتاور توسط یکدیگر، دیگر هلیکوپتر به دور خود نمی‌چرخید! مانند هلیکوپترهای شنوک. حال با توجه به توضیحات داده شده راحت‌تر می‌توان به ساختار کواد کوپترها اشاره نمود.

کنترل پرواز کواد کوپتر

کواد کوپترها با بهره‌گیری از چهار موتور و پره مجزا و چرخش دو به دو معکوس این موتورها نیروی گشتاورهای ایجاد شده را خنثی می‌کنند و همچنین اختلاف فشار لازم جهت ایجاد نیروی برآ را تأمین می‌کنند.

نحوه ایجاد فرامین کنترلی در کواد کوپترها به این صورت است که، برای تغییر ارتفاع از کم یا زیاد کردن سرعت چرخش همه موتورها استفاده می‌شود و باعث کمتر یا زیاد تر شدن اختلاف فشار به وجود آمده می‌شود. برای چرخش کواد کوپتر به دور خود و به صورت درجا، دو پره هم جهت با سرعت کمتر و دو پره هم جهت دیگر با سرعت بیشتر می‌چرخند و نیروی گشتاور به یک سمت ایجاد می‌شود.

اختلاف فشار همانند قبل است (زیرا دو پره با سرعت کمتر و دو پره دیگر به همان نسبت با سرعت بیشتر می‌چرخند) لذا کواد کوپتر در ارتفاع ثابت به دور خود می‌چرخد. برای حرکت کواد کوپترها در جهت‌های مختلف (عقب، جلو، چپ و راست) توسط کم و زیاد کردن سرعت موتورها کواد کوپتر را از حالت افقی خارج کرده و باعث حرکت آن می‌شوند.

تمامی این فرامین توسط برد کنترلر ایجاد می‌شود که این برد از المان‌هایی جهت تشخیص زاویه و موقعیت کواد و قطعات پردازنده تشکیل شده‌است. این قطعات نظیر جایرو، شتاب سنج، قطب‌نما و میکرو پروسسور‌ها هستند.

تاریخجه

مدل‬ اولیه آزمایشی یک Multiroter در سال ۱۹۰۷ توسط دو برادر فرانسوی بنام Jacques and Louis Breguet در پروژه‌ای بنام Quadcopter ساخته و تست شد، هرچند آن‌ها نتوانستند پرنده خود را در آسمان نگه دارند ولی موفق به پرواز ثابت شدند.

بعد از آن ساخت بالگرد چهار پروانه‌ای به سال ۱۹۲۰ میلادی برمیگردد. در آن سال یک مهندس فرانسوی بنام etienne oehmichen اولین بالگرد چهارپره را اختراع نمود. مسافت ۳۶۰ متر را با کوادکوپتر خود پرواز کرد در همان سال او مسافت یک کیلومتر را در مدت هفت دقیقه و چهل ثانیه پرواز کرد. این بالگرد از روش تنظیم X بهره می‌جست.

شخصیت برجسته ی دیگر در این زمینه

در حدود سال ۱۹۲۲ در آمریکا Dr George de Btheza موفق به ساخت و تست تعدادی Quadcopter برای ارتش شد که قابلیت کنترل و حرکت در سه بعد را داشت، ولی پرواز با آن بسیار سخت بود. در سال ۱۹۵۶ مدل دیگری توسط Convertewings طراحی شد و در سال ۱۹۵۸ مدل Curtis-Wright VZ-7 توسط کمپانی Curtis- Wright طراحی شد.

در سال‌های اخیر توجه مراکز دانشگاهی به طراحی و ساخت پهپادهای چهارپره جلب شده‌است و مدل‌های مختلفی در دانشگاه استانفورد و کورنل ساخته شده‌است و به تدریج رواج یافته‌است.

از حدود سال ۲۰۰۶ کواد کوپترها شروع به رشد صنعتی به صورت وسایل پرنده بدون سرنشین نمودند.

کاربرد

امروزه مالتی روتورها به ویژه مدل‌های چهارپره که به کواد کوپتر شهرت دارند یکی از پر کاربردترین وسایل پرنده بدون سرنشین می‌باشند؛ که به عنوان مثال می‌توان به کاربردهای گسترده تصویر برداری هوایی، نقشه‌برداری، جاسوسی، تفریحی و … اشاره نمود.

با گسترده‌تر شدن روزافزون جلوه‌های بصری در تبلیغات و فیلم‌های سینمایی و تلویزیونی، استفاده از وسایل پرنده و تصویر برداری هوایی بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته‌است.

پیش از وجود کواد کوپترها به صورت صنعتی از هلیکوپترهای رادیو کنترلی به عنوان وسایلی برای حمل دوربین‌ها و تجهیزات تصویر برداری استفاده می‌شد؛ که این موضوع به سال‌های (۲۰۰۰–۲۰۱۰ میلادی) بر می‌گردد.

 

مولتی روتورها

با پیشرفت وسایل پرنده و به وجود آمدن مالتی روتورها این وظیفه (تصویر برداری هوائی) به عهده این دستگاه قرار گرفت. کواد کوپترها و هگزا کوپترها به دلیل داشتن تعادل پروازی بسیار بالا برای این کار مناسب هستند. با موجود شدن فلایت کنترلرها (کنترل‌کننده‌های پرواز) و تحقیقات صورت گرفته بر روی این کنترلرها پرواز با کواد کوپترها بسیار آسان شده.

این وسایل از پرواز هوشمند بهره می‌برند و لذا تصویر برداران می‌توانند با تمرکز بیشتر بر تصویر برداری، تصاویر بهتری را تهیه کنند. همچنین با وجود GPSها پرواز این وسایل به صورت کاملاً امن و هوشمند صورت می‌گیرد.

 کواد کوپترها به تازگی یکی از لوازم سرگرمی و تفریحی به حساب می‌آیند. این تفریح که مخاطب‌های بزرگ‌سال را به خود اختصاص داده‌است، روز به روز رو به گسترش است؛

با پدید آمدن عینک‌های واقعیت مجازی و لینک شدن آن‌ها با دوربین‌های کواد کوپترها، یک نوع از فعالیت را به نام مسابقات کوادکوپترهای FPV (نمایش اول شخص) ایجاد کرده‌است؛ که به نظر در سال‌های آینده به یک رشته ورزشی پر طرفدار تبدیل می‌شود.

نقش کوادکوپتر در مقابله با کرونا

تا قبل از شیوع کرونا شهروندان جهان کمتر نسبت به کاربردهای کوادکوپتر بخصوص در زمینه پزشکی و مقابله با بیماری های همه گیر مثل کرونا آگاهی داشتند. و تنها برداشتی که از هلی شات داشتند برای فیلمبرداری و سرگرمی بود.

اما چگونه این هواپیماهای بدون سرنشین کوچک به بازیگر مهم در مقابله COVID-19 تبدیل شده اند؟

کوادکوپترها قبل از COVID-19 توسط بسیاری از شرکتها در سراسرجهان به روشهای مثبت استفاده شده اند.

از جمله کارهایی مانند فیلمبرداری، کاشت بذر و سمپاشی مزارع، حیات وحش، صنعت، حمل و نقل، بررسی زمینه و کمک در ساخت سازه های مهندسی، و.. دیگر کاربردهای کوادکوپتر هستند. با گذشت زمان شاهد نقش بیشتر این نوع پهپاد ها در زندگی بشر هستیم.

هر چند بسیاری از مردم در سراسر جهان به دید منفی نسبت به آنها نگاه می کنند. چرا که آنها تصور می کنند که هلی شات یک ابزار جاسوسی است. بخصوص در کشورهایی که محدودیت پرواز چندانی وجود ندارد.

اما پس از شیوع همه گیری COVID-19 و استفاده از هلی شات در مبارزه با این بیماری توجه رسانه ها و مردم جهان را به خود جلب کرده است.

تحویل دارو و لوازم پزشکی

سابقه استفاده از کوادکوپتر جهت جابجایی کالا به دوران قبل از حکمرانی COVID-19 بر می گردد. اما استفاده از آن جهت تحویل دارو به مکان های دور دست یا رساندن دارو به بیمارستان آن هم با سرعت بالا سابقه چندان طولانی ندارد. و در دوران کووید -19 این جنبه از کارها پهپاد رونق بیشتری به خود گرفته است.

کمپانی آمریکایی Zipline کار جمع آوری نمونه آزمایش های COVID-19 و نمونه های خون را با استفاده از کوادکوپتر از روستاهای دورافتاده غنا آغاز کرده است. و اخیرا در جریان شیوع کرونا در آمریکا کار خود را برای رساندن ماسک های پزشکی به کارکنان بهداشت و درمان خط مقدم مبارزه با کووید 19 در کارولینای شمالی بطور مستقل شروع کرده است.

 

در انتها

کوادکوپتر صنعت جدیدی هست که سابقه آن کمتر از 10 سال است. و آینده نقش پررنگ تری در زندگی بشر ایفا خواهد کرد. و پهپادهای جدید با قدرت بیشتر، توان پرواز بالاتر، و آپشن های جدیدتر به بازار عرضه می شود. و شاهد سرمایه گذاری های عظیم در این بخش خواهیم بود.

اینکه کواکوپتر یک موجود فضول و جاسوسی هست یا اینکه ابزار مفید و ضروری برای زندگی بشر بحثی است میان مخالفان و علاقمندان به دنیای هلی شات.