پاراگلایدر چگونه پرواز می کند؟

برای اینکه بتوانیم درک کنیم که یک پاراگلایدر چگونه به پرواز در می آید ابتدا لازم است تا برخی مفاهیم و تعاریف را با یکدیگر بررسی و تفسیر کنیم.

این مبحث جزو سیلابس دوره آموزش مبتدی پاراگلایدر می باشد

قانون برنولی :

برنولی یک دانشمند سوئیسی بود که دریافت در سیالات یکنواخت سرعت با فشار نسبت عکس دارد. یعنی وقتی سرعت زیاد می شود فشار کم می شود و بلعکس.

معادله برنولی در زیر آورده شده است که در آن :

P : فشار

ρ : چگالی

V : سرعت

ϒ : وزن مخصوص که حاصلضرب چگالی در شتاب گرانش g است.

Z : ارتفاع

در بحث پرواز با پاراگلایدر منظور از یکنواختی، سرعت و جهت یکسان هواست.

در پرواز با پاراگلایدر فشار تابع سرعت است. یعنی اول سرعت تغییر میکند و بعد فشار کم و زیاد می شود.

سیال :

سیال به معنی در جریان و بسیار روان است و در مورد هر ماده‌ای که قابلیت جاری شدن داشته باشد، اعمال می‌شود. سیال را ماده‌ای تعریف می‌کنیم که وقتی تنش برشی هر چند کوچک وجود داشته باشد، شکل آن بطور پیوسته تغییر کند. سیالات دارای حالتهای تراکم‌پذیر و تراکم‌ناپذیر می‌باشند که حرکتشان وابسته به چگالیشان می‌باشد.

آزمایش ونتوری :

ونتوری دانشمند ایتالیایی در آزمایشات خود اثر قانون برنولی را نمایش داد. وی با استفاده از یک لوله که دارای تنگ شدگی در قسمت میانی بود جریان آب یکنواختی را عبور دارد. و متوجه شد در قسمت قطور فشار آب زیاد و در قسمت تنگ تر فشار کم است و از آنجایی که جریان ورودی و خروجی از لوله یکسان بود طبق قانون پیوستگی مشخص است که در قسمت تنگ شدگی جریان با سرعت بیشتری حرکت میکند.

این پدیده در طبیعت و محیط پرواز نیز وجود دارد.

در طبیعت در ناحیه نزدیک به قله سرعت باد به علت همگرا شدن جریان باد و تشکیل یک ونتوری نامرئی بیشتر است. این پدیده در پرواز با با پاراگلایدر باعث ارتفاع گرفتن بدون پیشروی و گاها حرکت به عقب تا حد معین و سپس پیشروی در پاراگلایدر بعد از ارتفاع معین می شود.

در تنگ شدگی دره ها و همچنین در مناطقی که دو ساختمان یا سازه در کنار یکدیگر واقع شده باشند نیز این اثر به وجود می آید و سرعت جریان باد در مقطع تنگ شده افزایش می باید.

تعریف ایرفویل :

شکلی است که وقتی جریان هوا از سطوح آن می گذرد می تواند نیروهای آیرودینامیک را ایجاد کند و روی آن تاثیر بگذارد و کمترین مقاومت را نسبت به اشکال دیگر در مقابل جریان هوا داشته باشد.

آیرودینامیک : علم مطالعه حرکت اجسام در هوا

همانطور که مشاهده میکنید ایرفویل ها انواع مختلفی دارند و در هر وسیله با توجه به فاکتورهای طراحی از نوع مناسب آن استفاده می شود.

اجزای اصلی ایرفویل :

شامل لبه حمله یا Leading edge ، لبه فرار یا  Trailing edge ، سطح بالایی یا upper surface و سطح پایینی یا Lower surface می باشد.

Chord line : بلند ترین خط فرضی مستقیمی است که لبه حمله را به لبه فرار وصل می کند.

Air flow : جریان هوایی است که از سطح بال عبور می کند.

ایرفویل ها به دو دسته کلی متقارن و نا متقارن تقسیم بندی می شوند. ایرفویل های متقارن نسبت به محور مرکزی متفارن هستند. مانند بالن و موشک. ولی ایرفویل های نامتقارن نسبت به محور مرکزی متقارن نمی باشند. مانند ایرفویل های نمایش داده شده در پایین.

نیروهای آیرودینامیک وارد بر ایرفویل بر روی سطح زمین :

1- اولین نیرویی که به ایرفویل وارد می شود نیروی وزن است که آن را weight می نامیم که در اثر نیروی جاذبه زمین ایجاد می شود و همواره رو به پایین است.
2- دومین نیرو نیروی پیشرانه است که که به آن Thrust می گوییم. هدف از نیروی تراست به وجود آوردن باد مخالف است. در پاراگلایدر نیروی تراست به وسیله دویدن خلبان یا وینچ ایجاد می شود و در وسایل موتوری به وسیله نیروی موتور این نیرو به سمت جلو ایجاد می گردد.
3- سومین نیرو نیرویی مقاومتی به نام پسا یا Drag است که همواره مخالف جهت حرکت وسیله می باشد.
4- آخرین نیروی ایجاد شده نیروی برا یا Lift می باشد که به واسطه قانون برنولی و قانون سوم نیوتن به وجود می آید.

تطابق قانون برنولی بر روی ایرفویل :

دو مولکول هوا را در نظر بگیرید که دو سطح بالا و پایین یک ایرفویل و به طور همزمان از لبه حمله به سمت لبه فرار در حال حرکت هستند. به دلیل خاصیت واگرایی و همگرایی سیالات که باعث می شود مولکول های هوا در قسمت لبه حمله از یکدیگر جدا شده و در زمان یکسان مجددا به یکدیگر بپیوندند

با توجه به شکل ایرفویل مولکول آبی رنگ مسیر بیشتری را برای رسیدن به لبه فرار نسبت به مولکول قرمز رنگ طی  میکند. بنابراین برای اینکه این دو مولکول بتوانند همزمان به یکدیگر برسند نیاز است تا مولکول آبی رنگ به سرعت بیشتری این مسیر را طی نماید.

طبق قانون برنولی سرعت با فشار رابطه عکس دارد. یعنی به ازای افزایش سرعت فشار کاهس می یابد. بنابراین فشار در سطح زیرین ایرفویل نسبت به سطح فوقانی افزایش می یابد که سبب پدید آمدن نیروی لیفت می گردد.

علت زیاد شدن سرعت باد در روی لایه فوقانی به وجود آمدن یک ونتوری (تنگ شدگی) نامرئی است که سبب زیاد شدن سرعت باد می شود. ایرفویل نامتقارن اختلاف سرعت و فشار را به وجود می آورد.

قانون سوم نیوتن :

بر طبق این قانون برای هر عملی عکس العملی است برابر با آن و در جهت مخالف.

حال در نظر  بگیرید که مولکولهای هوا از سمت پایین به ایرفویل برخورد میکنند و طبق قانون سوم نیوتن به همان اندازه نیرویی را به ایرفویل وارد می نمایند. که سبب  ایجاد نیروی لیفت می گردد. همانند سنگ جهنده بر روی آب

دو سوم نیروی لیفت در اثر اختلاف سرعت و فشار بنابر قانون برنولی روی سطح فوقانی به وجود می آید.

یک سوم نیروی لیفت به خاطر قانون سوم نیوتن در سطح پایینی به وجود می آید. دلیل از بین رفتن دو سوم باقیمانده از این نیرو هرز رفتن این نیرو از طرفین ایرفویل به دلیل خاصیت واگرایی سیالات می باشد.

در شکل زیر توزیع نیروی فشار حاصل از قانون برنولی را بر روی سطح ایرفویل می بینید.

گلایدر ها به وسیله انرژی پتانسیل و نیروی وزن پرواز میکنند. دقت کنید که انرژی با نیرو فرق دارد.

انرژی : دخیره شده در یک جسم است

نیرو : بردار است و سمت و سو دارد

انرژی پتانسیل :  E = mgh

انرژی پتانسیل انرژی مکانیکی ذخیره شده در یک جسم را گویند که به 3 عامل بستگی دارد.

• ارتفاع که واحد آن بر حسب متر سنجیده می شود.
• جرم که واحد آن بر حسب کیلوگرم سنجیده می شود
• جاذبه که واحد آن بر حسب متر بر مجذور ثانیه (m/s2) و همچنین نیوتن بر کیلوگرم (N/Kg) سنجیده می شود. مقدار تقریبی این کمیت 9/81 متر بر مجذور ثانیه است.

سوخت یک پاراگلایدر انرژی پتانسیل است. همین که پای ما از زمین جدا شود نیروی وزن جایگزین نیروی تراست می شود. شکل زیر نیروهای آیرودینامیک وارد بر یک ایرفویل در حال پرواز را نمایش می دهد.

نکاتی که از شکل فوق استنباط می شود شامل موارد زیر است :

• نیروی Drag همواره در راستای flypath و خلاف جهت حرکت آن است.
• Air speed و Relative wind در راستای flypath و در خلاف جهت یکدیگر هستند.
• نیروی Drag همواره بر نیروی Lift عمود است.
• R.F.A (مجموع نیروهای آیرودینامیک) برآیند نیروی Lift و drag می باشد.
• نیروی وزن همواره به سمت پایین می باشد.

برای مشاهده دوره های آموزش پاراگلایدر روی لینک زیر کلیک کنید