پوششهای سطح و کاهش پسا
![پوششهای سطح و کاهش پسا](https://static1.cann.ir/thumbnail/573wI7eyOYo6/D4BFRWSvV9u4wkOuTvdYjKXhfIaDk6zEXPrSHk5cwhEaWBb4oa6Zl6xWbNDCGEdjhzfMj_kMve5kBBI0do1YasWEhfV23Y1yDnUy9nPQcgfMQT6QOJ9uKQ,,/22.jpg)
هزینه سوخت به راحتی بیشترین هزینه عملیاتی شدن هواپیماها است. بنابراین، با افزایش قیمت سوخت شرکتهای هواپیمایی به دنبال راههای جدیدی برای کاهش مصرف سوخت خواهند بود.
بویینگ برای بهبود عملکرد هواپیماهای تجاری خود، منابع قابل توجهی برای پیشرفت در زمینه پسای آیرودینامیکی، وزن و راندمان موتور سرمایهگذاری کرده است. همانطور که اشاره شد، یکی از عوامل مهم بر عملکرد هواپیماها کاهش نیروی پسا میباشد. بیشتر مشخصههای پسای هواپیما در طول طراحی اولیه تنظیم شده که مشخصههای اصلی تاثیرگذار بر آن را میتوان دهانه کل بال، شکل آیرودینامیکی و جزئیات متعدد دیگری در طراحی دانست. پس از طراحی اولیه، پسای آیرودینامیکی هنوز هم میتواند بهبود یابد؛ به عنوان مثال، دهانه دو سر بال را میتوان افزایش داد و یا میتوان بالچه (Winglet) را برای کاهش پسا به بال اضافه کرد. همچنین سطوح با برجستگیهای به اندازه کافی کوچک که باعث تولید پسا میشوند را نیز میتوان از طریق طراحی دقیق و مناسب و یا از طریق درزگیری بهتر در اطراف سطوح متحرک مانند دربهای ارابه فرود، سطوح کنترلی و حتی شاید از طریق پاکسازی سطوح کاهش داد. به تازگی میتوان پوششهای اعمال شده در سطح خارجی هواپیماها را دید که باعث محافظت از پوسته، افزایش عمر رنگ و همچنین کاهش پسای اصطکاکی میشوند. این مقاله دانش فنی خاصی را به اپراتورها میدهد تا به آنها در ارزیابی کیفیت پوششهای سطح برای کاهش پسای زبری کمک کند و همچنین روشهای دیگری را که بویینگ برای کاهش مصرف سوخت توصیه میکند، به طور خلاصه بیان میکند.
فیزیک جریان هوا به منظور کاهش پسای ناشی از زبری
در پاسخ به سوالات بیشماری که توسط مشتریان بویینگ در مورد اثربخشی پوششهای سطح برای کاهش پسا مطرح شده، این شرکت برخی از توضیحات مربوط به فیزیک جریان هوا را بررسی کرده است. توضیحات مطرح شده توسط واحد آیرودینامیک بویینگ شامل موارد زیر است:
* افزایش نواحی جریان آرام با کاهش زبری سطح
* کاهش زبری سطح و در نتیجه کاهش پسای اصطکاکی در زمانی که جریان آشفته است
* کاهش چسبندگی و یا چسبندگی حشرات منجر به کاهش زبری شده و در نتیجه کاهش پسای اصطکاک را به همراه دارد
بویینگ این توضیحات را به طور کامل مورد بررسی قرار داده است تا مشخص کند آیا روشهایی از قبیل پوششهای سطحی میتوانند نیروی پسا را کاهش دهند یا خیر.
جریان آرام
اولین مکانیزمی که منجر به کاهش پسای اصطکاکی به دلیل پوشش سطح میشود، تقویت جریان آرام است. جریان آرام به وضعیت لایه مرزی (یعنی لایه نازک هوا در کنار پوسته هواپیما که اثر اصطکاک در آن مشاهده میشود) اشاره دارد. به طور معمول، لایههای مرزی در هواپیماهای تجاری بزرگ تقریبا آشفته هستند، به این معنی که جریان هوا در لایه مرزی توسط گردابههایی و به شکل جریان نامنظم مشخص میشود. در این لایههای مرزی جریان آرام با جریان منظمتر مشخص شده و در این ناحیه پسای اصطکاکی به میزان قابل توجهی کمتر میباشد.
روی بدنه هواپیماهای تجاری بویینگ مناطق قابل توجهی از جریان آرام وجود ندارد، بجز بویینگ 787 که طراحی متفاوتی در این زمینه نسبت به مدلهای قبل از خودش دارد. همچنین ممکن است نواحی بسیار محدودی از جریان آرام در نزدیکی لبههای اصلی بالها وجود داشته باشد، به خصوص در بالهایی با زاویه Swipe کمتر (مایل بودن بال به جلو یا عقب) که نمونهای از این استدلال در بویینگ 737 و 757 مشاهده میشود. بینظمیهای سطح نیز میتواند باعث شود لایه مرزی از یک جریان آرام به جریان آشفته در مسافت کمتری در طول سطح عبوری شکل بگیرد تا آنکه با یک سطح صافتر قابل دستیابی باشد. پوششهای سطح ممکن است بینظمیهای محلی را کاهش داده و مسافت تبدیل جریان از آرام به آشفته را گسترش دهد، از این رو میتوان نتیجه گرفت که پوشش مناسب سطح باعث کاهش درگ میشود. با این حال، مساحت کل که میتواند از چنین پیشرفتهایی بهرهمند شود، بسیار ناچیز است و محاسبات ساده نشان دادهاند که افزایش اندک در میزان جریان آرام منجر به کاهش قابل توجهی در پسا نمیشود.
زبری سطح
زبری سطح یکی از مولفههایی است که به نیروی پسا کمک میکند. مطالعات بویینگ و دادههای آزمایشگاهی نشان میدهد که زبری سطح به طور معمول کمتر از 1 درصد از کل پساهای هواپیما را تشکیل میدهد. این مطالعات شامل الزامات طراحی برای زبری سطح، تاثیر انواع مختلف سطح بر زبری سطح و آزمایش تونل باد نمونه سطح خاص است. در نتیجه این مطالعات، بویینگ نتیجه گرفته است که پوستههای تمام شده در هواپیماهای تجاری بویینگ از جنس آلومینیوم و کامپوزیت از دیدگاه صافی قابل قبول هستند. میزان زبری این نوع پوستهها در هواپیماهای بویینگ معمولا کمتر از 400 میکرو اینچ است. در نتیجه، میتوان پسای ناشی از زبری را بسیار کمتر از اصطکاک پوسته تحت تغییرات جریان و آشفته شدن آن در لایه مرزی ارزیابی کرد.
کاهش چسبندگی سطح
با یک پیشرفت معمولی در نوع پوششهای سطح، چرخه شستشو این پوششها در هواپیماهای تجاری از 60 روز به 240 روز تغییر یافته است. با شستشو مناسب سطوح که حشرات و حفرات ناشی از چسبندگی را از بین میبرد، میتوان انتظار کاهش پسا را داشت. بویینگ معتقد است که کاهش چسبندگی سطح با شواهد قابل توجه آن، یک مکانیزم مناسب برای کاهش این نیرو است.
مزایای شستشو هواپیما
مایعات (به عنوان مثال مایع هیدرولیک، روغن، سوخت) که بر روی سطوح خارجی یک هواپیما نشت میکند بستر مناسبی برای ایجاد آلودگی توسط خاک، گرد و غبار و سایر ذرات موجود در هوا فراهم میکند. بقایای حشرات به خصوص در نزدیکی لبههای بال نیز منابع رایج آلودگی هستند. همچنین میتوان به شاخههای موتور، بدنه تحتانی و سطح زیرین بال (به ویژه سطوح پایین برا افزا(Flap)) اشاره کرد که بیشترین آلودگی را دارند و باعث زبری سطح و به طور کلی افزایش پسا میشوند.
در جدول زیر میتوان میزان مصرف سوخت در یک هواپیمای بدون شستشو بر اساس طول ماموریتش را مشاهده کرد. (به تعداد پروازها در سال توجه داشته باشید تا به اهمیت شستشوی سطوح هواپیما بیشتر پی ببرید.) این نکته نیز شایان ذکر است که اگر یک هواپیما سطح بیشتری از ناهمواری سطح و یا درصد بیشتری از مساحت سطح آلوده را دارا باشد، ممکن است تاوان بیشتری در مصرف سوخت از آنچه در اینجا نشان داده شده است، بپردازد. در نتیجه، یکی از سادهترین و پرهزینهترین اقداماتی که یک شرکت هواپیمایی میتواند برای صرفهجویی در هزینه سوخت انجام دهد، حفظ تمیزی سطوح هواپیماها است. شستشوی دورهای سطوح خارجی هواپیما همچنین به حداقل رساندن خوردگی و آسیب رساندن به فلزات، کمک در یافتن نشتی و آسیبهای محلی باعث تقویت سیستم کاهش مصرف سوخت شده و همچنین زیبایی هواپیما به وسیله شستشو نیز باعث می شود تصویر هواپیمایی بهتر برای عموم مردم ساخته شود.
توصیهها
تحقیقات بویینگ نشان داده که استفاده از پوششها برای سطح خارجی باید بر اساس خاصیت محافظت از سطح و نظافت هواپیما باشد تا در کنار آنها به کاهش پسا کمک کند. زیرا برای کاهش نیروی پسا هیچ توضیح مهندسی قابل قبول بیش از تقریبا 1/0 درصد وجود ندارد. دادههای تونل بادی بویینگ نیز نشان میدهند که سطح نهایی هواپیماهای تجاری بویینگ به میزان قابل قبولی صاف و به این معنی که صافی بیشتر سطح منجر به کاهش نیروی پسا نخواهد شد. موثرترین وسیله جلوگیری از پسا در حین عملیات هواپیما، درزگیریهای مناسب، مناسب بودن سطوح با یکدیگر از جمله سطوح متحرک (یعنی دربها، سطوح کنترلی و ...) است. بهعلاوه، مدیریت دقیق بارگیری هواپیما برای به حداقل رساندن Trim نیز میتواند راهی موثر برای کاهش مصرف سوخت باشد.
ارسال نظر