1. مقدمه و تاريخچه
 

بال پرنده چيست؟
دو تعريف براي آن وجود دارد:
1- نوعي از هواپيما است که در آن تنها عامل اجاد کننده برا (مثبت يا منفي) بال است.
2- هواپيمايي که کليه پارامتر هاي آيروديناميکي آن در ايرفويل بال خلاصه شده است
بانا به هريک از اين تعاريف بعضي از هوا پيما ها را مي توان بال پرنده به حساب آورد يا رد کرد. به عنوان مثل استفاده از دم عمودي در تعريف دوم غير مجاز است. ما در اين خصوص سخت گيري نخواهيم کرد و بحث در اين باره را براي بزرگان هوافضا ميگذاريم.
بال پرنده پديده چندان جديدي در هوفضا نيست. اولين بال پرنده در سال 1917 ميلادي توسط فردي انگليسي با نام جان دن ساخته شد و پرواز کرد.
از اين تارخ به بعد کماکان از اين پيکر بيکر بندي استفاده شد اما پيشگامان استفاده عملياتي از اين روش آلماني ها هستند. در سال 1937 ميلادي هواپيماي Ho V در اين کشور ساخته شد که نخستن کار جدي در اين ضمينه به حساب مي آيد.
در سال 1944 اولين جت جنگده بال پرنده باز هم توسط آلمان براي شرکت در جنگ جهاني دوم ساخته شد. که قبل از عملياتي شدن آن جنگ به پايان رسيد.
در طول اين مدت آمريکايي ها نيز فعاليت هايي در اين زمنه داشتند. عمده فعاليت آنها توسط فردي به نام جک نورثپ صورت گرفت. او در تحقيقات خود به اين نتيجه رسيد که افزايش بازده هواپيما با کم کردن پساي نا شي از دم با استفاده از پيکر بندي بال پرنده امکان پذير است. در سال 1939 تا 1940 نورثپ هواپيمايي با نام N1-M طراحي کرد که منجر به تکميل و ساخت بمب افکن بال پرنده با نام N-9M براي نيروي دريايي آمريکا شد.
پس از آن هواپيماي XB-35 براي حمله به آلمان از سواحل غربي ايالات متحده در صورت سقوط انگلستان طراحي شد. نخستين نمونه از اين هواپيما در سال 1946 ميلادي تکميل شد. بيشترين وزن برخواست آن 209،000 پوند بود. بر مبناي اين طرح هواپيماي YB-35 با موتور توربوجت ساخته شد. در سال 1950 با پايان جنگ اين پروژه نيز پايان يافت و تا سال 1980 که شروع برنامه ساخت بمب افکن پنهان کار است تلاش قابل ملاحضه اي در اين ضمينه انجام نشد.
XB-35

2. کليات بال پرنده
 

• آيروديناميک
 

مي دانيم که اصلي ترين رکن پرواز ايجاد برا است که توسط بال ايجاد مي شود. پس امکان ساخت هواپيما بدون بال ممکن نيست. از طرفي در هواپيماهاي متعارف 90 تا 110 درصد برا توسط بال توليد مي شود در حالي که حدود 25 درصد کل پسا مربوط به بال است.
بدهي با است صرف نظر از عمل کرد هر يک از اجزاء هواپيما در صورت حذف دوم، بدنه و اجزاء وابسته به آنها بازده هوا پيما افزايش مي يا بد و مسئله پدا کردن راه کاري موثر براي پر کردن خلاء حذف اين اجزاء است.

o ضرب گشتاور و برا
 

مهم ترين پارامترها در طراحي بال پرنده ممان است. به دلايلي که در قسمت پايداري توضيح داده خواهد شد بال در اين نوع از هواپيما بايد گشتاور مثبت ايجاد کند.( در هواپيما هاي معمولي اين گشتاور منفي است) به همين دليل از انحنايي در قسمت انتهاي بال با عنوان Reflex وجود دارد که باعث ايجاد ممان صفر يا مثبت در ايرفويل مي شود. از اثرات ديگر آن کاهش CLα=0 و کاهش CLmax است. البته با کاهش برا در زاويه صفر با مساحت برابر بال زاويه حمله در سرعت سير افزايش مي يابد و باتوجه به اين که بهترين نسبت هاي L/Dmax در زاويه حمله 4 تا 8 درجه ايجاد مي شود نسبت L/D در بال پرنده با عمل کرد مشابه بيشتر است اين مسئله را طراحي هاي حرفه اي به اسباط رسانده است. ماننده BWB به اثبات رسانده است. جدول زير مقايسه BWB را با 747-400 مقايسه مي کند.

o ضريب پسا
 

شايد مهم ترين مزيت بال پرنده کاهش پسا است. که در کارايي نقش عمده اي دارد. در زير به برسي کاهش انواع پسا در بال پرنده مي پردازيم
1. کم شدن پساي اصتکاکي ناشي از کاهش سطح خيس شده تاشي از حذف دم وبدنه. به عنوان نمونه مقايسه C-5 و XB-35 که از نظر کلاس وزني مشابه هستند. در اين مقايسه بال پرنده 33 در صد سطح خيس شده کمتر دارد و Cd min در C-5 برابر با 023/0 و در XB-35 برابر با 012/0 است.
2. کهش پساي تداخل به دليل ناشي از قرار گرفتن اجزاء در طلاتم سير اجزاء
3. در مقابل در سرعت هاي حدود صوت به دليل بيشتر بودن سطح مقطع از روبه رو در هواپيما هاي مشابه پساي موج بيشتر است.
عوامل پائين آمدن بازده را مي توان به شرح زير بر شمرد:
1. افت ناشي از پايداري که در واقع انرژي صرف شده براي پايدار ماندن هواپيما است
2. پايداري و کنترل
مي دانيم که دم در هوا پيما هاي معمولي وظيفه خثي کردن گشتاور بال و در صورت پايدار بودن هواپيما گشتاور ناشي از امال وزن جلوتر از cg را دارد. پس از حذف دم در صورتي که گشتاور بال همچنان مثبت باشد. در صورتي که بخواهيم يک بال پرنده بدون دم پايدار بماند يک از سه روش شناخته شده زير را به کار مي بريم.

1. بال بدون عقيب گراد (plank)
 

در اين سيستم نياز به ايرفويل با ممان مثبت براي پايدري است که منجر به استفاده از ايرفويل با انحناي روبه بالاي زياد در انتهاي ايرفويل دارد. اين روش پايداري زيادي ايجاد نمي کند به همين دليل در ترکيب با ساير روش هاي پايداري مثلا cg پائين تر از Ac به کار مي رود. اين شيوه معمولا در هواپيما هايي با قدرت مانور و سرعت پائين به کار مي رود.

2. عقب گراد (swept wing)
 

در اين روش تقريبا هر نوع اير فويل با استفاده از swept و پيچش twist مناسب قابل استفاده است. اما بري گرفت کارايي مناسب و پساي کمتر بهتر است که از ايرفويل هايي با Cm حدود صفر استفاده شود. اين روش بهترين روش ايجاد پايداري در بال پرنده است ولي در صورتي که دستيابي کارايي بالا مد نظر باشد تاحدودي پيچيده است.

3. بال و مرکز ثقل پائين (parafoil)
 

اين شيوه پيکر بندي بيشتر در مورد چهپاد ها کارد دارد در اين پيکر بندي از ايرفويل با max camber نزديک به لبه حمله استفاده مي شود.
با توجه به گفته هاي فوق نشان مي دهد که بال پرنده ذاتاً پايدار است.
از مزاياي و معايب پايداري بال پرنده مي وتوان به شرح زير نامبرد:
مي توان با کم کردن پايداري استاتيکي Clmax را افزايش داد
يکي از سطوح کنترلي Elevator کم مي شود
از آنجا که اصولا اين سيستم براي هواپيما هاي پايدار به کار نمي رود قدرت مانور آنها بيشتر است

معايب پايداري بال پرنده نيز به شرح زير است:
 

در هنگام باد کنترل هواپيما بدون سيستم کمکي کنترل مشکل است
به دليل داشتن بازوي گشتاور کمتر چرخش حول مهور عرضي به سطوح کنترل بزرگتري نياز دارد
به دليل خلاصه شدن کنترل دو سطح کنترلي در يک سطح Elevon هدايت هواپيما پيچيده تر خواهد شد.
باز گشت غير متعارف از اسپين
بازگشت سخت از لغزش در پرواز غير معمول
البته با انتخاب سيستم کنترل مناسب و طراح صحيح بسياري از معايب فوق قابل کنترل است.

• سازه
 

خصوص سازه مي توان گفت که به طور قطع در حالت کلي بال پرنده مزياي بسياري نسبت به ساير پيکر بندي ها دارد. اين مزايا در طرح هاي حرفه اي مانند BWB به اثبات رسيده است.در BWB تنها بدنه از بوئنگ 747-400 سنگين تر و در مجموع وزن کل 11 درصد از آن سبکتر بود. علت افزايش وزن بدنه نيز تنها به دليل سيستم تنظيم فشار کابين مسافر بوده است. در زير تعدادي از آنهارا شرح خواهيم داد:
1. پناي بيشتر spar به دليل داشتن ايرفيل بلند تر و ضخيم تر
2. راحتي ساخت نمونه واحد
3. توضع وزن داخلي مناسب تر
4. داشتن محفظه بار عريض تر
5. کمتر بودن اتصالات 90 درجه که نيار به تقويت بيشتر دارند
6. سبکتر بودن به دليل حذف دم افقي

• برسي وزن و مسائل ساخت
 

در اين مدل از هواپيما به دليل داشتن سازه ساده تر وحذف دم افقي سازه هواپيما تحدودي سبکتر شده است. از طرف ديگر به دليل کم شدن تعداد قطعات در طرح هاي مشابه هزينه و زمان کمتري براي ساخت صرف مي شود. ولي در هواپيما هاي مسافر بري به دليل سيستم حفظ فشار کابين و پهن بودن کابين اين پرنده ها مشکلاتي را ايجاد مي کند.

• پيشرانه
 

پيشران به دليل بازده بالاتر آيروديناميکي سبکتر و کم قدرت تر شده است. البته بال پرنده موتور عقب در صورت عدم نصب صحيح موتور مشکلاتي در پايداري عرضي ايجاد خواهد کرد. ولي به دليل قرار گرفتن موتور در انتها جريان آشفته آن روي هواپيما اثر نمي کند
منبع:http://ehsan1361.persianblog.com/
ارسالي از طرف کاربر محترم : sabamm
/ج