عنوان :مقاله پرواز بدون موتور

فهرست :
خلاصه
مقدمه
انواع بال زدن
خصوصیات اندام شناسی و آئرودینامیکی شاهینهای ایده‏آل
شکل و نیروهای آیرودینامیکی و گرانشی
نمودارهای قطبی کارآیی و سرعت
مدل ریاضی پرواز تعادلی و دو نوع از پرواز غیر تعادلی
پرواز تعادلی در حداکثر کارایی
سرخوردن غیر تعادلی
اوج گیری پس از شیرجه
خصوصیات مرتبط با جرم شاهینهای ایده‏آل
ویژگیهای شیرجه در شاهینهای ایده‏آل
اثر وزن بدن
اثر زاویه شیرجه
اوج گیری پس از شیرجه
کنترل سرعت بهنگام شیرجه زدن
مزایا و معایب سرعتهای بالا
سایر مدلها برای پرواز تعادلی
پرواز با شیرجه سرعت بالا در شاهینها

پرواز بدون موتور:
سرعت و شتاب شاهين هاي ايده‏آل بهنگام شيرجه زدن و اوج گرفتن.
خلاصه:
برخي از شاهين ها همانند بازها (Falco Peregrinus) در هوا و با حداكثر سرعت شيرجه به شكار خود حمله مي‏كنند. و تصور مي‏شود كه آنها سريعترين حيوانات هستند. حداكثر سرعت آنها بهنگام شيرجه در حدود 157 متر بر ثانيه اندازه گيري شده است، البته سرعت به اين بالايي به دقت اندازه گيري نشده است. در اين بخش تاثير نيروهاي آتروديناميكي و جاذبه اي (گرانشي) را برروي شاهينهاي ايده‏آل مورد بررسي قرار داده و براي محاسبه سرعت و شتاب حين شيرجه زدن از مدلهاي رياضي استفاده مي كنيم. شاهين ايده‏آل (مدل) داراي جرمي معادل 5/0 تا 2 كيلوگرم هستند از نظر خصوصيات اندام شناسي در آنروديناميكي مشابه شاهين هاي واقعي هستند.
حداكثر سرعت شيرجه زدن بستگي به وزن پرنده و زاويه و مدت شيرجه دارد. در زمان مناسب شاهينهاي ايده‏آل مي توانند در يك شيرجه قائم به حداكثر سرعتي بين 89 تا 117 متر برثانيه برسند، در صورتيكه ضريب مقاومت هوا را 18/0 فرض كنيم پرنده‏هاي سنگينتر مي توانند به سرعتهاي بالاتري نيز برسند. اين مقادير در پروازهاي با سرعت كم اندازه‏گيري شده است در پروازي با سرعت بالاتر مي توان اين مقدار را تا 07/0 كاهش داد. در اينحالت حداكثر سرعت بين 138 تا 174 متر بر ثانيه خواهد بود. در يك شاهين ايده‏آل به وزن يك كيلوگرم كه با زاويه بين 15 تا 90 درجه شيرجه مي‏زند بعد از حدود 1200 متر به 95% حداكثر سرعت خود مي‏رسد. مقدار زمان سپري شده و افت ارتفاع براي رسيدن به 95% حداكثر سرعت در رنجي بين 38 ثانيه و 322 متر در زاويه 15 درجه تا 16 ثانيه و 1140 متر در زاويه 90 درجه قرار دارد.
بهنگام اوج گرفتن مجدد پس از يك شيرجه قائم و در حداكثر سرعت، يك شاهين ايده‏آل با وزن يك كيلوگرم با تغيير فاصله بالهاي خود مي تواند نيروي بالا برنده‏اي تا 18 برابر وزن خود ايجاد كند در حاليكه نيروي بالا برنده در هنگامي كه بال، كاملاً باز است 7/1 وزن بدن مي باشد.
شاهين هنگام اوج گرفتن پس از يك شيرجه 60 متر از ارتفاع خود را از دست مي‏دهند با كاهش زاويه شيرجه مقدار افت و افزايش ارتفاع نيز كاهش پيدا مي كنند. يك شاهين يك كيلوگرمي مي تواند با افزايش مقاومت هوا و زاويه بالهاي خود سرعت شيرجه زدن را كاهش دهد. هم نيروي بالابرنده و هم نيروي مقاومت هوا را مي‏‏توان با زاويه حمله افزايش داد ولي شاهين مي تواند نيروي بالا برنده را با نگه داشتن بالهاي خود به شكل يك گودال (يا فنجان) افزايش دهد بنحوي كه بخشي از اين نيرو از بغل وارد شود. فشار هواي افزايش يافته توسط بالها مي‏تواند حداكثر نيروي بالا برنده را ايجاد كند. اين نيرو آنقدر بزرگ است كه شاهين مي تواند در يك شيرجه با زاويه 45 درجه سرعت 41 متر بر ثانيه (نصف حداكثر سرعت) با شتابي معادل 5/1- برابر شتاب جاذبه از سرعت خود كم كند.
شاهينهاي واقعي مي‏توانند با تغيير در بالها و انتخاب طول شيرجه سرعت خودشان را كنترل كنند. با استفاده از شيرجه شاهينهاي ايده‏آل در سرعتهاي بالا مي توان به مزايا و معايب آن در شاهينهاي واقعي پي برد همچنين مي توان نحوه حفظ اين سرعتها را نيز بررسي نمود.

انواع بال زدن:
پرندگاني كه بال نمي زنند با توجه به سرعت خود بالهايشان را در فاصله‏اي متغيرا: بدنشان نگه مي‏دارند. در سرعتهاي كم آنها بالهايشان را كاملاً باز مي‏كنند. و بتدريج با افزايش سرعت بالهايشان را جمع‏تر مي كنند. در سرازيريها و شيرجه هاي سريع آنها ممكن است تا آنجا كه امكان دارد بالهايشان را به بدنشان نزديك كنند حتي تا نزديكي نشينگاهشان. (شكل1) در تحقيق فعلي از فاصله بالها جهت تشخيص شيرجه از دو نوع ديگر پرواز يعني اوج گرفتن و تغيير جهت استفاده شده است. اوج گرفتن اغلب به پروسه‏اي اطلاق مي‏شود كه پرنده در آن وضعيت ارتفاع خود را ثابت نگه داشته يا با پرواز در هوا و حركت در به سمت بالا يا شتاب گرفتن ارتفاع خود را افزايش مي‏دهد. در اصطلاح ارنيتولوژي (پرنده شناسي) اين واژه بيانگر حالتي است كه در آن پرنده با حداكثر فاصله بين بالها و دم كاملاً كشيده در حال پرواز است. مثلاً پرندگاني كه كمتر بال مي‏زنند اغلب اين ارتفاع با چرخاندن بالهايشان در 90 درصد يا 100 درصد فاصله بالها بدست مي آورند.
براي بدست آوردن چنين فاصله‏اي آنها بالهايشان را به جلو حركت داده و دمشان را از هم باز مي‏كنند تا اثر اوج گيري لحظه اي را خنثي كنند. اين رفتار را مي‏توان در پرندگاني كه كمتر بال مي زنند در طبيعت مشاهده كرد. وتوكر (1992) اين مطلب را در يك تونل باد روي يك شاهين Marris مورد بررسي قرار داد. از نظر پرنده شناسي در سرعتهاي بالاتر از حد اوج گيري دم جمع مي شود در يك محدوده‏اي از سرعت يك پرنده مي تواند در امتداد يك مسير با حداقل زاويه نسبت به افق كج شود. خم بالها و فاصله بالها در بالاترين سرعت اين محدوده تقريباً به ميزان 70% ماكزيمم آن كاهش مي‏يابد. در اين حالت پرنده از حالت «Flexgliding» است. پرندگان شكارچي عمدتاً پس از رسيدن به ارتفاع خاص و در يك سرعت بالا شروع به سرخوردن مي كنند.
پرندگان مي‏توانند با شيب دادن به زاويه حركت و خم كردن بالهايشان سريعتر نيز سر بخورند. دقيقاً همانند زماني كه شيرجه مي‏زنند. بعنوان يك قرار داد كه نشان دهنده شيرجه زدن است من توضيح مي‏دهم كه پرنده‏اي در حال شيرجه است كه فاصله بالهايش كمتر از 70 درصد حداكثر فاصله بالهايش است و مسير سرخوردن آن نيز مستقيم است. پرنده اي كه در حال شيرجه زدن است، نيز يك شيرجه‏زن نيست زيرا عليرغم اينكه فاصله بالهايش كمتر از 70% حداكثر است مسير پرواز آن مستقيم است.
خصوصيات اندام شناسي و آئروديناميكي شاهينهاي ايده‏آل:
شاهين هاي ايده‏آل (يا به اختصار «شاهينها» كه با شاهين هاي واقعي متفاوت هستند) داراي جرم m هستند و از دو طرف متقارن هستند. آنها داراي محور بلندي هستند كه از راس نوك شروع و راس دم ادامه داشته و پرونده نسبت به اين محور تقارن دارد. برشهاي عمود بر محور مدل يك شاهين باعث ايجاد مناطق مختلفي مي شود كه از نظر سطح با هم متفاوت هستند. منطقه‏اي كه در برش عرضي داراي حداكثر مساحت است (بجز بالها) Sb نام دارد. و مساحت منطقه‏اي از برش عرضي كه داراي حداكثر مساحت است (شامل بالها) فاصله بالها نام دارد رباط نشان مي‏دهند. يك  شاهين كه داراي جرم معيني است داراي Sb ثابتي است اما مي‏تواند فاصله بالهايش را بين مقدار حداقل و حداكثر تنظيم كند (bman , bmin). از آنجائيكه فاصله بالها متفاوت است مساحت بالها (SW) نيز بين مقدار حداقل و حداكثر (Swmin , Swmax) تغيير مي كند. SW منطقه اي از بالها است كه عمود بر محور تقارن بوده و داراي محور طولاني است. مساحت بال شامل مساحتي از بدن پرنده است كه بين بالها قرار دارد.
بعنوان يك استثناء بالهاي شاهينها دو سطحي نمي باشد خطوط قوسي بالها در منطقه بالها بدن را به دو قسمت تقسيم مي كنند. يك خط تومي، خطي است بر اثر برشي در امتداد محور تقارن بدن در بالها ايجاد شده و دو لبه بال را بهم وصل مي كنند. خط تومي باتوجه به فاصله بالها متفاوت است.ولي طول متوسط توس است كه برابر است با:
C = Swmax / bmax  (1)
حالت استثنا همانند شاهينهاي واقعي در شاهينهاي ايده‏آل وجود دارد (شكل 1) كه ممكن است بالهايشان را در اطراف بدنشان به شكل يك فنجان جمع كنند. (شكل6). سطح زيرين بالهاي فنجاني شده در امتداد بدن است هنگام فرود آمدن ولي فضاي خالي آن بين بالها و بدن قرار دارد. در مقاله حاضر به بالهاي فنجاني شده تنها در بخش كنترل سرعت شيرجه اشاره مي‏كنند.
 

• تاثیر شخصیت پدر ومادر بر فرزندان
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس معادلات دیفرانسیل نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس روش های محاسبات عددی,محاسبات عددی نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس ریاضی عمومی 1 نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس ریاضی 2,ریاضی عمومی 2,ریاضی کاربردی 1 نيمسال اول 93-92
• دانلود رايگان نمونه سوالات پيام نور درس شیمی عمومی 1,شیمی1 نيمسال اول 93-92