مرکز ثقل هواپیما

نویسنده : متین پروانه نژاد شیرازی 

میدانید مرکزثقل هواپیما کجاست و این نقطه در هواپیما چه کاربردی دارد؟در این مقاله به تمام نکاتی که شما پیرامون این نقطه و مبحث باید بدانید می پردازیم.

مرکز ثقل:(Center of gravity)

مرکز تعادل هواپیما است که نقطه اثر کلیه برایند نیروهای وزن هواپیماست که به آن تعادل طولی نیز گفته میشود .

بنابر این تغییر در توزیع  بار روی مرکز ثقل هواپیما اثر میگذارد. محل قرار گرفتن یا گشتاور بار در محاسبه و تعیین مرکز ثقل مهم است.

  اندازه دقیق آنرا میتوان در  محدوده مجاز حرکت type certificate data sheet یافت.

برای اینکه یک هواپیما پرواز ایده آلی داشته باشد باید نقطه جی آن محاسبه گردد .حال اینکه یک هواپیمای مدل بتواند یک پرواز با کیفیت داشته باشد نیازمند این است که به درستی بالانس شده باشد. بالانس مدل باید حول نقطه مرکز ثقل مدل انجام شود و در نقشه ها و مدل های آماده، این نقطه محاسبه شده و در اختیار مخاطبان قرار گرفته است. اما زمانی که شما یک نقشه در اختیار دارید و اطلاعاتی از مرکز ثقل مدل ندارید و یا یک مدل ابداعی طراحی کرده اید و می خواهید مرکز ثقل آن را بیابید چه باید بکنید ؟؟؟در این مقاله به نحوه محاسبه و تعیین مرکز ثقل خواهیم پرداخت . قبل از این که به محاسبات بپردازیم در ابتدا لازم است به تشریح چند اصطلاح آیرودینامیکی در مورد هواپیما پرداخته و سپس با استفاده از این مفاهیم و چند فرمول ساده به نحوه محاسبه مرکز ثقل یک هواپیمای مدل بپردازیم.

یک هواپیما در حال پرواز می تواند توسط خلبان با استفاده از سطوح کنترل آیرودینامیکی الویتور ، سکان یا ایلرون، مانور دهد. همانطور که سطوح کنترل میزان نیرویی را که هر سطح ایجاد می کند تغییر می دهد، هواپیما حول نقطه ای به نام مرکز ثقل می چرخد. مرکز ثقل محل میانگین وزن هواپیما است. جرم (و وزن) در واقع در سرتاسر هواپیما توزیع می شود و برای برخی مشکلات دانستن توزیع آن مهم است. اما برای کل مانور هواپیما، ما باید فقط به وزن کل و مکان مرکز ثقل توجه کنیم.

مهندسان چگونه مکان مرکز ثقل هواپیمایی را که طراحی می کنند تعیین می کنند؟

به طور کلی، تعیین مرکز ثقل یک روش پیچیده است که نیازمند استفاده از حساب دیفرانسیل و انتگرال دارد. فرض می‌کنیم که وزن و مکان هر یک از اجزای اصلی هواپیما (بدنه، دم‌های عمودی و افقی، بال‌ها، موتورها، سوخت، محموله وبار  غیره) را نسبت به مکان مرجع، از قبل می‌دانیم. . وزن کل هواپیما صرفاً مجموع وزن مجزای اجزاء است. از آنجایی که مرکز ثقل یک مکان متوسط ​​وزن است، می توان گفت که وزن کل هواپیما ضربدر مکان مرکز ثقل برابر است با مجموع وزن هر جزء ضربدر فاصله آن جزء از محل مرجع(بیان ساده تر: مرکز ثقل میانگین وزنی مکان های اجزا است.)

برای هر یک از اجزاء، مرکز ثقل میانگین فاصله وزن از یک خط مرجع است. (اگر یک بلوک مستطیل شکل،    X 20 X 10  50داشته باشیم، مرکز ثقل در نقطه (25،10، 5) است.(اما اگر بلوک از نظر چگالی یا شکل غیریکنواخت باشد، باید به تکنیک‌های میانگین‌گیری پیچیده‌تر متوسل شویم. ما  میتوانیم تکنیک مورد بحث در بالا را تعمیم دهیم. اگر مجموعاً "n" اجزای گسسته داشتیم، مرکز ثقل (cg) هواپیما ضربدر وزن (W) هواپیما مجموع وزن فرد (i) وزن جزء ضربدر فاصله از خط مرجع خواهد بود. (wd) با شاخص i از 1 به n. ریاضیدانان از حرف یونانی سیگما برای نشان دادن این جمع استفاده می کنند. (سیگما یک نماد زیگ زاگ است که نام شاخص در زیر نوار پایین، تعداد کل اضافات روی نوار بالا قرار می‌گیرد و متغیری که باید جمع شود در سمت راست سیگما قرار می‌گیرد و هر جزء توسط شاخص مشخص می‌شود. .) بنابراین این معادله می گوید که مرکز ثقل ضربدر مجموع وزن "n" قطعات برابر است با مجموع وزن "n" قطعات ضربدر فاصله آنها. معادله گسسته برای قطعات گسسته "n" کار می کند

محاسبات مربوط به مرکز ثقل هواپیمای مدل

در ادامه معادلات مربوط به محاسبه مرکز ثقل آورده شده است.