ایرفویل چیست؟

ایرفویل جهت طراحی و استفاده در تجهیزاتی مانند هلیکوپتر هواپیما توربین بادی و غیره استفاده می‌گردد. از حساس‌ترین طراحی‌ها در آیرودینامیک قطعات و تجهیزات مکانیکی ایرفویل می‌باشد.

ایرفویل یک شکل کشیده ی دراز و باریک به شکل ماهی است که جلوی آن گرد و عقب آن با زاویه کمی شکل مخروط دارد. ایرفویل در مقطع عرضی یک جسم شکل داده شده طراحی می گردد. ساده ترین مثال از یک ایرفویل یک بال هواپیماست.

گروه فنی مهندسی آدر صنعت در این آموزش “ایرفویل چیست؟” می پردازد و همچنین می توانید فیلم آموزشی شبیه سازی جریان هوا روی ایرفویل را همچنین جهت مشاهده فیلم آموزشی شبیه سازی جریان روی ایرفویل با استاندارد NACA را در نرم افزار انسیس 2020 مشاهده بفرمائید و جهت مشاهده مقاله هایی پیرامون ایرفویل به مقاله ISI درج شده مراجعه بفرمائید. شکل زیر نشان دهنده انواع ایرفویل ها را نشان می دهد.

نیروی لیفت و درگ ایرفویل چیست؟

هواپیماها به دلیل نیروی لیفت توسط ایرفویل ها قادر به پرواز هستند. نیروی لیفت ایرفویل، با ایجاد ورتکس هایی از جریان هوا تولید می شود. جریان هوای ورودی و ایرفویل منجر به لیفت می شود. ساختار ساده یک ایرفویل در ایجاد این بالابر مهم است. ایرفویل مقطعی است با سطح منحنی که مطلوب ترین نیرو بین لیفت و درگ در پرواز را به آن می دهد. نیروی لیفت مولفه ای است که نیرو بر جهت حرکت عمود می باشد، و نیروی درگ موازی جهت حرکت است.

این قطعه جهت تولید نیروی بالابرنده و نیروی پیشران جهت تولید نیروی lift, drag استفاده می‌گردد.ایده مشابهی در طراحی هیدروفویل‌ها استفاده می‌شود. ایرفویل ها بالابر بسیار کارآمدی نسبت به سطوح مسطح هستند، زیرا نسبت به صفحات مسطح با اندازه یکسان، با درگ کمتری، بالابری بیشتری ایجاد می‌کنند

یک ایرفویل با اعمال نیروی رو به پایین بر روی هوا در حین عبور از آن نیرویی لیفت ایجاد می کند. طبق قانون سوم نیوتن، هوا باید نیرویی برابر و مخالف روی سطح ایرفویل وارد کند. جریان هوا هنگام عبور از ایرفویل تغییر جهت می دهد و مسیری را دنبال می کند که به سمت پایین خمیده است.ایرفویل ها در هواپیما، ملخ ها، پره های روتور، توربین های بادی و دیگر کاربردهای مهندسی هوانوردی استفاده می شوند.

انواع ایرفویل چیست؟

• متقارن دارای سطوح بالایی و پایینی یکسانی هستند به طوری که وتر با خط میانی یکسان هستند و در زاویه حمله صفر هیچ نیروی بالابرنده ای تولید نمی کنند این گونه پره‌ها در پره‌های هلیکوپتر سبک و در پره‌های روتور کاربرد دارند
• ایرفویل‌های نامتقارن زمانی که خط وتر با انحنای زیاد در بالا قرار می‌گیرد اینگونه ایرفویل ها حتی در زاویه حمله صفر نیروی بالابرنده خوبی تولید می‌کنند.

در هواپیماها نیروی لیفت نیرویی است که با مخالف جهت وزن هواپیما است و در اثر حرکت به جلو ایجاد می شود. هنگامی که هوا ازروی بال ها عبور می کند، جریان هوا از بین بالا و پایین بال تقسیم شود. سطح منحنی و زاویه رو به بالای بال باعث افزایش هوای جاری در زیر بال می شود که به سمت پایین جابجا شده و هواپیما را به سمت بالا هُل می‌دهد و باعث بالا رفتن می‌شود. این بدان معناست که نیروی قوی‌تری وجود دارد که بال را به سمت بالا فشار می دهد و به هواپیما اجازه پرواز می دهد.

ایرفویل ها درانواع مختلف شکل ها و اندازه ها ساخته میشوند اما همگی ساختاری مشخص و از پیش تعیین شده ای دارند و برای ساختن ایرفویل مناسب می بایست ساختار و پارامتر های موثر آشنا شد.

خصوصیات ایرفویل، اهمیت به سزایی در مهندسی و فنی  در هواپیماها و کشتی ها، بالگردها، کمپرسورها، توربینها، فنها، پمپها، تونلهای باد کانالهای هیدرولیکی و آسیابها و … و صنایع و وسایل دیگر دارد. بیشتر کاربرد ایرفویل ها مربوط به بال هواپیما میشود. یک کاربرد مهم و اساسی ایرفویل درتیغه ی موتورهای توربینی و جت که دارای توربین و یا فن هستند.

محاسبات ایرفویل های توربین ها به جهت شکل پیچیده و رفتارهای بیشتر به مراتب پیچیده تر و سخت تر از بال هواپیما میباشد. پیش از ارائه ، برخی تعاریف لازمند.

اجزای مختلف ایرفویل چیست؟

۱-لبه فرار ۲-لبه حمله خط انحنا وتر 3- وتر 4- لبه حمله 5- لبه فرار 6- سطح بالا و پائین

وتر ایرفویل چیست؟

خطی است که لبه فرار را به لبه حمله متصل می‌نماید

 لبه حمله ایرفویل چیست؟

لبه‌ای است بسیار حساس که اولین قسمتی است از هندسه که ذرات سیال به آن برخورد می‌کند

 لبه فرار ایرفویل چیست؟

آخرین قسمت ایرفویل می‌باشد که سیال با آن برخورد و باعث جدایش سیال می‌گردد این لب خود باعث ایجاد نویز و فرکانس درون سیال در انتهای ایرفویل می‌گردد

سطح بالا و پایین ایرفویل چیست؟

سطحی می‌باشد که بالای نقطه حمله و فرار است که به آن سطح بالا می‌گویند و سطحی که پایین لبه حمله و فرار می‌باشد سطح پایین می‌گویند

مرکز فشار ایرفویل چیست؟

نقطه‌ای بر روی خط وتر که برآیند تمام نیروهای وارده به ایرفویل در آن نقطه وارد میشود. با توجه به تغییر سرعت و زاویه حمله و تغییر برآیند نیرو مرکز فشار نیز روی وتر متغیر است.

مرکز آیرودینامیک ایرفویل چیست؟

با تغییر سرعت عبور سیال از روی سازه توزیع فشار روی سطح هم متغیر خواهد بود و درنتیجه مرکز فشار نیز ثابت نیست.مرکز فشاربرآیند نیرویی است که باعث گشتاوربه سازه میشود و این عامل موثری در طراحی و عملکرد ایرفویل نیست و برای این کار نیازمند نیرویی هستیم که در تمام مدت روی ایرفویل نقطه ثابتی داشته باشد.

به‌صورت تئوری ثابت‌شده که در یک‌چهارم طول وتر از طرف لبه حمله، گشتاور تقریباً ثابت است.این نقطه به مرکز آیرودینامیکی معروف است.

هرچه سطح فشار سیال روی سطح پایینی ایرفویل متمرکز گردد نیروی فشاری روی سطح پایین متمرکز گردیده و مکش روی سطح بالای ایرفویل ایجاد می‌گردد که باعث تولید نیروی بالا برنده می‌گردد

خط انحنا به خطی گویند که از لبه حمله به لبه فرار به گونه‌ای متصل می‌گردد که این خط درون ایرفویل و بین سطوح بالا و پایینی قرار گیرد .

زاویه حمله زاویه بین وتر با جهت جریان می‌باشد که اگر این زاویه مثبت باشد یعنی اینکه ایرفویل به سمت بالا نیروی بالابرنده اعمال می‌شود و اگر این زاویه منفی باشد یعنی ایرفول به سمت پایین سوق داده می‌شود و نیروی پایین آورنده به آن اعمال می‌گردد.

کاربرد ایرفویل چیست؟

ایرفویل‌ها در هواپیمای مسافربری هواپیمای فوق سبک با سرعت پایین، جنگنده فراصوت، پره ملخ، پره توربو فن، پره توربین و قایق بادبانی استفاده می‌گردد.

در طبیعت ایرفویل‌ها روی بال پرندگان روی بدن ماهی‌ها و حتی گیاهان طراحی شده و زیست محیطی از این گونه طراحی‌ها بهره‌مند شده است. ایرفویل‌ها نسبت به صفحات صاف هم اندازه می‌توانند نیروی بالابرنده بالاتری را تولید کنند.