ماشین WIG
ماشین WIG یك نوع پرنده است كه در ارتفاع حدودا ً ده پایی (سه تا چهار متر) پرواز می كند. در چنین ارتفاعی WIG از یك اصل ویژه ی آیرودینامیكی به نام اثر زمین بهره می گیرد. حال برای تشریح اثر زمین و چگونگی شكل گیری آن نیاز به یادآوری چند خصوصیت آیرودینامیكی بال هواپیما می باشد.
همان طور كه می دانیم بال یك هواپیما lift تولید می كند و این نیرو از اختلاف فشار موجود در بال حاصل می گردد به طوری كه فشار در زیر بال بیشتر از فشار بر روی بال می باشد. امّا از آنجایی كه جهان همواره به سوی تعادل در حركت است، جریان پر فشار زیر بال میل به جاری شدن به منطقه ی كم فشار (بالای بال) دارد كه این جریان فقط از نوك بال مقدور می باشد. اثر حاصل از این جریان، جریانات حلقوی نوك بال می باشد و از آنجایی كه در حین پرواز بال به سمت جلو در حركت می باشد، این جریانات حلقوی در هوا به دنبال بال كشیده می شوند، به همین دلیل به این جریانات trailing vortex گفته می شود. جریان حلقوی نوك بال چپ در خلاف جهت جریان حلقوی نوك بال راست می گردد.
تشكیل trailing vortex به علت اختلاف فشار در بالا و پائین بال
مهمترین اثر جریانات حلقوی منحرف كردن جریان هوای پشت بال به سمت پائین می باشد. جزئی از بردار سرعت را كه در اثر جریانات حلقوی به پائین منحرف شده downwash می گویند، كه باعث كاهش lift می گردد. برای جبران lift از دست رفته باید زاویه ی حمله ی بال افزایش یابد كه همین افزایش زاویه ی حمله منجر به افزایش induced drag می شود.
كاهش lift و افزایش drag در اثر downwash
حال ببینیم هنگامی كه یك هواپیما در نزدیكی زمین پرواز می كند چه روی می دهد؟
این اثر بیشتر به وسیله ی خلبانان در هنگام فرود مشاهده می شد. آنان، هنگام فرود احساس معلق بودن و یا سوار بودن بر بالشتكی از هوا می كردند. این اثر چیزی نبود، جز افزایش ناگهانی lift در نزدیكی زمین كه منجر به دشوار شدن عمل فرود می شد. در نزدیكی زمین trailing vortex ها به وسیله ی زمین نگه داشته می شوند . این عمل باعث كاهش downwash می شود كه نهایتا ً منجر به افزایش lift می گردد و اصطلاحا ً زاویه ی حمله ی موثر افزایش یافته است، و این همان اثر زمین می باشد.
شکل گیری کامل trailing vortex ها در ارتفات:
متراکم شدن trailing vortex ها در نزدیکی زمین:
Lift اضافه شده حاصل از اثر زمین را ram pressure گویند. هر چه فاصله ی مابین، بال و زمین كاهش یابد اثر این پدیده افزایش می یابد چرا كه با كاهش این فاصله هوای جاری در این بین بیشتر فشرده می شود بنابراین فشار هوای زیر بال افزایش می یابد كه نهایتا ً منجر به افزایش lift می گردد.
باید در نظر داشت كه اگر میزان فاصله ی بال و زمین از فاصله ی بین دو نوك بال بیشتر شود اثر زمین وجود نخواهد داشت.
در ارتفاعی به میزان 1/10 ام wingspan میزان induced drag به نصف كاهش می یابد.
نمودار زیر نقش ارتفاع را روشن می سازد.
بنابر مطالب یاد شده، ماشین پرنده ای كه در حین پرواز از اثر زمین استفاده نماید، بسیار بهینه تر از حالتی خواهد بود كه در ارتفاعات پرواز كند. همچنین باید دانست كه این بهینه شدن حاصل از بزرگ شدن L/D می باشد.
در حال حاضر L/D مربوط به هواپیماهای زیر سرعت صوت بین 15 تا 20 می باشد، حال آنكه این عدد برای یك WIG بین 25 تا 30 می باشد.
در آینده می توان از WIG به عنوان تاكسی آبی بهره جست. این پرنده ها حتی می توانند در آبهایی كه ارتفاع موج آن ها به دو متر می رسد، در حركت باشند.
یك WIG در مكان های زیر می تواند به خوبی كاربرد داشته باشد.
• دریاهای نسبتا ً آرام مانند بالتیك و مدیترانه
• دریاچه های بزرگ
• رودخانه های دلتایی بزرگ
• مناطق ساحلی
• مجمع الجزایرها (مانند مجمع الجزایر جنوب شرقی آسیا)
با ساخت WIG های بزرگ می توان كاربرد آن ها را گسترش داد، به عنوان مثال یك نوع از این پرنده با نام AR-1 Atlantis توانایی حمل بار تا پنج تن را داراست.
AR-1 Atlantis
در مورد رده بندی WIG ها باید گفت كه این پرنده ها به چهار رده تقسیم می شوند و این رده بندی بنابر عملكرد آنها صورت پذیرفته.
1. كلاس HSC: این نوع در تمام مدت با آب در تماس بوده و در اصل اثر زمین به عنوان یك عامل كمكی به كار گرفته شده است.
2. كلاس A: این نوع بدون اثر زمین قادر به فعالیّت نیست.
3. كلاس B: این نوع توانایی افزایش ارتفاع حتی تا خارج از حوزه ی اثر زمین را داراست.
4. كلاس C: این نوع WIG می تواند ارتفاع خود را به خوبی افزایش دهد و حتی از طرف ICAO به عنوان یك هواپیما (با ارتفاع كم) دارای گواهینامه می باشد.
ناگفته نماند كه اثر زمین در زمینه های دیگری نیز به كار گرفته می شود، به عنوان مثال در طراحی قایق های تندرو برای تعادل هرچه بیشتر این پدیده در نظر گرفته می شود.
در پایان تصویر و نام چند WIG قرار داده شده.
Lun Ekranoplan
Boeing Pelican
Flarecraft L-325
تبیان(دانش وفناوری)
