سوال این جاست که در محاسبه قبلی برای افق دید رادار چه تغییری رخ خواهد داد ؟

برد کشف یک رادار در مقابل یک هدف پست پرواز چقدر تفاوت خواهد داشت ؟

همان طور که میدانید تاثیر بحث انکسار موج بر افزایش افق دید رادار وابسته به موج رادار (فرکانس و طول موج) و شرایط آب و هوایی می‌باشد که سعی میکنیم در آینده روابط کامل مرتبط با انکسار را در کانال ارائه کنیم .

در حال حاضر آنچه به طور کلی میتوان در اختیار داشت تغییر محاسبه قبلی به شرح زیر است :
شعاع زمین را 8500km~ در نظر بگیرید و در معادله ی قبلی جاگذاری کنید .

البته از نظر انکسار موج آنچه توضیح دادیم مشابه رادار های OTH است اما عملکرد این رادار ها به کلی متفاوت است همچنین لازم به ذکر است که خطای کشف در فاصله و ارتفاع هدف در محدوده ی افق دید رادار خصوصا با فرکانس های پایین قابل توجه خواهد بود . (در کمتر از 3MHz با رادار های Surface_wave روبرو هستیم...)

مطالب تکمیلی پیوست خواهد شد .
👉@Hadi_Notes✍

از سرعت بگوییم ...

پس از آشنایی کلی با ماخ در اینجا ، حال بررسی میکنیم که چه عواملی روی حد اکثر سرعت یک هواپیما تاثیر گذار است .

ابتدا شناخت تعاریف :

حد اکثر تعداد ماخ : حد اکثر سرعت در ارتفاع بهینه* با حد اکثر رانش ... از آنجا که با افزایش ارتفاع تا 12km~، با کاهش دما و سرعت صوت روبرو هستیم و همچنین حداکثر سرعت هواپیما به واحد km/h نیز افزایش می یابد در نتیجه میتوان گفت سرعتی بالاتر از حد اکثر تعداد ماخ قابل دسترسی برای یک هواپیما متصور نیست .

حد اکثر سرعت مطلق : در این حالت هواپیما با یک شیب ملایم شروع به شیرجه میکند و در عین حال از حد اکثر قدرت موتور ها استفاده میکند در نتیجه بیشترین سرعت ممکن به دست خواهد آمد .

حد اکثر سرعت level flight : این حالت با حفظ و ثابت نگه داشتن ارتفاع پرواز اندازه گیری میشود ...
حداکثر سرعت در این حالت کمتر از حداکثر سرعت مطلق خواهد بود زیرا حفظ ارتفاع پروازی -با افزایش مقاومت هوا- آن را کاهش میدهد .

ارتفاع بهینه برای حد اکثر سرعت : جایی که میتوان به حد اکثر تعداد ماخ رسید . (معمولا 35 تا 45 هزار پا که یا به اصطلاح ارتفاع cruise یا vacuum یا high)
👉@Hadi_Notes✍

رابطه ی فوق* عوامل موثر در حد اکثر سرعت (Vmax) در حالت level flight را نشان میدهد .

W : وزن (lb) و S : مساحت بال (ft^2)
T : رانش (lb) و CD,0 : اینجا
همچنین رو نیز چگالی و T/W رانش به وزن و W/S بارگذاری بال است .

از آنجا که بررسی طراحی و دست یابی به Cd,0 از حوصله مطلب خارج است ، نمیتوان حد اکثر سرعت جنگنده ها را بر مبنای رانش به وزن یا موارد دیگر محاسبه کرد در نتیجه هر هواپیما با طراحی متفاوت دارای سرعت متفاوتی خواهد بود برای مثال Sr-71 با رانش به وزنی حدود نیمی از یک جنگنده ی برتری هوایی ، از تمامی آن ها سریع تر است .

نتایج :
- افزایش رانش به وزن = افزایش Vmax
- افزایش بارگذاری بال = افزایش Vmax
- افزایش CD,0 یا چگالی هوا (کاهش ارتفاع به کمتر از ارتفاع بهینه) = کاهش Vmax

* : پرفورمنس اندرسون صفحه 231
Aircraft performance and design
(لینک دانلود) (John D. Anderson)
👉@Hadi_Notes✍

تاثیر تغییرات وزن روی حد اکثر سرعت (حد اکثر تعداد ماخ) در حالت level flight را بررسی میکنیم :

مطابق رابطه قبل با افزایش وزن شاهد کاهش T/W و افزایش W/S هستیم پس دامنه ی تغییرات باید محدود باشد زیرا این دو یکدیگر را خنثی می‌کنند اما افزایش وزن در یک پرواز level flight یعنی نیاز به افزایش نیروی برآ (تغییرات AOA و ...) که در نهایت باعث افزایش CD,0 و کاهش نسبی سرعت می‌شود اما به دلیل تغییرات محدود CD,0 ، کاهش Vmax نیز اندک است .

در تصویر فوق متعلق به F-16 شاهد همین نکته هستیم که افزایش وزن تاثیر محدودی بر حد اکثر تعداد ماخ دارد (البته بدون افزایش drag) برای مثال این تفاوت در وزن 20000 پوند با 36000 پوند تنها کمتر از 1.5 درصد (2.015 تا 2.04 ماخ) است !

هر چند در ارتفاع بالاتر از بهینه این تفاوت به 10~ درصد نیز می‌رسد اما حد اکثر تعداد ماخ در ارتفاع بهینه حاصل میشود همچنین در ارتفاع کمتر از بهینه تقریبا می‌توان گفت وزن تاثیری در حد اکثر تعداد ماخ یا سرعت ندارد و مهم ترین عامل ، طراحی آیرودینامیکی سازه است (design limit)

نکات تصویر :
- Drag index = 0
- GW : Gross weight (وزن)
- MIL : حد اکثر رانش خشک
👉@Hadi_Notes✍

سریع ترین ها !

با توجه به توضیحات قبلی میدانیم که تاثیر وزن روی حد اکثر سرعت (حد اکثر تعداد ماخ) قابل دسترسی ، برای اکثر جنگنده های امروزی اندک است .

در اینجا میخواهیم سرعت تعدادی از جنگنده های مشهور را بررسی کنیم و فقط آنچه در منابع رسمی و معتبر آورده شده را ملاک قرار میدهیم .

نکته : در این قیاس حالت استاندارد و ایمن بررسی میشود و جنگنده ها در حالت Clean یا بدون درگ ایندکس سلاح یا مخازن خارجی بررسی میشوند .
همچنین : در مطلب امروز ، حد اکثر سرعت را حد اکثر تعداد ماخ قابل دسترسی بخوانید و معادل قرار دهید .

در بخش کامنت ها جدولی در این زمینه قرار میدهم که به مرور موارد دیگری به آن اضافه خواهد شد از جمله بمب افکن ها و ...
(بنا به درخواست مخاطب)
توضیحات و پرسش و پاسخ و انتقاد مرتبط نیز در بخش کامنت در دسترس است .
👉@Hadi_Notes✍

تمامی نسخه های F-15 توان رسیدن به حدود 2.8+ ماخ را خواهند داشت (بدون CFT) و در میان نسل چهارم ها تنها Mig-31 توانمندی لازم جهت برابری را خواهد داشت .

بر خلاف نمودار سرعت Mig-25 که در ارتفاعات پایین تر از 15 کیلومتری به طور قابل توجهی پایین تر از سرعت F-15 است ؛ در Mig-31 با موتور مدرن ، سرعت در ارتفاع پست به 1.2~ می‌رسد در نتیجه نمودار حداکثر سرعت F-15 و Mig-31 بسیار به هم نزدیک خواهد بود .

همچنین دیگر نسل چهارم ها به کمتر از 2.4 تا حتی کمتر از 2 ماخ محدود هستند ...

البته که باید توجه داشت اعداد فوق در حالت بدون حمل سلاح و حتی بدون حمل پایلون ها گفته میشود (Clean یا به روسی без подвесок) تا مقاومت هوا به کمترین سطح خود برسد در حالی که با نصب سلاح سرعت به مراتب کمتر خواهد بود برای مثال حداکثر سرعت F-15 با لود تهاجمی سنگین به 2> ماخ محدود می‌شود!
👉@Hadi_Notes✍

یکم در مورد چرخیدن صحبت کنیم !

خب یک سری کلیات رو درباره ی Lift و Drag و Thrust و ... میدونیم و امروز در مورد مفاهیم چرخش صحبت میکنیم ...
به طور کلی چرخیدن دو نوع داره یا دور یک محور که از داخل سازه رد میشه چرخش میکنیم یا حول یک محور که خارج از سازه هست مثل وقتی هست که بگیم همون جایی که ایستادیم دور خودمون بچرخیم بدون جا به جا شدن (حول محور داخلی خودمون) یا دور یک میدان راه بریم (چرخیدن حول یک محور خارجی که در وسط میدان قرار دارد)

متن های آبی رنگ حاوی لینک هستند و برای مطالعه بیشتر میتونید روشون ضربه بزنید

آشنایی اولیه با #مفاهیم_چرخش (1)
👉@Hadi_Notes✍

در این متن ، چرخش حول محور داخلی رو (گردش) در نظر میگیریم و یک هواپیما سه محور برای گردش دارد :

- گردش در محور عمودی (yaw) ،
- گردش در محور طولی (roll) ،
- گردش در محور عرضی (pitch)

مطابق تصویر زاویه ی میان wingspan و تراز افق را زاویه ی Bank و زاویه میان chord بال و مسیر حرکت هواپیما را زاویه حمله یا AOA تعریف میکنیم و با توجه به این تعریف :

- تغییرات زاویه (Bank) = roll +
- تغییرات زاویه حمله (AOA) = pitch +

توجه : زاویه حمله را با توجه به مسیر حرکت در نظر میگیرند نه با توجه به خط تراز افق در نتیجه ممکن است یک پرنده در حال حرکت عمودی به سمت بالا باشد اما با زاویه حمله 0 درجه ...
👉@Hadi_Notes✍

چرخش به دور محور خارجی به طور کلی سه حالت دارد که دو حالت زیر معروف هستند :
- yaw turn
- banking turn

در yaw turn چرخش با استفاده از سکان عمودی صورت میگیرد و در banking turn با افزایش زاویه Bank و جهت دهی به بردار نیروی Lift ... اما ابتدا نیاز است به درک مفهوم Level flight و Level turn :

نیروی برآ (Lift) با غلبه بر وزن ، ارتفاع پرواز هواپیما را حفظ می‌کند حال اگر این نیرو کمتر از وزن شود ؛ شاهد کاهش ارتفاع هستیم و برعکس ... در مفهوم (Level) به ثابت بودن ارتفاع اشاره می‌شود به این معنی که هواپیما در هنگام چرخش و یا پرواز در خط مستقیم ، افزایش یا کاهش ارتفاع نداشته باشد .

((ثابت بودن ارتفاع)) ...
👉@Hadi_Notes✍

بررسی banking turn در Level turn :

همون طور که در تصویر دیده میشه با roll زدن و افزایش زاویه bank ، بردار نیروی برآ به سمت راست متمایل شده در نتیجه بردار Lift ، جمع برداری دو بردار است :
۱- بردار نیروی عمودی (vertical force)
۲- بردار نیروی جانبی (side force)

بردار عمودی مثل گذشته سعی در مقابله با وزن و حفظ ارتفاع هواپیما دارد در حالی که بردار نیروی جانبی هواپیما را به سمت راست میکشد در نتیجه این نیرو باعث چرخیدن هواپیما حول محور چرخش واقع در سمت راست پرنده میشود . (تصویر بالا)

مفهوم Level turn را به یاد آورید ...
حفظ ارتفاع ...

با افزایش زاویه Bank ، نیروی Lift به دو بخش تقسیم می‌شود در نتیجه نیروی عمودی کاهش پیدا میکند -نسبت به حالتی که تمام بردار نیروی Lift عمودی بود- و پرنده کاهش ارتفاع خواهد داشت زیرا نمی‌تواند نیروی وزن را خنثی کند ... برای حفظ ارتفاع در level turn ، هواپیما باید Lift بیشتری تامین کند تا بتواند نیروی Lift لازم برای حفظ ارتفاع و غلبه بر وزن را تامین کند ...

اما چگونه ؟!
👉@Hadi_Notes✍

پس باید با Lift اندکی بیشتر آشنا شویم ...

در تصویر بالا معادله Lift آورده شده :
- چگالی هوا (رو)
- سرعت (V^2)
- مساحت بال (S)
- ضریب برآ (CL)

با ثابت بودن ارتفاع ، چگالی و مساحت بال ، عوامل موثر در Lift به ضریب برآ و سرعت خلاصه می‌شود در نتیجه برای افزایش Lift میبایست یا سرعت را افزایش دهیم یا CL را ... سرعت بیشتر میتواند با افزایش رانش به دست آید و البته محدودیت هایی مانند پتانسیل موتور و ... نیز وجود دارد .

در مورد سرعت (اینجا) را مطالعه کنید .

اما ضریب برآ (CL) :
ضریب برا مطابق تصویر به پارامتر های زیر وابسته است :
- شیب CL ایرفویل 2 بعدی (CLa)
- نسبت منظری (AR)
- زاویه حمله AOA (آلفا)

نتیجه : افزایش AOA = افزایش CL

نکته : خب اینجا آمدیم به جای ایرفویل نازک از تئوری لیفت پراندل استفاده کردیم که نسبت منظری رو تاثیر بدیم و بال سه بعدی مد نظر باشه به اصطلاح ...

گوشه تصویر هم بال F-22 با یکی از کمترین نسبت های منظری در طراحی ...
👉@Hadi_Notes✍

خب برگردیم به چرخش ...

پس برای یک Level turn نیاز داشتیم به Lift بیشتر تا بتونیم ارتفاع رو حفظ کنیم و این لیفت بیشتر رو باید یا با سرعت یا با زاویه حمله بیشتر (افزایش CL) به دست بیاریم اما مطابق تصویر بالا افزایش زاویه حمله هم حدی داره و از جایی به بعد با جدا شدن Boundary layer وارد محدوده استال خواهیم شد به این معنی که ضریب برآ و در نتیجه Lift کاهش چشم گیری خواهد داشت و در نهایت بسیار کم خواهد شد ...

فعلا نمی‌خواهیم وارد جزییات شویم ولی به طور کلی با افزایش زاویه حمله و افزایش برآ ، شاهد افزایش مقاومت هوا هم خواهیم بود و اگر رانش موتور کافی نباشد شاهد کاهش سرعت و در نهایت کاهش برآ هستیم !

پس به جز محدودیت زاویه حمله از نظر زاویه حمله بحرانی (قبل از استال شدن) محدودیت زاویه حمله از نظر توان موتور و کاهش سرعت هم داریم ...

خب فعلا منظور این هست که میشه با افزایش زاویه حمله ، Lift عمودی را افزایش و کمبودی که به نسبت وزن پیش آمده بود را جبران کنیم تا هواپیما همچنان بدون کاهش ارتفاع ، Level turn داشته باشد .
👉@Hadi_Notes✍

بریم سراغ کاهش شعاع چرخش ...

همون طور که دیدید در banking turn عامل چرخش نیروی side force بود که از مایل شدن بردار برآ حاصل میشد حالا اگر بخواهیم بردار نیروی برآ زاویه بیشتری پیدا کند (نیروی جانبی بیشتر و درنتیجه شعاع چرخش کمتر) باید زاویه Bank را افزایش دهیم البته اگر بتوانیم Lift عمودی یکسانی با وزن هواپیما را همچنان تامین کنیم تا در Level turn بمانیم و کاهش ارتفاع نداشته باشیم ... (با افزایش سرعت یا زاویه حمله که البته محدودیت های خود را دارد ...)

اما افزایش زاویه Bank ساده نیست !

تصویر بالا رابطه ی ضریب بار (Load factor) و سرعت استال را با زاویه Bank نشان میدهد در نتیجه برای شعاع چرخش کمتر باید سریع تر بود و بدنه مقاوم تری داشت که محدودیت های طراحی را به دنبال دارد (با توجه به نکته ی زیر)

نکته بسیار مهم : این تصویر فقط برای پرواز Level turn است پس :
ضریب بار و استال در اینجا بر مبنای تامین لیفت عمودی (برابر با وزن هواپیما) تعریف می‌شوند ...

خب حالا یکم استراحت بدیم به خودمون :)
👉@Hadi_Notes✍

حداکثر سرعت (max speed یا top speed) وابسته به ارتفاع است و میتواند در هر ارتفاعی بیان شود و برای یک جنگنده در بازه ی ارتفاع 0 تا سقف پرواز آن بیشمار عدد به عنوان حداکثر سرعت وجود دارد.

برای مثال حداکثر سرعت (top/max speed) F-16 را بررسی میکنیم :
F-16 at sea level (h=~0): ~1.2 M
F-16 at 6000 feet : 1.35 M
F-16 at 9700 feet : 1.40 M
.
.
.
F-16 at 36000 feet : 1.96 M
F-16 at 54000 feet : 1.78 M
* : تصویر گویای شرایط آزمایش است .

مراجع مختلف برای بیان حداکثر سرعت می‌توانند ارتفاع دلخواه را مد نظر بگیرند از این رو مثلا BAE برای تورنادو ادعا میکند MAX speed = 1.3M یعنی حدود 1000mph در حالی که موزه ملی حداکثر سرعت این جت را 1490mph اعلام میکند در واقع این دو گزاره تناقضی با هم ندارند فقط در دو ارتفاع مختلف بیان شده اند اما بیان حداکثر تعداد ماخ قابل دسترسی کار را ساده می‌کند زیرا در ارتفاع بهینه (ارتفاع کروز ، خلأ و ارتفاع بالا نیز به اصطلاح میگویند) گفته شده و نمایان گر حد نهایی سرعت است برای مثال حداکثر تعداد ماخ توسط سازنده برای Su-35 حدود 2.25 ماخ و برای Su-30Mk حدود 1.9 ماخ است. (без подвесок)
👉@Hadi_Notes✍

پیمایش یا پرواز بهینه (optimum cruise)

یک هواپیما دارای ایرفویل (بال) را تصور کنید که عامل اصلی پرواز آن نیروی برآ ایی است که بال ها تولید میکنند اما این نیرو نیز به سرعت هواپیما وابسته است که توسط پیشرانی تامین میشود که بر مقاومت هوای کل سازه غلبه می‌کند .

اگر این نیرو بتواند با وزن هواپیما یکسان باشد؛ یک Level flight یا پرواز بدون کاهش/افزایش ارتفاع خواهیم داشت .

هنگامی که به هواپیما محموله ی خارجی متصل می‌گردد؛ این محموله وزن هواپیما را افزایش می‌دهد و این یعنی نیاز به تولید نیروی برآ بیشتری که در سرعت ثابت به معنی افزایش مقاومت هوا است همچنین خود محموله به مقاومت هوای هواپیما می افزاید.

حالت پیمایش بهینه :
هر هواپیمایی دارای سرعتىست که در آن به نسبتِ طی مسافت، کمترین مصرف سوخت را دارد برای مثال تصور کنید یک پیشران با سه سرعت زیر ، سه مصرف سوخت را ارائه میکند (واحد/ساعت : P/H)
1- سرعت 80 P/H، مصرف 10 P/H
2- سرعت 90 P/H، مصرف 11 P/H
3- سرعت 95 P/H، مصرف 12 P/H
در سه حالت بالا بدیهی به نظر می‌رسد که حالت دوم میتواند به برد بیشتر با مصرف سوخت کمتر (در زمان یکسان) برسد .
👉@Hadi_Notes✍

به حالت دوم ، پیمایش بهینه در طی مسافت با سرعت بهینه میگوییم زیرا به بیشترین مسافت دست پیدا میکند.

همان طور که گفتیم تغییرات وزن بسیار مهم است زیرا برای پرواز باید نیروی برآ وابسته به وزن تغییر کند و خود باعث تغییر مقاومت هوای کل و در نتیجه رانش پیشران شده تا سرعت مناسب را حفظ کند.

* : پس میتوان این طور نتیجه گرفت که متناظر با وزن کل هواپیما در هر لحظه، یک میزان مصرف سوخت بهینه برای پیمایش بهینه داریم یعنی بر این اساس در ارتفاع پروازی خاصی، سرعت و مصرف سوخت رابطه ای دارند که ضرب آن ها پیمودن بیشترین مسافت ممکن را در آن وزن کل و آن لحظه حاصل میکند .

نکته : وزن هواپیما همواره در حال تغییر است زیرا از ابتدای پرواز با سوزاندن سوخت، هواپیما سبک میشود پس چطور محاسبه کنیم ؟

یک معادله خطی (le) ساده را در نظر بگیرید؛ ورودی تابع را وزن و خروجی را مصرف سوخت در نظر بگیرید و سرعت تغییرات ورودی را ثابت تصور کنید؛ بدیهی به نظر می‌رسد که برای داشتن میانگین مصرف سوخت باید میانگین حداکثر/حداقل مصرف سوخت را متصور شویم .
👉@Hadi_Notes✍

خب البته در هواپیما ها پیچیده تر از یک معادله خطی ساده است زیرا تغییرات سرعت هواپیما و میزان مصرف سوخت ثابت نیست در نتیجه مانند تصویر فوق نمودار پیمایش بهینه (مصرف سوخت - مسافت) حاصل میشود !

برای سادگی کار میتوانید با پذیرش درصد اندکی خطا در محاسبه ، نمودار را یک نمودار خطی تصور کنید به این شکل که ورودی (وزن کل) را وزن ثابت + نیمی از وزن متغییر در نظر بگیرید .

توجه کنید که عددی که به دست می آورید همواره کمتر از عدد حقیقی است زیرا با کاهش وزن، به نسبت مصرف سوخت در برد مشابه کمتر می‌شود برای مثال یک هواپیما با پر بودن تنها 50 درصد سوخت داخلی برد بیشتری دارد تا همان هواپیما که سوخت داخلی آن 100 درصد پر باشد و صرفا تا 50 درصد از آن استفاده کند. (مقدار سوخت یکسان، برد متفاوت)

مثال های بعدی استفاده از این نمودار را نشان میدهد و توجه کنید که در نمودار ها، سرعت و ارتفاع پرواز به شکل بهینه محاسبه شده و تنها یک نسبت میان مصرف سوخت و برد مبتنی بر میزان وزن کل سازه به ما میدهد برای مثال nmi (مایل دریایی) بر lb (پوند) سوخت یعنی با داشتن هر 1 پوند سوخت چه مسافتی را میتوان طی کرد (با توجه به وزن)
👉@Hadi_Notes✍

در اولین مثال برای سادگی کار یک سوپر هورنت (F-18) را در نظر میگیریم که وزن خشک (empty weight) آن به طور پیش فرض 32250 پوند و تمام ظرفیت سوخت داخلی آن 14700 پوند تصور میشود .
32250 + (14700/2) = 39600
در نتیجه در نمودار این وزن را به عنوان ورودی انتخاب میکنیم و نموداری با درگ ایندکس (DI) - 0 - را در نظر میگیریم زیرا بدون لود یا محموله ی خارجی ، هیچ مقاومت هوایی به سازه اضافه نشده است .

مسافت قابل پیمایش :
14700 lb × 0.121 = 1778 nmi
یعنی سوپر هورنت می‌تواند با سوخت داخلی بدون محموله خارجی و سوخت گیری هوایی ، چیزی حدود 3200km+ پرواز کند که البته در هنگام برخاست و اوج گیری مصرف سوخت بیشتری دارد اما به همین شکل در هنگام فرود و کاهش ارتفاع مصرف سوخت کمتر و همچنین تخمین ما نیز کمتر از عدد حقیقی بود در نتیجه میتوان گفت عدد حاصل تخمین مناسبی از برد جنگنده بدون در نظر گرفتن نمودار های دیگر و پیچیدگی محاسباتی خواهد بود .

اما این پایان ماجرا نیست ... :)
👉@Hadi_Notes✍