موضوع : مقاله در مورد پرواز بدون موتور

توضیح : این فایل به صورت ورد و آماده چاپ می باشد

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.
 مقدمه:
بسياري از پرندگان با بالهاي باز و در يك مسير مستقيم و با سرعت شيرجه بالا به شكار خود حمله مي‏كنند. اين رفتار عمدتاً ويژگي بازها مي‏باشد (Falco Peregrinus) شاهينها مي توانند در هوا به ساير پرندگان بچسبند، معمولاً اين عمل بعد از يك شيرجه شگفت انگيز كه صدها متر بالاتر از شكار شروع مي شود، انجام مي‏گيرد. قبل از شيرجه يك باز عموماً با بال زدن سرعت خود را افزايش مي دهد، سپس با جمع كردن بالهاي خود شروع به شيرجه زدن كرده و با تغيير مسير خود، به مسيري كه با افق زاويه‏اي 15 تا 90 درجه مي‏سازد قرار مي‏گيرد. پرنده در طي شيرجه با صرف انرژي پتانسيل به سرعت خود اضافه مي كند. و ممكن است به حداكثر سرعتي كه يك جانور مي تواند برسد، دلت پيدا كند، اين سرعت به ميزان تا 157 متر بر ثانيه برآورد شده است. حتي اگر اين برآورد صحيح هم باشد دقت آن شناخته شده نيست زيرا اندازه‏گيري سرعت شيرجه يك شاهين مشكل است. براي اين كار به وسايل اندازه‏گيري پيچيده نياز است.
زمان شيرجه كوتاه و محل و زمان شيرجه غير قابل پيش بيني بوده و در فاصله دوري از مشاهده گر قرار دارد. Alerstam (1978) براي غلبه بر اين مشكلات از رادار استفاده كرد و به اين طريق سرعت شيرجه يك باز را 39 متر بر ثانيه اندازه‏گيري كرد. Clark (1995) سرعتهاي شيرجه‏اي بيشتر از 41 متر بر ثانيه را اندازه‏گيري كرد.
حداكثر سرعتي كه در يك شيرجه بدست مي‏آيد به ويژگيهاي آتروديناميكي پرنده، زاويه شيرجه نيروي جاذبه و زمان و فضاي در دسترس براي شيرجه بستگي دارد. و بررسي هركدام از اين پارامترها مي تواند محدوديتهايي كه يك شاهين با آنها مواجه است را مشخص كند. براي پروازهاي بدون موتور چندين مدل رياضي وجود دارد و آلراستام (1987) يكي از آنها را براي شيرجه اصلاح كرد. با اينحال هيچكدام از اين مدلها براي اندازه گيري سرعت حين شيرجه يا اوج گرفتن طراحي نشده‏اند. اين مقاله مدل رياضي را براي شيرجه «شاهين هاي ايده‏آلي» كه به صورت رياضي تعريف شده‏اند، ارائه مي‏كند.
اين نام بعد از خصوصيات مفيد شيميايي فيزيكي ideal gas مطرح شد. شاهينهاي ايده‏آل داراي وزنهاي مختلف هستند و خصوصيات مورنولوژيكي و آئروديناميكي آنها مشابه نمونه اي واقعي هستند و به سوالاتي كه در ادامه مطرح مي شوند پاسخ مي‏دهند. بهنگام شيرجه آنها به چه سرعتي دست پيدا مي‏كنند؟ براي سرعت گرفتن آنها به چه زمان و ارتفاعي نياز دارند؟ زاويه شيرجه چه تاثيري بر سرعت دارد؟ آنها براي اوج گرفتن پس از شيرجه چه ميزان نيروي آميروديناميكي توليد مي‏كنند؟ بهنگام اوج گرفتن آنها چه ارتفاعي را از دست مي‏دهند؟ به چه ميزان آنها مي‏توانند بهنگام شيرجه سرعتشان را كنترل كنند؟
فهرست مطالب
پرواز بدون موتور:    1
خلاصه:    1
مقدمه:    4
انواع بال زدن:    6
خصوصيات اندام شناسي و آئروديناميكي شاهينهاي ايده‏آل:    7
شكل و نيروهاي آيروديناميكي و گرانشي:    10
نمودارهاي قطبي كارآيي و سرعت:    12
مدل رياضي:    15
مدل رياضي پرواز تعادلي و دو نوع از پرواز غير تعادلي:    15
پرواز تعادلي در حداكثر كارايي    15
سرخوردن غير تعادلي:    19
شيرجه:    19
اوج گيري پس از شيرجه:    19
كنترل سرعت بهنگام شيرجه زدن:    22
خصوصيات مرتبط با جرم شاهينهاي ايده‏آل:    23
ويژگيهاي شيرجه در شاهينهاي ايده‏آل:    24
اثر وزن بدن:    25
اثر زاويه شيرجه:    26
اوج گيري پس از شيرجه :    27
كنترل سرعت بهنگام شيرجه زدن    28
نتيجه گيري:    29
مزايا و معايب سرعتهاي بالا:    29
ساير مدلها براي پرواز تعادلي:    30
پرواز با شيرجه سرعت بالا در شاهينها:    32