محاسبه پارامترهای گردش ۳۶۰ درجه (اسپیرال) + فشار وارد بر بدن
با وارد کردن وزن و زاویه چرخش در کانورتور بالا رفتارهای مختلف پاراگلایدر را هنگام انجام یک گردش ۳۶۰ درجه (turn) بدست آورید: مقادیری مانند: سرعت واماندگی در گردش ، شعاع گردش ، زمان یک گردش ۳۶۰ درجه، مقدار افت ارتفاع در یک دور، نرخ نزول یا Sink Rate ،G-Force یا شتاب گرانشی وارد شده بر بدن، وزن احساسی که خلبان بر بدن احساس می کند.
تحلیل نیروها و رفتار پاراگلایدر در گردش ۳۶۰ درجه
شاید برایتان سؤال باشد که هنگام یک گردش کامل (۳۶۰ درجه) با پاراگلایدر، چه نیروها، شتاب‌ها و فشارهایی به خلبان و بال وارد می‌شود؟ مقدار سینک در هر گردش چقدر تغییر می کند؟ شعاع گردش و دیگر پارامتر ها چگونه هستند؟ این سؤال‌ها نه تنها برای خلبان‌های حرفه‌ای، بلکه برای علاقه‌مندان به درک علمی پرواز نیز جذاب است. وقتی وارد یک گردش می‌شویم، بدن ما وزن بیشتری را حس می‌کند، نیروی گرانش تغییر می‌کند و بال باید با نیروهای آیرودینامیکی مختلفی مقابله کند تا تعادل خود را حفظ کند. میزان سینک و نرخ نزول تعییر می‌کند
در این مقاله تلاش کردیم رفتارهای زیر را در پاراگلایدر هنگام انجام یک گردش ۳۶۰ درجه (turn) تحلیل کنیم:
- سرعت واماندگی در گردش (km/h)
- شعاع گردش (m)
- زمان یک گردش ۳۶۰ درجه (s)
- مقدار افت ارتفاع در یک دور (m)
- نرخ نزول یا Sink Rate (m/s)
- G-Force یا شتاب گرانشی وارد شده بر بدن
- وزن احساسی که خلبان بر بدن احساس می کند
سؤال اولیه:
آیا با داشتن فقط زاویه بنک (Bank Angle) و وزن خلبان می‌توانیم تمام مقادیر فنی مانند شعاع گردش، افت ارتفاع، زمان یک دور، سرعت در گردش و … را به دست آوریم؟
تأثیر وزن خلبان در محاسبات:
در ابتدا تصور می‌شود که وزن خلبان همه چیز را تغییر می‌دهد. اما اگر فرض کنیم با افزایش وزن، سطح بال نیز افزایش یابد (یعنی Wing Loading ثابت بماند) به عبارت ساده‌تر خلبان با وزن بیشتر بال بزرگتر و متناسب با وزن خود انتخاب کند، آنگاه تقریباً پارامترهای پروازی ثابت می‌مانند.
در نتیجه، تنها متغیر مؤثر در محاسبه‌ها، زاویه بنک است. البته در این تحلیل برای ساده شدن، از چگالی هوا و فشار اتمسفر چشم پوشی کردیم اما در واقع در ارتفاع بالاتر، چگالی هوا کاهش می‌یابد سرعت واماندگی و نرخ نزول واقعی افزایش پیدا می‌کنند و کارایی بال متغیر است.
در این تحلیل، ما صرفاً به بررسی نیروهای فیزیکی در یک گردش ساده می‌پردازیم و وارد مبحث ترمال‌فلایینگ یا شرایط ترمیک نمی‌شویم. هدف، درک دقیق‌تری از رفتار پاراگلایدر و خلبان در یک مانور بسته‌ی ۳۶۰ درجه‌ای بدون حضور صعودهای ترمالی است.
سرعت واماندگی در گردش:
در حالت مستقیم، سرعت واماندگی ۲۲.۴ کیلومتر بر ساعت در نظر گرفته شده. برای زاویه‌های بنک، رابطه زیر برقرار است:
V_stall_turn = V_straight / √cos(θ)مثلاً برای زاویه ۶۰ درجه، مقدار cos(θ) = 0.5 → V = 22.4 / √0.5 ≈ 31.7 km/h
روابط فیزیکی مهم:
- G-Force = 1 / cos(θ)
- شعاع گردش = V² / (g × tan(θ))
- زمان یک دور = 2πR / V
- نرخ نزول = Sink = 1 + (G – 1)
- افت ارتفاع = Sink × T
فشار وارد بر بدن:
وقتی G زیاد شود، وزن حس‌شده توسط بدن هم بیشتر می‌شود.
اگر وزن واقعی ۸۰ کیلو و G = ۲ باشد:
- وزن حس‌شده: ۸۰ × ۲ = ۱۶۰ کیلوگرم
- نیروی وارد بر بدن: ۸۰ × ۲ × ۹.۸۱ = ۱۵۷۰ نیوتن
این مقادیر تأثیر مستقیم در آیرودینامیک ندارند، اما برای سلامتی فیزیولوژیکی مهم است.
عملکرد پاراگلایدر در زوایای مختلف گردش
| زاویه بنک (Bank Angle) | سرعت استال (Stall Speed) | شعاع گردش (Turn Radius) | زمان یک گردش ۳۶۰° (Time for One 360) | افت ارتفاع در یک گردش (Altitude Loss) | نرخ نزول در گردش (Sink Rate) | نیروی G (G-Force) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 0° | 22.4 km/h | — | — | — | 1.0 m/s | 1.00 |
| 20° | 23.1 km/h | 11.7 m | 11.5 s | 12.9 m | 1.1 m/s | 1.06 |
| 30° | 24.1 km/h | 8.03 m | 7.3 s | 9.5 m | 1.3 m/s | 1.15 |
| 45° | 26.6 km/h | 5.7 m | 4.0 s | 8.0 m | 1.7 m/s | 1.41 |
| 60° | 31.7 km/h | 4.6 m | 3.3 s | 11.7 m | 2.9 m/s | 2.00 |
اصطلاحات پایه گردش
- Bank Angle: زاویه بین خط فرضی دو سر بال و محور افقی
- Large Bank Angle: زاویه زیاد در گردش که منجر به چرخش سریع می‌شود
- Non-slipping Turn: چرخش متعادل بدون سر خوردن
- Efficient Turn: گردش کارا و مؤثر با کنترل دقیق برک‌ها
تأثیر G-Load و فشار بر تجهیزات
در گردش‌ها به دلیل افزایش Bank Angle و سرعت، نیروی گریز از مرکز و در نتیجه G-Load افزایش می‌یابد. این نیرو:- فشار بیشتری به خلبان و تجهیزات وارد می‌کند
- باعث افزایش استهلاک بال و لاین‌ها می‌شود
- نیازمند بازرسی منظم تجهیزات است
لود فکتور (Load Factor)
لود فکتور بیانگر نسبت نیروی واردشده به نیروی وزن است و طبق فرمول زیر محاسبه می‌شود:Load Factor = 1 / cos(α)| زاویه کجی (Bank Angle) | لود فکتور (Load Factor) |
|---|---|
| 0° | 1 |
| 20° | 1.06 |
| 30° | 1.15 |
| 40° | 1.31 |
| 45° | 1.41 |
| 60° | 2 |
| 70° | 3 |
جمع‌بندی
- با افزایش زاویه کجی، G-Load و وزن ظاهری بیشتر می‌شود
- Sink Rate افزایش می‌یابد
- تجهیزات بیشتر تحت تنش قرار می‌گیرند
- گردش مؤثر، کلید کنترل سرعت و ارتفاع در پروازهای طولانی و سُرشی است
Add to Home Screen را انتخاب کنید.