5489

06 - 640 مكانيك

طراحي يك هاور ابر گرافت

كارشناسي

مكانيك

1395

دكتر مقيمي

1395/09/06

احسان عامري

در اين نوشتار درباره‌ي موضوع بالن‌هاي گازي كار شده است. گاز سبك‌تر از هوا طبق اصل ارشميدس باعث نيروي برآ مي‌شود و بالن را بالا مي‌برد؛ اما در اين طراحي هدف اين بود كه نوعي برآي آيروديناميكي بر برآي حاصل از اصل ارشميدس اضافه شود. اين موضوع از اين جهت لازم بود تا هم خط زاويه (زاويه نسبت به سطح زمين) افزايش يابد و بالن به ساختمان‌ها و درختان برخورد يا گير نكند و هم اينكه برآي بيش‌تر به معني قابليت حمل بار بيش‌تر است. براي اين كار، شكل كلي بالن هليمي يا هيدروژني (بسته به طراحي) يك شكل استوانه‌اي طراحي شد تا از اثر مگنس بهره گرفته شود. وقتي كه بالن استوانه‌اي در جريان قرار مي‌گيرد، به كمك پره‌هايي كه روي آن تعبيه شده است مي‌چرخد و اين چرخش يك نيروي عمودي برآن وارد مي‌كند. نام اين طرح هاور اير كرافت گذاشته شد كه كاملاً يك ايده‌ي جديد بود. بعد از طراحي اوليه، مروري بر كارهاي ديگران روي بالن‌هاي گازي و هم چنين اثر مگنس انجام گرفت. مقايسه‌اي هم بين بالن‌هاي هليمي موجود با هاور ايركرافت شد. سپس محاسبات طراحي با اندازه‌هاي واقعي انجام شد كه معادلات حاكم هم در آن شامل مي‌شود. براي پيدا كردن نيروي برآي آيروديناميكي و پسا در واقعيت يا نزديك به آن، مدلسازي عددي با نرم افزار انسيس فلوئنت انجام شد. نتايج اين مدلسازي با نتايج تئوري مقايسه شد. سرعت زاويه‌اي لازم براي مدلسازي از محاسبات تئوري به دست آمد و بنابراين خود محاسبات تئوري كار كاملاً لازمي بود. هم‌چنين طراحي‌هاي ديگري مثلاً براي اينكه بالن درست در جهت باد قرار بگيرد و اثر مگنس درست باشد انجام شد كه در متن به آن پرداخته مي‌شود. در نهايت، در اين طرح نيروي برآ در صورت نبود برآي آئروديناميكي اضافي، 155.82 نيوتن به دست آمد ولي برآي آئروديناميكي اضافي 21.17 نيوتن به آن اضافه كرده است، يعني يك افزايش 13 درصدي در نيروي برآ داشته‌ايم و اين موفقيت نسبتاً بزرگي است.

هاور ايركرافت، استوانه‌ي چرخان، بالن گازي، اثر مگنس، برآي آئروديناميكي