تحلیل پرواز پروانه حین اوج گیری(Take off)

در این مقاله زوایای مختلفی از بدن پروانه مورد بحث قرار گرفته است. از این قبیل می توان از زاویه پر زدن (Flapping Angle) سخن به میان آورد که همان زاویه تغییر بال در زمان پرواز است. زاویه مورد بحث دیگر زاویه حمله (Pitch Angle) است که زاویه بین راستای سر پروانه با افق است. زاویه بعدی زاویه شکمی (Abdomen Angle) است که زاویه بین شکم و راستای سر است.

در حین اوج گیری، مراحل مختلف بال زدن و تغییر زوایای فوق نقش مهمی را بازی می کنند. بهتر است دو تعریف بال زدن به طرف پایین (Downstroke) و بال زدن به طرف بالا (Upstroke) را نیز مد نظر قرار دهیم. با این تفاسیر به تحلیل پرواز پروانه در حین اوج گیری خواهیم پرداخت:

اوج گیری پروانه را به دو قسمت بال زدن به طرف بالا و بال زدن به طرف پایین تقسیم می کنیم. در بال زدن به طرف بالا، همانطور که در شکل زیر نیز می بینید، زاویه حمله کم شده و زاویه شکمی نیز تا اندازه ای تغییر می کند که حتی به مقادیر منفی نیز می گراید (توجه کنید در 30 میلی ثانیه). این بالا رفتن شکم باعث می شود که بال زدن پروانه به طرف پایین منجر به به وجود آمدن نیروی برا برای بلند شدن از روی سطح شود. تا 50 میلی ثانیه این بال زدن به طرف پایین این عمل را انجام می دهد.

حال به قسمت پایینی تصویر توجه کنید. این مرحله، مرحله بال زدن به طرف بالاست که ایجاد نیروی پیشرانه (Propulsion) می کند. اما همانطور که در تصویر می بینید، زاویه شکمی و زاویه حمله به شدت افزایش می یابد. به طوری که بدن جانور به حالت عمودی قرار می گیرد. این وضعیت جانور به او این امکان را می دهد که با بال زدن به طرف بالا (و یا در اصل، بال زدن به طرف عقب) تولید نیروی پیشرانه کند. بدین صورت است که پروانه با بال زدن به طرف پایین و بالا و تغییر زوایای حمله و شکمی، تولید نیرو های لازم برای بلند شدن و جلو رفتن می کند.

این عکس(عکس زیر) توسط یک سامانه دوربین سه بعدی سرعت بالا در هر 10 میلی ثانیه (Three-dimentional high-speed camera system) گرفته شده است.

نکته حایز اهمیت این است که تولید نیروی برا حین بال زدن به طرف پایین به وسیله تولید جریان های گردابه ای حول بال است که در تصویر زیر این امواج را که به وسیله نرم افزار (Fluent) به دست آمده است می توانید ببینید:

نویسنده:محمدرضا محرری