کانارد چیست

نویسنده و مترجم: معین پورحسین

کانارد چیست و چرا هر هواپیمایی به آن مجهز نیست؟

قبل از بررسی مقاله باید با نیروهایی که به هواپیمای در حال پرواز وارد میشود آشنا باشیم.

    این چهار نیرو عبارتند از:

وزن(جاذبه): نیرویی که از طرف زمین به جسم وارد میشود.

لیفت(برا): نیروی رو به بالایی که با نیروی جاذبه مقابله میکند.

پیشرانه(رانش): نیروی تولید شده توسط موتور هواپیما که آنرا به جلو هل میدهد.

درگ(پسا): نیروی مقاومتی که هواپیما را به عقب میکشد.

البته این نیروها هنگامی در بالانس میباشند که هواپیما در مسیری مستقیم با شتاب ثابت در حال حرکت میباشد و با اوج گیری و کاهش ارتفاع هواپیما این نیروها دچار تغییر میشوند..

کانارد (در زبان فرانسوی به معنی مرغابی) نوعی بالچه در قسمت جلوی هواپیماست که در هواپیماهایی چون یوروفایتر و رافال  دیده میشود. کانارد ها دو هدف دارند: بهتر کردن و بهبود قابلیت کنترل و مهار هواپیما و همچنین کمک به افزایش نیروی لیفت و جایگزینی تثبیت کننده افقی یا همان بالچه سوار بر دم و در آخر کاهش نیروی درگ.

چگونگی کاهش درگ در کانارد بدین شکل است که کانارد میزان نیروی لیفت که هواپیما نیاز به تولید دارد را کاهش میدهد که موجب کاهش درگ میشود.اما در عوض یک کانارد میتواند باعث از بین رفتن ثبات و همچنین کاهش قدرت بازیابی از استال(واماندگی) شود.

حال بر روی نکات مثبت استفاده از کانارد متمرکز میشویم:

اکثر هواپیماها همچون سسنا 172 از بالچه دم هواپیما برای تثبیت آن استفاده میکنند.در حالی که مرکز ثقل از مرکز لیفت بال جلوترمیباشد و هواپیما تمایل به پایین دادن نوک خود دارد. ولی این تثبیت کننده افقی سوار بر دم به عنوان یک بال کوچک عمل کرده و موجب تولید نیروی لیفت سوی پایین میشود(که نیروی رو به پایین دم نیز نامگذاری شده) و نوک هواپیما را به سوی بالا بر میگرداند.

اما یک نقطه ضعف وجود دارد: بال باید نیروی لیفت کافی برای مقابله با وزن و همچنین نیروی رو به پایین دم تولید کند که این لیفت اضافه که صرف خنثی کردن نیروی دم میشود خود باعث تولید درگ و در نتیجه کاهش کیفیت و کارکرد هواپیما میشود.مثلا اگر هواپیما 2000 پوند وزن و دم نیز 250 پوند نیروی رو به پایین تولید کند بال نیاز به تولید 2250 پوند نیروی لیفت خواهد داشت. این 250 پوند اضافه باعث افزایش درگ و کاهش کیفیت و کارکرد میشود.

کانارد در واقع این بالچه افقی را از روی دم به سوی نوک هواپیما میبرد و مرکز لیفت بال را پشت مرکز سقل قرار میدهد. به منظور بالانس کردن تمایل نوک هواپیما برای پایین رفتن کانارد نیروی لیفت رو به بالا تولید میکند که به بال در مقابله با وزن کمک میکند.در نتیجه درگ کاهش و کیفیت افزایش میابد. برای مثال اگر هواپیما 1300 پوند وزن داشته باشد و کانارد 250 پوند لیفت برای بالانس کردن هواپیما تولید کند آنگاه بال نیاز به تولید تنها 1050 پوند نیروی لیفت خواهد داشت. هواپیمای سسنا باید 2500 پوند تولید کند تا توان پرواز داشته باشد(2250 پوند از بال و 250 پند از بال) که 500 پوند از وزن خود هواپیما بیشتر است. در مقایسه با هواپیمای لانگ ایزی که بدلیل وجود کانارد باید 1300 پوند نیروی لیفت برای پرواز تولید کند که با وزن هواپیما برابر است که باعث کاهش درگ و بهبود کارکرد میشود.

حال به بررسی نقاط ضعف کانارد میپردازیم:

وقتی که پای استال در میان باشد(استال به زبن ساده یعنی زمانی که هواپیمای نیروی جلوبرندگی خود را به چند دلیل از دست می دهد) مسائل کمی پیچیده تر میشود.در هواپیمایی مجهز به تثبیت کننده افقی همچون سسنا 172  اگر ابتدا بال دچار استال شود خلبان هنوز کنترل هواپیما را در دست داشته و آن را از استال خارج میسازد.اگر که بال زودتر دچار استال شود هواپیما به طور طبیعی نوک خود را به سمت پایین میدهد. در هر دو صورت بازیابی از استال ممکن میباشد.

اما اگر هواپیما به جای تثبیت کننده افقی دم به کانارد مجهز باشد در این صورت در شرایطی که بال دچار استال شود مرکز ثقل باعث افتادن بال و دم شده و نوک هواپیما را به سوی بالا میبرد. حال هواپیما در استال شدیدتری قرار میگیرد و دیگر بازیابی از آن ممکن نمیباشد.

برای حل این مشکل باید بال نسبت به کانارد از زاویه حمل بحرانی دورتر باشد.با ساخت بال بزرگتر این کار ممکن میشود و میتوان اطمینان حاصل کرد که بال هیچگاه قبل از استال کانارد به زاویه حمل بحرانی خود نمیرسد. البته بال بزرگتر باعث افزایش وزن و درگ شده و کاهش کیفیت را بدنبال دارد.برای همین جنگنده های که کانارد دارند بال پهن دلتا دارند

کانارد همچنین میتواند هواپیما را بی ثبات کند. در هواپیمای مجهز به تثبیت کننده افقی مانند   سسنا 172 اگر جریان هوا به طور موقت باعث افزایش زاویه حمل هواپیما شود هواپیما با پایین دادن نوک خود به وضعیت اولیه باز میگردد. در این هواپیماها افزایش زاویه حمل نیروی لیفت بال را افزایش میدهد. البته در حقیقت با کاهش زاویه حمل تثبیت کننده افقی نیروی رو به پایین دم را کاهش میدهد.

ولی اگر این شرایط برای یک هواپیمای دارای کانارد پیش بیاید هم کانارد و هم بال لیفت بیشتری تولید میکنند  که اگر این افزایش در کانارد بیشتر باشد نوک هواپیما بیشتر به بالا هدایت میشود.

برای حل این مشکل طراحان از بال بارگیری بالا استفاده میکنند.یعنی کانارد لیفت در فوت مربع بیشتری از بال تولید میکند. که باعث میشود با افزایش زاویه حمل افزایش لیفت تولید شده کمتر از شرایط عادی باشد.

ولی مشکل اینجاست که اینکار باعث تولید درگ بیشتر میشود که طراحان برای مقابله با آن اقلب از کانارد هایی با وطر متوسط بالا بهره میگیرند. یعنی اینکه کانارد را بلند و باریک میسازند. این کار باعث کاهش درگ ولی سختتر شدن ساخت میشود.

با آنکه بال به سمت عقب حرکت کرده وا باعث حذف دم در هواپیما های کانارد دار شده با این حال هنوز به یک تثبیت کننده عمودی که باید قبل از مرکز سقل قرار گیرد نیاز است. بنابراین یا باید قسمت عقب بدنه را کشیده تر ساخت(که باعث برگشت وزن و درگ از دست رفته میشود) ویا باید باید بال ها را کشیده تر ساخته و نوک آنها را به شکل عمودی در آورد که راه حل بهتری میباشد.

کانارد روی کاغذ آسان به نظر میاید. ولی در حقیقت ساخت و طراحی را آنقدر دشوار میکند که برای برخی از سازندگان دشواری آن مزایای آن را پوشانده و از ساخت آن دوری میکنند.ولی حتی ظاهر هواپیما با ساخت کانارد تغییر بسیار کرده و توجه خیلی ها را جلب میکند…..

https://www.boldmethod.com/learn-to-fly/aircraft-systems/canards