سرعة الهواء

في مجال الطيران ، تُعرف سرعة الطائرة الجوية بأنها سرعتها بالنسبة للهواء الذي تحلق فيه (والذي يتحرك عادةً بالنسبة للأرض بفعل الرياح). في المقابل، تُعرف السرعة الأرضية بأنها سرعة الطائرة بالنسبة لسطح الأرض (سواء فوق اليابسة أو فوق مسطح مائي يُفترض سكونه). يصعب قياس السرعة الجوية الحقيقية للطائرة بدقة، ولكن هناك مقاييس أخرى للسرعة الجوية، مثل السرعة الجوية المُشار إليها ورقم ماخ، تُقدم معلومات مفيدة حول قدرات الطائرة وحدود أدائها. من المقاييس الشائعة للسرعة الجوية: ^{[ 1 ]}

• السرعة الجوية المشار إليها (IAS)، وهي ما يتم قراءته على مقياس السرعة الجوية المتصل بنظام بيتوت-ستاتيك .
• سرعة الهواء المعايرة (CAS)، سرعة الهواء المشار إليها المعدلة وفقًا لوضع نظام بيتوت وخطأ التركيب.
• السرعة الجوية الحقيقية (TAS) هي السرعة الفعلية التي تتحرك بها الطائرة في الهواء. وعند دمجها مع اتجاه الطائرة وسرعة الرياح واتجاهها، يمكن استخدامها لحساب السرعة الأرضية واتجاهها.
• السرعة الجوية المكافئة (EAS) هي حاصل ضرب السرعة الجوية الحقيقية في نسبة كثافة الجذر. وهي طريقة مفيدة لحساب الأحمال الديناميكية الهوائية وأداء الطائرة عند السرعات المنخفضة عندما يمكن اعتبار التدفق غير قابل للانضغاط.
• رقم ماخ هو مقياس لمدى سرعة تحليق الطائرة بالنسبة لسرعة الصوت.

عادةً ما يتم قياس سرعة الطائرة وعرضها على متنها بواسطة مؤشر سرعة جوية (ASI) متصل بنظام بيتوت-ستاتيك . يتألف نظام بيتوت-ستاتيك من مسبار بيتوت واحد أو أكثر (أو أنابيب) موجهة نحو تدفق الهواء لقياس ضغط بيتوت (المعروف أيضًا بضغط الركود أو الضغط الكلي أو ضغط الصدم )، ومنفذ أو أكثر لقياس الضغط الساكن في تدفق الهواء. يقارن مؤشر السرعة الجوية هذين الضغطين لعرض قراءة السرعة الجوية المُقاسة (IAS). صُممت مؤشرات السرعة الجوية لعرض السرعة الجوية الحقيقية عند ضغط مستوى سطح البحر ودرجة الحرارة القياسية . عندما ترتفع الطائرة في هواء أقل كثافة، تكون سرعتها الجوية الحقيقية أكبر من السرعة الجوية المعروضة على مؤشر السرعة الجوية.

عادة ما تكون سرعة الهواء المعايرة في حدود بضع عقد من سرعة الهواء المشار إليها، بينما تنخفض سرعة الهواء المكافئة قليلاً عن سرعة الهواء المعايرة مع زيادة ارتفاع الطائرة أو عند السرعات العالية.

تُقاس سرعة الهواء عادةً بالعقدة (kn). منذ عام 2010، توصي منظمة الطيران المدني الدولي (ICAO) باستخدام الكيلومترات في الساعة (كم/س) لقياس سرعة الهواء (والأمتار في الثانية لقياس سرعة الرياح على المدرجات)، ولكنها تسمح باستخدام معيار العقدة كوحدة قياس فعلية، ولم تحدد تاريخًا نهائيًا للتوقف عن ذلك. ^{[ 2 ]}

بحسب بلد الصنع أو الحقبة الزمنية في تاريخ الطيران، تُضبط مؤشرات سرعة الهواء على لوحات أجهزة الطائرات لعرض السرعة بالعقدة أو الكيلومتر في الساعة أو الميل في الساعة. ^{[ 3 ]} وفي الطيران على ارتفاعات عالية، يُستخدم أحيانًا رقم ماخ للإبلاغ عن سرعة الهواء.

السرعة الجوية المُشار إليها (IAS) هي قراءة مؤشر السرعة الجوية (ASIR) غير المصححة لأخطاء الأجهزة والموقع وغيرها. وفقًا لتعريفات وكالة سلامة الطيران الأوروبية (EASA) الحالية: السرعة الجوية المُشار إليها تعني سرعة الطائرة كما تظهر على مؤشر السرعة الجوية الثابت (بيتوت) المُعاير ليعكس التدفق الجوي القياسي الأديباتي القابل للانضغاط عند مستوى سطح البحر، دون تصحيح لأخطاء نظام السرعة الجوية. ^{[ 4 ]}

مؤشر سرعة الهواء هو مقياس فرق الضغط، حيث تُقاس قراءة الضغط بوحدات السرعة، وليس الضغط. تُحسب سرعة الهواء من الفرق بين ضغط الهواء المتدفق من أنبوب بيتوت، أو ضغط الركود ، والضغط الساكن . يُركّب أنبوب بيتوت مواجهًا للأمام، ويُقاس الضغط الساكن عادةً عند منافذ الضغط الساكن على أحد جانبي الطائرة أو كليهما. أحيانًا، يُدمج مصدرا الضغط في مسبار واحد، يُسمى أنبوب بيتوت-ساكن . يُعاني قياس الضغط الساكن من الخطأ نظرًا لعدم إمكانية وضع منافذ الضغط الساكن في مواضع يكون فيها الضغط مساويًا للضغط الساكن الحقيقي عند جميع سرعات الهواء وأوضاع الطائرة. يُصحح هذا الخطأ بتصحيح خطأ الموضع (PEC)، ويختلف باختلاف الطائرات وسرعات الهواء. كما تُعدّ أخطاء إضافية بنسبة 10% أو أكثر شائعة إذا كانت الطائرة تُحلّق في ظروف طيران غير منسقة.

سرعة الهواء المعايرة (CAS) هي سرعة الهواء المشار إليها بعد تصحيحها لأخطاء الجهاز، وخطأ الموضع (بسبب الضغط غير الصحيح عند المنفذ الساكن) وأخطاء التركيب.

يتم حساب قيم سرعة الهواء المعايرة الأقل من سرعة الصوت عند مستوى سطح البحر القياسي (661.4788 عقدة) على النحو التالي:

${\displaystyle V_{c}=a_{0}{\sqrt {{\bigg (}{\frac {2}{\gamma -1}}{\bigg )}{\Bigg [}{\bigg (}{\frac {q_{c}}{p_{0}}}+1{\bigg )}^{\frac {\gamma -1}{\gamma }}-1{\Bigg ]}}}}$تصحيح أخطاء الوضع والتركيب الناقص.

أين

${\displaystyle V_{c}\,}$هي سرعة الهواء المعايرة،

${\displaystyle a_{0}\,}$هي سرعة الصوت عند مستوى سطح البحر القياسي

${\displaystyle \gamma \,}$هي نسبة الحرارة النوعية (1.4 للهواء)

${\displaystyle q_{c}\,}$هو ضغط الصدمة ، الفرق بين الضغط الكلي والضغط الساكن

${\displaystyle p_{0}\,}$هو ضغط الهواء الساكن عند مستوى سطح البحر القياسي

يستند هذا التعبير إلى صيغة معادلة برنولي المطبقة على التدفق الانضغاطي متساوي الإنتروبيا. تُعادل سرعة الهواء السعوية (CAS) سرعة الهواء الحقيقية عند مستوى سطح البحر في الظروف القياسية، ولكنها تصبح أصغر نسبيًا من سرعة الهواء الحقيقية كلما ارتفعنا إلى ضغط منخفض وهواء أكثر برودة. ومع ذلك، تظل مقياسًا جيدًا للقوى المؤثرة على الطائرة، مما يعني إمكانية تحديد سرعات التوقف على مؤشر سرعة الهواء. القيم لـ${\displaystyle p_{0}}$و${\displaystyle a_{0}}$تتوافق مع معايير ISA ، أي الظروف التي يتم في ظلها معايرة مؤشرات سرعة الهواء.

السرعة الجوية الحقيقية ( TAS ؛ وتُعرف أيضًا بالعقدة الجوية الحقيقية ) للطائرة هي سرعتها بالنسبة للهواء الذي تحلق فيه. وتُشكل السرعة الجوية الحقيقية واتجاه الطائرة سرعتها بالنسبة للغلاف الجوي.

قياس السرعة الجوية الحقيقية

يتم حساب السرعة الجوية الحقيقية من السرعة الجوية المعايرة على النحو التالي ^{[ 1 ]}

${\displaystyle V=V_{c}{\sqrt {\theta {\frac {(1+q_{c}/p)^{(\gamma -1)/\gamma }-1}{(1+q_{c}/p_{0})^{(\gamma -1)/\gamma }-1}}}}}$

أين

${\displaystyle V\,}$هي السرعة الجوية الحقيقية

${\displaystyle \theta \,}$هي نسبة درجة الحرارة، أي درجة الحرارة المحلية مقارنة بدرجة الحرارة القياسية عند مستوى سطح البحر.${\displaystyle T/T_{0}}$

تتضمن بعض مؤشرات سرعة الهواء مقياس السرعة الجوية الحقيقية (TAS)، والذي يتم ضبطه بإدخال درجة حرارة الهواء الخارجي وارتفاع الضغط. بدلاً من ذلك، يمكن حساب السرعة الجوية الحقيقية باستخدام حاسبة طيران E6B أو ما يعادلها، وذلك بإدخال السرعة الجوية المصححة (CAS) ودرجة حرارة الهواء الخارجي (OAT) وارتفاع الضغط.

تُعرَّف السرعة الجوية المكافئة (EAS) بأنها سرعة الهواء عند مستوى سطح البحر في الغلاف الجوي القياسي الدولي ، حيث يكون الضغط الديناميكي (غير القابل للانضغاط) مساويًا للضغط الديناميكي عند السرعة الجوية الحقيقية (TAS) والارتفاع الذي تحلق فيه الطائرة. أي أنها تُعرَّف بالمعادلة التالية:

${\displaystyle {\frac {1}{2}}\rho _{0}{V_{e}}^{2}={\frac {1}{2}}\rho V^{2}}$

أين

${\displaystyle V_{e}\,}$سرعة جوية مكافئة

${\displaystyle V\,}$هي السرعة الجوية الحقيقية

${\displaystyle \rho \,}$هي كثافة الهواء على الارتفاع الذي تحلق فيه الطائرة حاليًا؛

${\displaystyle \rho _{0}\,}$هي كثافة الهواء عند مستوى سطح البحر في الغلاف الجوي القياسي الدولي (1.225  كجم/م ³ أو 0.00237 slug/ft3 ⁾ .

وبعبارة أخرى، ^{[ 5 ]}

${\displaystyle V_{e}\equiv V{\sqrt {\sigma }}}$

أين

${\displaystyle \sigma }$هي نسبة الكثافة، أي${\displaystyle {\frac {\rho }{\rho _{0}}}}$

رقم ماخ${\displaystyle M}$يُعرَّف بأنه

${\displaystyle M={\frac {V}{a}}}$

أين

${\displaystyle V\,}$هي السرعة الجوية الحقيقية

${\displaystyle a\,}$هي سرعة الصوت المحلية

يمكن حساب كل من رقم ماخ وسرعة الصوت باستخدام قياسات ضغط الصدمة والضغط الساكن ودرجة حرارة الهواء الخارجي .

• توصيات منظمة الطيران المدني الدولي (إيكاو) بشأن استخدام النظام الدولي للوحدات
• الاختصارات والمصطلحات في إلكترونيات الطيران
• أجهزة الطيران
• سرعة المناورة
• سرعات V

• جلاورت، هـ. (1947). "2" . عناصر نظرية الجنيح والمروحة الهوائية . مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 9781139241953.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
• ويليام جرايسي (مايو 1980). قياس سرعة الطائرة وارتفاعها (ملف PDF) . ناسا.
• فهم أداء الطائرات (ملف PDF) . دعم عمليات الطيران والمساعدة الخطية. خدمات عملاء إيرباص. يناير 2002.

• كيفن براون. "السرعات الجوية الحقيقية والمكافئة والمعايرة" . صفحات الرياضيات .