نمودار پلار؛ با چه سرعتی پرواز کنم؟

در درس ۱۲ یاد گرفتی هنگام ورود به یک بسته‌ی هوایی تازه چه واکنشی نشان بدهی. حالا سؤال بعدی این است: وقتی داخل آن بسته هستی، با چه سرعتی پرواز کنی تا بهترین نتیجه را بگیری؟ جواب در یک نمودار ساده است: نمودار پلار (polar curve). اگر آن را بفهمی، دیگر سرعتت را حدسی انتخاب نمی‌کنی.

نمودار پلار چیست؟

نمودار پلار دو محور دارد:

• محور افقی: سرعت افقی بال، بر حسب کیلومتر بر ساعت.
• محور عمودی: سرعت عمودی یا سینک (sink)، بر حسب متر بر ثانیه.

هر نقطه روی منحنی یعنی یک سرعت هوایی. آن نقطه می‌گوید با آن سرعت، چقدر جلو می‌روی و چقدر پایین می‌آیی.

نمودار پلار چطور ساخته می‌شود؟

خلبان آزمایشی (تست پایلوت) شرکت سازنده، نمودار را در هوای استاندارد و باد صفر می‌سازد:

1. برک‌ها را پایین می‌آورد تا به سرعتی برسد که اگر کمی بیشتر برک بگیرد، بال استال می‌کند. این همان حداقل سرعت هوایی (min air speed) است.
2. سرعت افقی و عمودی را از روی دستگاه‌های پروازی (instrument) می‌خواند. این اولین نقطه‌ی نمودار است.
3. کمی برک را آزاد می‌کند. سرعت بیشتر می‌شود. دوباره عددها را می‌خواند و نقطه‌ی بعدی به دست می‌آید.
4. همین کار را تا آزاد شدن کامل برک‌ها ادامه می‌دهد.
5. بعد سراغ اسپید سیستم (speed system) می‌رود و قدم‌به‌قدم تا بیشترین سرعت هوایی (Max air speed) پیش می‌رود.

وصل کردن این نقطه‌ها، نمودار پلار آن بال را در باد صفر می‌سازد.

چهار سرعت اصلی

روی هر نمودار پلار چهار نقطه‌ی مهم هست. عددهای جدول از نمودار تقریبی کتاب خوانده شده‌اند. هر بال نمودار خودش را دارد.

با همین عددها حساب کن. در بهترین سرش، نسبت سرش حدود ۹ است. در بیشترین سرعت، حدود ۶ است. یعنی با سرعت کامل، حدود یک‌سوم از مسافتی را که می‌توانستی بروی از دست می‌دهی.

رژیم اول و رژیم دوم

سرعت تریم (trim speed) یعنی سرعتی که بال بدون دخالت خلبان دارد. روی نمودار، سرعت تریم سمت راست min sink قرار دارد. نقطه‌ی min sink نمودار را به دو بخش تقسیم می‌کند:

• رژیم اول: سرعت‌های بیشتر از min sink؛ از min sink تا Max air speed.
• رژیم دوم: سرعت‌های کمتر از min sink؛ از min air speed تا min sink.

«رژیم» یعنی قاعده و روش. «رژیم پروازی» یعنی روشی که خلبان برای هدایت بال، بسته به هدفش انتخاب می‌کند.

رفتار این دو رژیم برعکس هم است:

• در رژیم اول: زاویه حمله را کم کنی (تندتر بروی)، هم سرعت افقی و هم سینک زیاد می‌شوند. زاویه حمله را زیاد کنی (آرام‌تر بروی)، هر دو کم می‌شوند.
• در رژیم دوم: زاویه حمله را زیاد کنی (آرام‌تر بروی)، سینک زیاد می‌شود. زاویه حمله را کم کنی (تندتر بروی)، سینک کم می‌شود.

چرا سینک این‌طور تغییر می‌کند؟

کتاب این را با دو نیرو توضیح می‌دهد. یکی لیفتی که جریان هوا روی بال می‌سازد. دیگری فشاری که طبق قانون سوم نیوتن زیر بال ایجاد می‌شود.

• با اسپید سیستم: جریان هوا (air flow) بیشتر می‌شود و لیفت بالا می‌رود. اما زاویه حمله کم می‌شود. پس سطحی که هوا به زیر بال می‌خورد کوچک‌تر می‌شود و فشار زیر بال کم می‌شود. این کاهش از افزایش لیفت بیشتر است. در مجموع سینک زیاد می‌شود.
• در min sink: این دو نیرو طوری با هم جمع می‌شوند که بال کمترین سینک را نسبت به هوای اطرافش دارد.
• در رژیم دوم: جریان هوا کم می‌شود و لیفت پایین می‌آید. باد نسبی هم کم می‌شود و فشار زیر بال هم کم می‌شود. پس سینک زیاد می‌شود.

منحنی درگ در درس ۴ را هم به یاد بیاور. درگ کل در یک سرعت مشخص کمترین است و بهترین سرش همان‌جا رخ می‌دهد.

کدام رژیم امن‌تر است؟

رژیم اول بازه‌ی سرعت بزرگ‌تری دارد. پس امن‌تر از رژیم دوم است که بازه‌ی کوچکی دارد.

در برخورد با گاست، اگر سرعت هوایی از Max air speed بیشتر شود، خطر تاک هست. اگر از min air speed کمتر شود، خطر استال. در رژیم دوم فاصله‌ی تو تا استال خیلی کم است.

کمترین سینک کجا به کار می‌آید؟

فرض کن بالای نقطه‌ای که ترمال از آن جدا می‌شود گشت می‌زنی و منتظر شروع ترمال هستی. اینجا سرعت را روی min sink تنظیم می‌کنی. به این نوع پرواز، برای نجات از ارتفاع کم، low save هم می‌گویند. در این سرعت کمترین ارتفاع را از دست می‌دهی. فقط یادت باشد که ورتکس‌ها در سرعت کم بزرگ‌ترند و بال حساس‌تر است. پس نرم و دقیق پرواز کن.

خط مسیر و نقطه‌ی مماس

هر سرعت هوایی یک نقطه روی نمودار است. اگر از مرکز نمودار (نقطه‌ی صفر) یک خط صاف تا آن نقطه بکشی، مسیر پرواز (fly path) آن سرعت به دست می‌آید. هرچه این خط صاف‌تر (کم‌شیب‌تر) باشد، دورتر به زمین می‌رسی.

حالا از مرکز، خطی بکش که فقط در یک نقطه به منحنی مماس شود؛ یعنی لمسش کند ولی از آن رد نشود. این صاف‌ترین خط ممکن است. نقطه‌ی تماس همان بهترین نسبت سرش است.

در شکل کتاب، چند خلبان از یک ارتفاع با سرعت‌های مختلف پرواز می‌کنند. خلبانی که با best glide ratio پرواز می‌کند، از همه دورتر به زمین می‌رسد.

وقتی هوا ساکن نیست

نمودار پلار در باد صفر ساخته می‌شود. اما هوای واقعی حرکت می‌کند. کتاب یک روش ساده می‌دهد:

نقطه‌ی شروع خط را از مرکز نمودار جابه‌جا کن؛ به اندازه‌ی باد و به سمتی که باد از آن می‌آید. بعد از نقطه‌ی تازه، خطی مماس بر منحنی بکش. نقطه‌ی تماس، بهترین سرعت برای بیشترین مسافت نسبت به زمین است.

باد روبه‌رو: تندتر برو

فرض کن در بسته‌ای با باد ۲۵ کیلومتر بر ساعت، رو به باد پرواز می‌کنی. نقطه‌ی شروع را ۲۵ واحد به راست مرکز، روی محور افقی می‌بری. از آن‌جا خطی مماس بر نمودار می‌کشی. در نمودار کتاب، نقطه‌ی تماس حدود ۴۸ کیلومتر بر ساعت است؛ خیلی تندتر از بهترین سرش در باد صفر.

با عددهای تقریبی حساب کن:

• با ۳۷ کیلومتر بر ساعت: سرعت زمینی ۱۲ کیلومتر بر ساعت است. نسبت سرش نسبت به زمین حدود ۳ می‌شود.
• با ۴۸ کیلومتر بر ساعت: سرعت زمینی ۲۳ کیلومتر بر ساعت است. نسبت سرش نسبت به زمین حدود ۳٫۷ می‌شود.

یعنی با تندتر رفتن، حدود ۲۰ درصد بیشتر جلو می‌روی. هرچه باد قوی‌تر باشد، باید تندتر بروی. تنها راه تندتر رفتن، کم کردن زاویه حمله است: رها کردن برک، استفاده از اسپید سیستم، یا در پرواز دونفره (tandem) باز کردن تریمر.

باد پشت: کمی آرام‌تر برو

حالا پشت به بادی ۲۰ کیلومتری پرواز می‌کنی. نقطه‌ی شروع ۲۰ واحد به چپ مرکز، روی محور افقی است. نقطه‌ی تماس به سمت min sink می‌رود. پس باید با کمی برک، زاویه حمله را زیاد و سرعت هوایی را کم کنی.

منطقش ساده است. سوخت گلایدر ارتفاع است. باد پشت به سرعت تو اضافه شده و پیشروی‌ات خوب است. پس بهتر است ارتفاع را ذخیره کنی. هرچه باد پشت قوی‌تر باشد، بهترین سرعت به min sink نزدیک‌تر می‌شود؛ اما همچنان در رژیم اول می‌ماند.

جریان بالارونده: آرام‌تر برو

وارد هوایی شده‌ای که با سرعت ۲ متر بر ثانیه بالا می‌رود. نقطه‌ی شروع ۲ واحد پایین‌تر از مرکز، روی محور عمودی است. نقطه‌ی تماس به سمت سرعت‌های کمتر می‌رود.

منطقش این است: با سرعت کمتر، زمان بیشتری در منطقه‌ی بالارونده می‌مانی. ارتفاع بیشتری می‌گیری و بعد مسافت بیشتری می‌روی. اگر جریان بالارونده قوی‌تر شود، بهترین سرعت حتی وارد رژیم دوم می‌شود.

جریان پایین‌رونده: تندتر برو

وارد هوایی شده‌ای که با ۲ متر بر ثانیه پایین می‌رود. نقطه‌ی شروع ۲ واحد بالاتر از مرکز، روی محور عمودی است. نقطه‌ی تماس به سمت سرعت‌های بیشتر می‌رود؛ در نمودار کتاب حدود ۴۸ کیلومتر بر ساعت.

پس سرعت هوایی را زیاد کن تا زودتر از منطقه‌ی سینک بیرون بروی. هرچه هوای نزولی قوی‌تر باشد، باید با کم کردن زاویه حمله تندتر بروی.

ترکیب باد و ترمال

در هوای واقعی، این‌ها با هم ترکیب می‌شوند. کتاب یک مثال می‌زند: باد روبه‌روی ۲۰ کیلومتر بر ساعت همراه با جریان بالارونده‌ی ۱ متر بر ثانیه. پس نقطه‌ی شروع ۲۰ واحد به راست و ۱ واحد به پایین می‌رود.

در نمودار تقریبی کتاب، خط مماس از این نقطه افقی است و درست به min sink می‌خورد. یعنی باید با سرعت کمترین سینک پرواز کنی. در این حالت، ۱ متر سینک تو با ۱ متر هوای بالارونده خنثی می‌شود. ارتفاع از دست نمی‌دهی و آرام جلو می‌روی.

اسلایدر باد روبه‌رو را زیاد کن و ببین نقطه‌ی مماس به سمت سرعت‌های بیشتر می‌رود. بعد جریان بالارونده را زیاد کن و ببین به کدام سمت حرکت می‌کند.

یک سینک، دو سرعت

یک خط افقی روی نمودار بکش. این خط یعنی یک سینک ثابت. می‌بینی که نمودار پلار را در دو نقطه قطع می‌کند. پس بال می‌تواند با دو سرعت افقی مختلف، سینک یکسانی داشته باشد. تو بسته به هدفت یکی را انتخاب می‌کنی.

مثال: فرود روی بالای کوه (topland). اینجا سرعت هوایی را کم می‌کنی و وارد رژیم دوم می‌شوی. سرعت افقی کم می‌شود و سینک زیاد می‌شود. این همان چیزی است که برای نشستن روی یک نقطه‌ی کوچک لازم داری.

وزن، نمودار را جابه‌جا می‌کند

تغییر وزن کل، داخل رنج وزنی بال، نسبت سرش را عوض نمی‌کند. فقط سرعت را تغییر می‌دهد:

• وزن کمتر: نمودار بدون تغییر شکل، به سمت مرکز نمودار جابه‌جا می‌شود.
• وزن بیشتر: نمودار در امتداد خطی که از مرکز می‌گذرد، از مرکز دور می‌شود.

برای همین نقطه‌ی بهترین سرش روی همان خط مماس می‌ماند؛ فقط دورتر یا نزدیک‌تر می‌نشیند. پس نسبت سرش ثابت است.

نتیجه‌ی مهمش این است: خلبان سنگین‌تر سرعت‌های بیشتری را تجربه می‌کند. بال سنگین‌تر در سرعت بیشتری هم استال می‌کند. رابطه‌ی وزن و سرعت نفوذ را در درس ۱۳ دیدی.

نکته‌های کلیدی

• نمودار پلار نشان می‌دهد در هر سرعت افقی، چقدر سینک داری. در باد صفر ساخته می‌شود.
• چهار سرعت اصلی: min air speed، min sink، best glide ratio و Max air speed.
• کمترین سینک یعنی بیشترین زمان در هوا. بهترین سرش یعنی بیشترین مسافت.
• رژیم اول (تندتر از min sink) امن‌تر است. در هوای آشفته در رژیم اول بمان.
• خط مماس از مرکز، بهترین سرش را نشان می‌دهد. در باد یا جریان عمودی، نقطه‌ی شروع را به سمتی که باد از آن می‌آید جابه‌جا کن.
• باد روبه‌رو و هوای نزولی: تندتر. باد پشت و هوای بالارونده: آرام‌تر، ولی با حفظ ایمنی.
• داخل رنج وزنی، وزن بیشتر نسبت سرش را عوض نمی‌کند؛ فقط همه‌ی سرعت‌ها، از جمله سرعت استال، بیشتر می‌شوند.

خودت را بسنج

واژه‌های این درس

• نمودار پلار (polar curve): نمودار سینک بر حسب سرعت افقی.
• کمترین سینک (min sink): سرعتی با کمترین افت ارتفاع.
• بهترین نسبت سرش (best glide ratio): سرعتی با بیشترین مسافت به ازای ارتفاع.
• رژیم پروازی: روشی که خلبان بسته به هدفش برای سرعت انتخاب می‌کند.
• مسیر پرواز (fly path): خطی از مرکز نمودار تا نقطه‌ی سرعت.
• فرود روی بالای کوه (topland): نشستن در ارتفاع، روی کوه.
• نقطه‌ی استال (stall point): مرزی که پس از آن بال استال می‌کند.

این درس بر پایه کتاب «مقدمه‌ای بر تئوری پرواز با پاراگلایدر» نوشته مجید سرمستی بازنویسی و تکمیل شده است.