සැහැල්ලු ගුවන්යානා නිර්මාණය හතරවන කොටස
මේ මගේ දුරස්ථ පාලක ගුවන් යානා පිලිබඳව පලවන හතරවන ලිපිය .පලවෙනි දෙවනි ලිපි වලින් ගුවන් යානයක් නිර්මාණය කර ගන්නා ආකරය පිළිබඳවද තුන්වන ලිපියෙන් multicopter එකක් නිර්මාණය කර ගන්නා ආකාරය පිළිබඳවද කතා කලා.මේ ලිපියෙන් මම අද කියන්න යන්නෙ වායු ගතිකය (Aerodynamics) පිළිබඳව .Aerodynamics නැත්නම් ගුවන් යානා ඉහල යන ආකාරය පිළිබඳව විශේෂ දැනුමක් දුරස්ථ පාලක ගුවන් යානා නිර්මාණයේදී අවශ්‍ය නැති වුවත් ගැටලු විසදීමේදී එවැනි දැනුමක් තිබීම ඉතාම ප්‍රයෝජනවත් .වායු ගති නියමයන්ට අනුකූලව ගුවන් යානාව නිර්මාණය වූයේ නැත්නම් ගුවන්ගත කරන්න බැහැ.
ඒ නිසා පොඩි හෝ දැනුමක් අවශ්‍ය වෙනවා. වායුගතිකය ගැන කතා කිරීමේදී ප්‍රධාන බල 4ක් දක්වන්න පුළුවන් .ඉසිලුම් බලය(Lift force), බර( Weight ), ප්‍රතිරෝධය (Drag),තෙරපුම් බලය(Thrust ). මෙම බල වල සමතුලිතතාවය නිසා තමයි යානවක් ගමන් කරන්නෙ. lift කියලා කියන්නේ යානාවක ඉසිලුම් බලය. ගුවන් යානයක් ඉහලට යාමට අවශ්‍ය බලය ලබා දෙන්නේ ගුවන් යානයේ තටුව(wing) මගින්. ගුවන් යානය ඉදිරියට ගමන් කිරීමේදී wing එකේ ඉහල සහ පහල ඇතිවන පීඩන වෙනස නිසා තමයි ගුවන් යානය ඉහලට යාමට අවශ්‍ය බලය ඇතිවන්නේ. ඒ වගේම ගුවන් යානයේ බරත් ප්‍රධාන බලයක් .ගුවන් යානයේ බරට ඉසිලුම් බලය සමානනම් තිරස්ව ගමන් කරනවා.ඉසිලුම් බලය බරට වඩා වැඩිනම් ඉහල නගිනවා.මේ තටුව දෙපස පීඩන වෙනස ඇති වීමටනම් ගුවන් යානය ඉදිරියට ගමන් කල යුතුයි .ඉදිරියට ගමන් කිරීමට අවශ්‍ය බලය තමා තෙරපුම් බලය(thrust ) .එන්ජිමක් හෝ මෝටරයක් මගින් අවරපෙත්තක් (propeller ) කරකැවීමෙන් මෙම තෙරපුම් බලය ලබා ගන්නවා. තෙරපුම් බලයට විරුද්ධව ඇති වන බලය තමා ප්‍රතිරෝධ බලය.වායු ප්‍රතිරෝධය,ඝර්ෂණ ප්‍රතිරෝධය වැනි කරුණු නිසා ගුවන් යානය ඉදිරියට ගමන් කිරීමට විරුද්ධව පිටුපසට බලයක් ඇති වෙන්වා.මෙය ප්‍රතිරෝධ බලයයි.ගුවන් යානයේ තෙරපුම් බලය ප්‍රතිරෝධ බලය ඉක්මවා යනවනම් ඉදිරියට යාම (ත්වරණය )ආරම්භ වෙනවා.ගුවන් යානය තිරස් මට්ටමක එක්ම ප්‍රවේගයෙන් ගමන් ගන්නා විට මෙම බල 4 සමතුලිතතාවයේ පවතිනවා.මේව තමයි ගුවන් යානයක ඇතිවන ප්‍රධාන බල හතර. දැන් බලමු යානාවක ඉසිලුම්බලය ඇතිවෙන්නෙ කොහොමද කියලා.ගුවන් යානවක තටුව(Wing) විශේෂ හැඩයකින් නිර්මාණය කර ඇති බව ඔබ දැකලා ඇති.මේ හැඩයට කියන්නෙ Aerofoil shape. මෙහිදී තටුවේ පහල පෙදෙසට වඩා ඉහල පෙදෙස තරමක් වක්‍රාකාර හැඩයක් ගන්නවා.(දෙපසම සමාන තටුද ඇත.semmetrical wings) දැන් යානවෙ තටුවේ ඉදිරි කෙලවරට (leading edge ) පැමිණෙන වායු අන්ශු දෙකක් සලකමු.එම වායු අන්ශු දෙක ඉදිරි කෙලවරින් වෙන්වී පසුපස කෙලවරින් (trailing edge) නැවත එකට ගමන් කල යුතු බව උපකල්පනය කරන්න.තටුවේ ඉහල පෙදෙස වක්‍රාකාර වැඩිනම් එක අන්ශුවක් තටුව පහලින් යන අන්ශුවට වඩා වැඩිදුරක් ගමන් කල යුතු බව ඔබට වැටහෙනවා ඇති.එනම් තටුව පහලින් ගමන් කරන වායු අන්ශුන්ට වඩා ඉහලින් ගමන් කරන වායු අන්ශුවල වේගය වැඩියී.ඒ නිසා තටුවේ ඉහල පීඩනය පහල පීඩනයට වඩා අඩු වෙන්වා.මේ නිසා පීඩන අන්තරයක් හට ගන්නවා.පීඩන අන්තරය නිසා ඉහලට බලයක් (lift) ඇති වෙනවා.මෙම ක්‍රියාදාමය මුලින්ම පැහැදිලි කලේ බර්නූලි නැමති විද්‍යාඥයා.ඒ නිසා එය bernaoulli’s theorem ලෙස හදුන්වනවා . ඒ වගේම මීට අමතරව ඉසිලුම්බලය සදහා බලපාන තව කාරණයක් තිබෙනවා .ගුවන් යානයේ තටුව බදට(fuselage) යම්කිසි කෝණයකින් සවිවී ඇති බව ඔබ දැක ඇති.මෙම කෝණය අපි ප්‍රහාරයක කෝණය (angle of attack -AOA) ලෙස හදුන්වනවා .මෙහිදී සිදුවෙන්නෙ ඉහත සදහන් කල පීඩන වෙනස වෙනස වැඩි කිරීමයි.තටුව යම්කිසි කෝණයකින් ඇතිවිට තටුව යටින් යන වායු අන්ශු වලට අමතර ප්‍රතිරෝධයක් ඇතිවී වේගය අඩුවීමක් සිදුවෙනවා.එවිටද පීඩන අන්තරය විශාලවී ඉසිලුම් බලය වැඩි වෙනවා.ඔබ දුම්රියක ගමන් කරනවිට ජනේලයෙන් අත එලියට යොමු කර ඇති.තිරස්විට දැනෙනවාට වඩා වැඩි ප්‍රතිරෝධයක් අල්ල සිරස් කල විට දැනෙන බව අත්විඳ අති.මෙ ආකාරයෙන්ම ප්‍රහාරක කෝණය වැඩි කරන විට ප්‍රතිරෝධ බලයද කෙමෙන් වැඩි වෙනවා.නමුත් ඒ ආකරයෙන්ම ඉසිලුම් බලයද එක්තරා උපරිම මට්ටමක් දක්වා වැඩි වෙනවා.උපරිම මට්ටමෙන් පසුතවදුරටත් AoA වැඩි කිරීමේදී ප්‍රතිරෝධ බලය සීඝ්‍ර ලෙස ඉහල යනවා.මෙය අපි stall වීම ලෙස හදුන්වනවා .මෙවැනි කරුණු දුරස්ථ පාලක යානා නිර්මාණය කිරීමේදී දැන සිටීම ඉතාම වැදගත් .
අපි ගුවන් යානාවක ඇතිවන බල ඒවගේම ඉසිලුම්බලය ඇතිවන ආකාරය පිලිබඳව ඉගෙනගත්තා.මෙය සූත්‍රයක් මගින්ද ඉදිරිපත් කරන්න පුළුවන් . L= 1/2pV2SCL L=ඉසිලුම්බලය (lift force ) CL=ඉසිලුම් බල සංගුණකය (lift coefficient ) p= වාතයේ ඝණත්වය (density ) v= තටුවට සාපේක්ෂ වායු ප්‍රවේගය (relative velocity ) S= තටුවේ සඵල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය (Effective area/Surface ) ඉසිලුම්බල සංගුණකය – මෙය තටුවේ aerofoil හැඩයට ආවේණික ගති ලක්ෂණවල බලපෑම පෙන්නුම් කරනු ලබන සංගුණකයයි.මෙය අපි කලින් කතාකල ප්‍රහාරක කෝණය සමග සමානුපාතික හැසිරීමක් පෙන්නනවා.මෙය පිළිබඳව වැඩිදුර විග්‍රහ කිරීම අවශ්‍ය වන්නේ නැහැ. වාතයේ ඝණත්වය- වාතයේ ඝණත්වයද අනුලෝම සමානුපාතිකයක් පෙන්වනවා ඉසිලුම්බලය සමග.ඒ කියන්නේඝණත්වය වැඩිවන විට වැඩි ඉසිලුම්බලයක් ලැබෙනවා.වායුගෝලයේ ඉහලට යාමේදී වායු ඝනත්වය අඩුවන නිසා ඉසිලුම් බලයද අඩු වෙනවා.නමුත් දුරස්ථ පාලක යානා නිර්මාණයේදී මෙය එතරම් බලපාන ගැටලුවක් නොවේ. සාපේක්ෂ වායුප්‍රවේගය- මෙයනම් අපිට බලපාන කාරණයක් .තටුවට ලැබෙන වායුප්‍රවේගය වැඩි වීමේදී ඉසිලුම්බලය වැඩි වෙනවා.ප්‍රවේගයේ කුඩා වෙනසකින් වුවද ඉසිලුම්බලයේ විශාල වෙනසක් ඇතිවෙන්වා ප්‍රවේගයේ වර්ගය තිබීමෙන්.දැන් ඔබට වැටහෙනවා ඇති යානයක් ගුවන් ගත වීමට පෙර යම් දුරක් ගමන් කිරීමට හේතුව.ඉසිලුම්බලය ලබා ගැනීමට අවශ්‍ය සාපේක්ෂ වායුප්‍රවේගය ලැබෙන තෙක් යානාව ගමන් කලයුතු වෙනවා. සඵල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය- තටුව මගින්් වාතය මත ක්‍රියා කරන සඵල වර්ගඵලයයි.මෙහිදී aerofoil හැඩයේ පෘෂ්ඨයේ වර්ගඵලය නොසලකා හරිනු ලබයි.මෙයද L සමග අනුලෝම සමානුපාතිකයක්.ඒ කියන්නෙ තටුව විශාල වන තරමට ඉසිලුම්බලය වැඩි වෙනවා.පලල හෝ දිග වැඩි කිරීමෙන් මෙම සඵල පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය වැඩි කිරීම සිදු කරන්න පුළුවන් . ගුවන් යානාවක ප්‍රතිරෝධ බලය ගැන කතාකිරීමේදී ප්‍රතිරෝධ බලය ඝර්ෂණ ප්‍රතිරෝධය සහ පීඩන ප්‍රතිරෝධය යන දෙකේම එකතුවෙන් නිර්මාණය වෙනවා.ප්‍රතිරෝධ සංගුණකය සැලකීමේදී එයද ඝර්ෂණ ප්‍රතිරෝධය (Cd) සහ ප්‍රේරිත ප්‍රතිරෝධය (Cdi) මගින් නිර්මාණය වෙනවා.මෙහිදී මම කතාකරන්න යන්නෙ Cdi නැත්නම් ප්‍රේරිත ප්‍රතිරෝධය පිළිබඳව . ප්‍රේරිත ප්‍රතිරෝධය දර්ශ අනුපාතය(Aspect Ratio) සමග ප්‍රතිලෝමව සමානුපාතික වෙනවා. දැන් බලමු මොකක්ද මේ Aspect Ratio කියලා.ගුවන් යානයේ තටුවේ දිග(wing span) තටුවේ පළලින් (chord) බෙදීමෙන් මෙම AR අගය ලැබෙනවා.විශාල දිගක් සහ කුඩා පළලක් සහිත තටුවක AR විශාල අගයක්.gliders වල ඔබ දැක ඇති දිගැති තටුවක් තිබෙන බව.ඒ වගේම කුඩා දිගක් සහ විශාල පළලක් සහිත තිකෝණාකාර (delta wing) තටුවක AR කුඩා අගයක්.AR ප්‍රේරිත ප්‍රතිරෝධය සමග ප්‍රතිලෝම සමානුපාතික නිසා AR වැඩි වීමේදී ප්‍රතිරෝධ බලය අඩුවෙනවා.AR අගය අඩු වීමේදී ප්‍රතිරෝධ බලය වැඩි වෙනවා.එසේනම් glider වැනි දිගැති wings සහිත යනාවලට වඩා තටුව පලල් යානාවල ප්‍රතිරෝධය වැඩි වැඩි බව ඔබට වැටහෙනවා ඇති.ප්‍රතිරෝධය අඩුවීමේදී කාර්යක්ෂමතාවය වැඩි වෙනවා. දැන් බලමු ගුවන් යානාවක හැසිරවීම නැත්නම් පාලනයපිළිබඳව .ගුවන් යානාවක ප්‍රධාන අක්ෂ 3ක් තිබෙනවා .සිරස් අක්ෂය(vertical axis ), ඉදිරියේ සිට පසුපසට ඇති තිරස් අක්ෂය (longitudinal axis) ,තටුවක එක කෙලවරක සිට අනෙක් කෙලවර දක්වා ඇති අක්ෂය (lateral axis).යානාවේ සියලු චලනයන් සිදුවන්්නෙ මෙම අක්ෂ තුන හරහා.අක්ෂ ඡේදනය වන ස්ථානයේ ගුරුත්ව කේන්ද්‍රය පවතිනවා . ගුවන්යානයක් ඉහලට හෝ පහලට (pitch moment ) චලනය සදහා elevator එක භාවිතා කරනවා.elevator ඉහලට දැමීමෙන් ගුවන් යානයද ඉහලට ගමන් කරනවා.මෙහිදී සැබෑලෙසම සිදුවෙන්නේ මෙයයි.elevator එක ඉහලට දැමීමේදී යානයේ පිටුපස කොටස (Tail) පහලට ගමන් කිරීමට පෙළබෙනවා.එවිට යානයේ ප්‍රධාන තටුවේ ප්‍රහාරක කෝණය වැඩිවෙනවා .පෙර සදහන් කල පරිදි ප්‍රහාරක කෝණය වැඩිවීමේදී ඉසිලුම්බලය වැඩිවන නිසා යානාව ඉහල නගිනවා . ඒවගේම Aileron මගින් rolling moment එක සිදු කරගන්න පුළුවන් .පුහුණුවීම් සදහා මෙය අවශ්‍ය නැති වුවත් සුමට ලෙස හැරවීම සදහා ailerons භාවිතා කලයුතු වෙනවා.rudder එක මගින් සිදුකරන්නෙ තිරස් ලෙස හැරවීමක් පමණයි .rudder එක මගින් පමණක් හැරවීමේදී යනාව skid වෙනවා.එය වලකාලමින් හැරවීමටනම් aileron අවශ්‍යයි.නමුත් බර අඩු යානාවකනම් මෙම skid වීම එතරම් දර්ශනය වන්නේ නැහැ. elevator ,rudder ,ailerons යන තුන යානාවක primary flight controls ලෙස හදුන්වනවා .flaps,slats ,slots වැනි දේවල් අයත් වන්නේ secondary flight controls ගණයට.නමුත් යානාවක් හැසිරවීම සදහා අවශ්‍ය වන්නේ primary flight controls පමණයි. මේවාට අමතරව elevator සහ aileron යන දෙකේ එකතුවක් delta wing වල දක්නට ලැබෙනවා.මේවා Elevons ලෙස හදුන්වනවා. සැබෑ ගුවන් යානවකනම් trim tabs යනුවෙන් තවත් කුඩා චලනය වෙන කොටස් තිබුනත් ආකෘති යානාවක දක්නට ලැබෙන්නේ කලාතුරකින් .සමහර ගුවන් යානාවල rudder සහ elevator දෙකේ එකතුවක් V හැඩයට (V tail) දක්නට ලැබෙනවා .මේවා ruddervators ලෙස හදුන්වනවා . Ailerons සහ flaps එකතුකල විට flaperons ලෙස හදුන්වනවා .මේවනම් බොහෝ ආකෘති යානාවල දක්නට ලැබෙනවා .ප්‍රධාන තටුවේ Aileron සහ flaps වෙන වෙනම චලනය නොවී එකටම චලනය වෙන ආකාරයට නිර්මාණය කර තිබෙනවා . ඒවගේම යානාවේ තටුවේ diheadral angle එකද විශේෂ කාරණයක් .මේනිසා යානාවෙ සමතුලිතතාවය වැඩි වෙනවා.මෙය පිළිබඳව මම පෙරලිපියක සදහන් කල නිසා නැවත කියන්න යන්නේ නැහැ. ආකෘති යානා නිර්මාණය කිරීමේදී මූලික වශයෙන් දැනගතයුතු කරුණු සියල්ලම පාහේ අදමම කතාකලා.ඒවා එකින් එක වෙන වෙනම විග්‍රහ කිරීම අවශ්‍ය වන්නේ නැහැ.මූලික දැනුම ප්‍රමාණවත් . ලිපිය හොදනම් comment කරන්න like කරන්න,share කරන්න.උපුටා ගැනීමෙදී කතෘ අයිතිය සුරකින්න .නැවත ලිපියකින් මුණගැසෙමු …..
උපුටාගැනීමක්: Ushan Sakuntha
