درگ (Drag) یکی از مهم‌ترین نیروهای مقاومتی است که بر عملکرد پرواز تأثیر می‌گذارد و نقش کلیدی در طراحی هواپیما و بهره‌وری سوخت دارد. این نیرو که ناشی از مقاومت هوا در برابر حرکت هواپیما است، تأثیر مستقیمی بر سرعت، مصرف سوخت، برد پروازی و کنترل‌پذیری هواپیما دارد. شناخت انواع درگ و راه‌های کاهش آن، به طراحان و مهندسان هوافضا کمک می‌کند تا کارایی هواپیما را افزایش داده و هزینه‌های عملیاتی را کاهش دهند.
در این مقاله، ابتدا مفهوم درگ را توضیح داده و سپس به بررسی انواع مختلف آن و تأثیرات هر یک بر عملکرد پرواز می‌پردازیم. در نهایت، راهکارهای مهندسی برای کاهش درگ و بهینه‌سازی عملکرد پروازی را معرفی خواهیم کرد.
۱. درگ چیست؟
درگ نیرویی است که در خلاف جهت حرکت هواپیما عمل می‌کند و در اثر برخورد جریان هوا با سطوح مختلف بدنه و بال‌های هواپیما ایجاد می‌شود. این نیرو بخشی از تعامل دینامیکی بین هوا و وسیله پرنده است و باید به دقت مدیریت شود تا کارایی پروازی افزایش یابد.
به طور کلی، نیروی درگ نتیجه دو عامل اصلی است:
• نیروی اصطکاک (Frictional Force): نیرویی که در اثر تماس بین جریان هوا و سطح بدنه هواپیما ایجاد می‌شود.
• نیروی فشاری (Pressure Force): نیرویی که به دلیل اختلاف فشار بین بخش‌های مختلف هواپیما به وجود می‌آید.
درگ یکی از چهار نیروی اصلی پرواز است که در کنار برا (Lift)، نیروی پیشران (Thrust) و نیروی وزن (Weight) بر تعادل و عملکرد پرواز تأثیر می‌گذارد. هرگونه افزایش در درگ نیاز به نیروی پیشران بیشتری دارد که می‌تواند منجر به افزایش مصرف سوخت و کاهش بازدهی شود.
۲. انواع درگ و عوامل تأثیرگذار
درگ به دو دسته کلی تقسیم می‌شود:
۲.۱. درگ آیرودینامیکی (Aerodynamic Drag)
درگ آیرودینامیکی شامل چند مؤلفه مهم است که در عملکرد پروازی تأثیرگذار هستند:
الف) درگ فشاری (Form Drag یا Pressure Drag)
این نوع درگ به دلیل اختلاف فشار در جلوی بدنه و پشت هواپیما ایجاد می‌شود. هر چه سطح مقطع بدنه هواپیما بزرگ‌تر باشد، این نوع درگ بیشتر خواهد شد.
راه‌های کاهش درگ فشاری:
• طراحی بدنه‌ای که جریان هوا را به صورت یکنواخت هدایت کند (Streamlined Design).
• کاهش زاویه‌های تیز و سطح‌های نامنظم در طراحی بدنه.
ب) درگ اصطکاکی (Skin Friction Drag)
این نوع درگ ناشی از اصطکاک بین مولکول‌های هوا و سطح هواپیما است. سطوح زبر و نامنظم باعث افزایش این درگ می‌شوند.
روش‌های کاهش درگ اصطکاکی:
• استفاده از مواد صاف و پوشش‌های خاص برای کاهش اصطکاک.
• طراحی بدنه با کمترین ناهمواری‌های سطحی.
• بهبود جریان لایه‌ای هوا در اطراف هواپیما.
ج) درگ القایی (Induced Drag)
این نوع درگ زمانی ایجاد می‌شود که هواپیما نیروی برا (Lift) تولید می‌کند. در اطراف بال‌ها، جریان‌های گردابی (Vortices) شکل می‌گیرند که باعث افزایش درگ می‌شوند.
راه‌های کاهش درگ القایی:
• استفاده از وینگلت (Winglet) در انتهای بال‌ها برای کاهش جریان‌های گردابی.
• افزایش نسبت طول به عرض بال (Aspect Ratio) برای کاهش تلاطم هوا.
۲.۲. درگ تداخلی (Interference Drag)
درگ تداخلی زمانی رخ می‌دهد که جریان‌های هوا از بخش‌های مختلف هواپیما (مانند بدنه و بال، بال و ارابه فرود، یا موتور و بدنه) با یکدیگر برخورد کرده و ایجاد آشفتگی می‌کنند.
راه‌های کاهش درگ تداخلی:
• بهینه‌سازی نقاط اتصال قطعات مختلف برای کاهش آشفتگی جریان هوا.
• استفاده از ساختارهای آیرودینامیکی برای یکپارچه‌سازی طراحی.
• استفاده از Fairing (روکش‌های آیرودینامیکی) برای هموار کردن نقاط اتصال.
۳. تأثیر درگ بر عملکرد پروازی
۳.۱. تأثیر درگ بر سرعت پرواز
افزایش درگ باعث کاهش سرعت هواپیما می‌شود، زیرا بخشی از نیروی پیشران به مقابله با این مقاومت اختصاص می‌یابد. در سرعت‌های بالا، درگ موجی (Wave Drag) نیز ایجاد می‌شود که ناشی از موج‌های ضربه‌ای در سرعت‌های نزدیک به صوت است.
۳.۲. تأثیر درگ بر مصرف سوخت
یکی از مهم‌ترین اثرات درگ افزایش مصرف سوخت است. هر چه درگ بیشتر باشد، نیروی بیشتری برای غلبه بر آن نیاز است که باعث افزایش مصرف سوخت و کاهش کارایی اقتصادی پرواز می‌شود.
۳.۳. تأثیر درگ بر برد پروازی
افزایش درگ، نیاز به نیروی پیشران بیشتری دارد که می‌تواند برد پروازی را کاهش دهد. برای مثال، در هواپیماهای تجاری، کاهش درگ حتی به مقدار کم می‌تواند تأثیر قابل‌توجهی بر میزان سوخت مصرفی در مسیرهای طولانی داشته باشد.
۳.۴. تأثیر درگ بر کنترل‌پذیری هواپیما
درگ القایی نقش مهمی در مانورپذیری و کنترل هواپیما دارد. اگرچه کاهش درگ القایی باعث بهبود مصرف سوخت می‌شود، اما کاهش بیش از حد آن می‌تواند کنترل هواپیما را دشوار کند.
۴. روش‌های کاهش درگ در طراحی هواپیما
۴.۱. طراحی بدنه آیرودینامیکی
• استفاده از بدنه جریان‌پذیر (Streamlined Body) برای کاهش مقاومت فشاری.
• کاهش بخش‌های زاویه‌دار و استفاده از منحنی‌های نرم برای هدایت بهتر جریان هوا.
۴.۲. استفاده از پوشش‌های خاص
• رنگ‌ها و پوشش‌های صاف که باعث کاهش اصطکاک می‌شوند.
• فناوری‌هایی مانند پوسته‌های انعطاف‌پذیر (Adaptive Surfaces) که جریان هوا را کنترل می‌کنند.
۴.۳. بهینه‌سازی بال‌ها
• افزایش نسبت طول به عرض بال برای کاهش درگ القایی.
• استفاده از وینگلت‌ها برای کاهش جریان‌های گردابی.
۴.۴. کاهش درگ تداخلی
• طراحی نقاط اتصال اجزای مختلف هواپیما به‌گونه‌ای که کمترین آشفتگی هوا ایجاد شود.
• استفاده از Fairings در نقاطی مانند ارابه فرود و اتصالات بدنه.
درگ یکی از نیروهای کلیدی است که بر عملکرد پرواز تأثیر می‌گذارد و کاهش آن از طریق طراحی آیرودینامیکی، بهبود سطوح، و بهینه‌سازی بال‌ها می‌تواند منجر به افزایش سرعت، کاهش مصرف سوخت و افزایش بهره‌وری شود. کاهش درگ به‌ویژه در صنعت هوانوردی تجاری، مزایای اقتصادی و زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارد، زیرا کاهش مصرف سوخت می‌تواند منجر به کاهش هزینه‌ها و انتشار آلاینده‌های کمتری شود و اساتید ما در آموزشگاه خلبانی پرسان با دقت و ظرافت این نیرو را آموزش می دهند تا با به وجود آوردن درک عمیق ازمباحث آرودینامیکی دانشجوهای خلبانی را آماده ی مواجهه با پرواز های واقعی کنند.