از هواگرد ها چه می دانید؟

اختراع چرخ و سهولت حرک انسان بر روی زمین او را متقاعد نکرد؛ آنچه که میخواست دستیابی به آسمان بود. زمانی که بشر رویای پرواز را در سر می پروراند، فکرش را هم نمی کرد روزی پرنده های آهنین ( هواگرد ها ) او را به آرزویش برسانند. امروزه این آرزو به شکل های مختلفی تحقق یافته است.

هواگرد چیست؟

در تعریفی ساده می توان گفت هر وسیله نقلیه ای که از هوا و جو برای حرکت کمک میگیرد به عنوان ایرکرافت یا هواگرد نامگذاری میشود. شما چند نوع وسیله با این مشخصه را به خاطر می آورید؟ بگذارید کمکتان کنم. هواپیما، هلیکوپتر، گلایدر، پاراموتور، فضاپیما و حتی بالن های هوای گرم همگی نمونه های خوبی از هواگرد به حساب می آیند.

انواع هواگردها

• نوع شناوری در هوا

ایرکرفت ها را بر اساس معیارهای متفاوتی دسته بندی می کنند. نوع شناور شدن ایرکرافت های مختلف در سیال هوا یکی از طبقه بندی ها را شامل می شود. بر این اساس آن ها را می توان به دو صورت زیر نامگذاری کرد:

• سبک تر از هوا – پرواز ایستا

بالن ها نمونه های خوبی از این نوع هواگرد ها به حساب می آیند. در این نوع وسیله ی نقیله یک محفظه کیسه مانند به منظور ذخیره سیالی سبک تر از هوا تعبیه شده است. مانند آنچه که علاوه بر بالن ها، در کشتی های هوایی هم شاهد آن هستیم. زمانی که آن محفظه از سیالی مانند هلیوم، هیدروژن یا هوای گرم پر میشود، ایرکرافت هوای اطراف خود را کنار میزند. این هوا به صورت نیروی شناوری عمل کرده و با غلبه بر نیروی وزن جسم، آن را به سمت بالا هدایت می کند. مانند حرکت کشتی به کمک نیروی شناوری سیال آب.

در حقیقت اگرچه این نوع از هواگرد ها ساختاری سخت و پیچیده ندارند اما دارای شکلی تعریف شده و مشخص از آیرودینامیک هستند؛ کیسه ای پر شده از سیالی سبک تر و نیروی پیشرانشی که وسیله را در هر سه محور اصلی حرکت خود کنترل میکند. خوب است بدانید کشتی هوایی نمونه ی چندان موفقی از این نوع ایرکرافت ها نبود. این وسیله ی نقیله اگرچه از ساختاری سبک و سرعتی نسبتا بالا برخوردار بود اما ساخت نمونه ای از آن که بتواند با کلیه ی شرایط جوی سازگار باشد، امری غیر ممکن به نظر می رسید. علاوه بر آن گزارش آتش سوزی ناشی از گاز هیدروژن مورد استفاده و فجایع رخ داده در پی آن موجب پایان عمر نسل اولیه ی کشتی هوایی شد.

• سنگین تر از هوا است  – پرواز پویا

بر خلاف ایروکرافت های نوع قبل که به پشتوانه ی وزن گازهای مورد استفاده در آن ها حرکت میکنند، این نوع نیازمند یک منبع تامین کننده ی انرژی برای حرکت است. پس به سادگی می توانیم حدس بزنیم که کدام نوع از هواگرد ها در این دسته جای میگیرند. هواپیما، هلیکوپتر، هواسر، جت و … . دم کشیده ی متصل به انتهای بدنه معمولا جز مشخصه های اصلی فیزیک این نوع از مفهوم ایرکرافت ها است. احتراق سوخت درون محفظه ی اختصاصی و خروج سیال حاصل از آن، مکانیزم اصلی حرکت آن را شامل می شود. در حقیقت آنچه که پروازهای پویا را به پیش می راند نه سیال اطرف آن، مانند نمونه ی قبلی، بلکه سیال تولیدی خود هواگرد است.

پرواز پویا دو نوع حرکت را شامل می شود. حرکت آیرودینامیک و حرکت قدرتی. در هر یک از این روش ها ساختار بدنه ی هواگرد، احتراق و نیروی های حاصل از آن در نوع حرکت دخیل هستند. هواگرد هایی که با استفاده از روش آیرودینامیک به پیش رانده می شوند، معمولا شامل بال هایی در دو طرف بدنه ی خود هستند که حرکت افقی را پیش می گیرند، مانند ساختاری که از هواپیماها سراغ داریم. اما در حرکت قدرتی مسیر حرکت به صورت عمودی پیموده می شود. مانند جامپ جت ها.

• پیکربندی و بدنه

هواگرد ها را همچنین میتوان بر اساس شکل ظاهری بدنه ی آنها به زیر مجموعه هایی طبقه بندی کرد. یکی از این دسته بندی ها شامل تعداد بال های آن است. مفهوم ایرکرافت هایی که در هر طرف بدنه ی خود یک بال دارند به زیر مجموعه ی ایرکرافت های تک باله تعلق دارند. دسته ی دیگر ایکرافت های دو قطبی با دو بال بر روی هم هستند. و به ندرت ایرکرافت های سه یا چهار باله نیز یافت می شوند.

بعضی از هواگرد ها دارای بالهایی هستند که در هنگام پرواز تنظیم و در زوایای مختلف به بدنه وصل می شوند. این نوع شامل مفهوم ایرکرافت هایی با کاربری نظامی می شود.

مواد اولیه و ساختار

شاید خنده دار به نظر برسد اما هواپیماهای اولیه از موادی مانند چوب و پارچه ساخته می شدند. دلایلی چون دسترسی آسان، وزن کم، تجربه های قبلی بشر و نیز عدم دانش و مهارت کافی، انسان را به استفاده از مواد اولیه ای چون چوب، پارچه و ریسه های نخی برای ساخت وسایل پرواز متقاعد می کرد. جالب است بدانید استفاده از چوب صنوبر به دلیل سبکی آن در ساخت این سازه ها رونق داشت. دقیقا همان چوبی که برادران رایت به وسیله ی آن بشر را به آرزویش رساندند. اما هواپیما های ساخته شده از چوب و پارچه مقاوت و استحکام کمی داشتند و به سرعت ساختار اولیه خود را از دست می دادند. بنابراین احساس نیاز به ساختاری مستحکم جرقه ی اولیه استفاده از فلز در هواپیماها را زد.

اولین استفاده از فلز در ساخت هواگرد ها به جنگ جهانی اول باز میگردد. شرکت هواپیمایی Fokker”” استنلس استیل را برای ساخت بدنه ی هواپیماهای خود به کار برد و شرکت “”Junkers هواپیماهای تمام فلزی با پوششی آلومینیومی تولید کرد.

در دوره 1919 تا 1934، روندی تدریجی در ساخت و سازهای فلزی مشاهده شد. برخی هواپیماها دارای بدنه ای تماما فلزی (تقریباً همیشه از آلومینیوم یا آلیاژ آلومینیوم) با سطوح پوشیده از پارچه بودند و برخی دیگر با استفاده از طراحی مونوکوک ساختار فلزی خود را حفظ کرده بودند. با پیشرفت دانش و مهارت های بشر استفاده از فلز به منظور ساخت هواگرد هایی سبک و سریع توسعه یافت؛ اما این سازه های فلزی در معرض خستگی و خوردگی قرار داشتند. این پدیده های فیزیکی تهدیدی بزرگ برای چنین سازه های حساس و مهمی به حساب می آمد.

این امر دانش را به سمت و سوی روش هایی جدید برای محافظت در برابر این خطرات هدایت کرد و منجر به توسعه ی طیف گسترده ای از آلیاژهای آلومینیوم شد. برای ساخت وسایل نقلیه ای که به مقاوت مکانیکی و حراراتی بالا احتیاج داشتند از مولیبدن و تیتانیوم استفاده شد و برای هواپیماهایی با عنوان Mach3 (سه برابر سرعت صوت) تکنیک هایی جهت جلوگیری از اثرات گرمای آیرودینامیکی معرفی شد. این موارد شامل استفاده از کامپوزیت هایی مانند کربن-کربن پیشرفته ، پوشش های سرامیکی کاربید سیلیکون ، پوشش های سرامیکی سیلیکون و تیتانیوم – آلومینیوم است. آلیاژهای تیتانیوم تقویت شده با الیاف سرامیکی از دیگر انواع این کامپوزیت های مصرفی است. علاوه بر این ، برخی از سازه ها نیاز به گردش گاز هیدروژن بسیار سرد در مناطق مهم گرمایش آیرودینامیکی دارند.

روندهای فعلی در طراحی و ساخت هواپیما

در حالی که اصول اولیه ی پرواز همان اصولی است که برادران رایت به آن دست یافتند اما ناگفته پیداست که طی سالیان متمادی تغییرات عظیم و قابل توجهی در دنیای پرواز رخ داده است. گسترده ترین و تأثیرگذارترین این تغییرات، تنوع گسترده ای از کاربردهای فناوری های رایانه ای در همه ابعاد حمل و نقل هوایی است. عامل دوم توسعه استفاده از مواد کامپوزیت در سازه ی هواگرد ها بوده است. در حالی که این دو عنصر نتیجه پیشرفت های علم مهندسی است، اما به طور غیرمستقیم محصول تغییر ملاحظات اجتماعی و حقوقی نیز هستند.

استفاده از رایانه

از اواسط دهه 1960  فناوری رایانه به طور مداوم توسعه یافت. در حالی که برادران رایت سال های زیادی را برای ساخت همه ی هواپیماهایی که با شکست مواجه شد صرف کردند، اینک کلیه ی مراحل طراحی، شبیه سازی و آزمایش با سیستم های پیشرفته ی کامپیوتری قابل پیاده سازی و اجرا است. استفاده از تکنولوژی و فناوری های کامپیوتری پیش از ساخت و توسعه ی هر هواگرد درکی کامل و جامع از الزامات ساختاری آن را برای ما مهیا می کند.

از رایانه ها برای آزمایش و کالیبراسیون تجهیزات هواپیماها نیز استفاده می شود. چنین ابزاری قبل از پرواز و در حین آن کلیه ی مشکلات احتمالی را پیش بینی، بررسی و اصلاح می کند. از دیگر اقدامات فرایندهای کامپیوتری میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

بررسی و تنظیم شرایط آب و هوایی، بررسی میزان سوخت درون مخزن، میزان سوختی که در مسیر پیش رو مصرف خواهد کرد و به حداقل رساندن آن، کمک به برخواستن و فرود هواگردها، تشخیص مسیر و … .

در دسته بندی دیگری هواگردها را بر اساس نوع وسیله ی نقیله ی آن طبقه بندی می کنند. مانند کلیه ی مواردی که در ابتدای این متن آورده شد. هواپیماها، هلیکوپترها، بالن ها، کشتی های هوایی، فضا پیماها، پارامتورها، گلایدرها و …