طراحی با هدف افزایش سرعت

از هنگامیکه نخستین انسان سوار بر اسب شد و تاخت کنان فواصل دور دست را درنوردید، مردم همواره در جستجوی راههای جدیدی بودند تا سریع تر به مقصد برسند. در سال 1903 برادران رایت اولین هواپیمای موتوری جهان را به پرواز در آوردند. از آن زمان تاکنون هواپیماها در ارتفاعی دوبرابر کوه اورست و با دوبرابر سرعت صوت حرکت می کنند و به این ترتیب می توان از یک سوی جهان به سوی دیگر را در مدت زمان کوتاهی پرواز کرد. اما امروزه همچنان طراحی هواپیما دایما در حال تغییر است.

شکل بدنه یک هواپیما از نکات مهم در طراحی آن به شمار می آید. هواپیما در هنگام پرواز هوا را کنار می زند. در عین حال مقاومت هوا نیز بر آن فشار وارد می کند و سرعتش را پایین می آورد که این پدیده مقاومت هوا نامیده می شود. هرقدر که هواپیما سریعتر حرکت کند مقاومت هوا بیشتر می شود. هواپیماهایی که دارای سرعت بالا هستند به شکل پیکان ساخته می شوند تا بتوانند در هنگام سرعت گرفتن هوا را کنار بزنند و پیش بروند. طراحی بدنه هواپیما به صورت صاف، به حرکت روان آن در هوا کمک می کند که به این عمل طراحی آیرودینامیک گویند.

ارابه فرود و آیرودینامیک

مهم ترین کاربرد آیرودینامیک در هوافضاست. نیروی آیرودینامیک در اثر وزش باد بر روی یک جسم تولید می‌شود. این جسم می‌تواند تیر چراغ‌ برق ، یک آسمان خراش ، پل ، هواپیما و یا کابل برق فشار قوی باشد. اما بازتاب نیروی آیرودینامیکی که ایجاد می‌شود، بستگی به شکل این جسم خاص که در معرض وزش باد قرار گرفته است دارد. اگر هم پهن و دارای زاویه تند باشد در برابر باد مقاومت می‌کند و در جهت وزش باد خم می‌شود. اما اگر دارای زوایای خمیده و یا نیم‌دایره باشد، مقاومت کمتری نسبت به سایر اجسام خواهند داشت.

اکثر هواپیماها یک یا چند اتاقک با درهای کشویی در بخش زیرین بدنه خود دارند. در این محفظه چرخ های هواپیما قرار دارند که پس از برخاستن هواپیما از زمین دریچه های واقع در پهلوی بدنه و بالها باز می شوند تا چرخ ها جمع شوند و در محفظه خود قرار بگیرند. سپس دریچه ها بسته می شوند و به این ترتیب دوباره بدنه هواپیما شکلی صاف و آیرودینامیک پیدا می کند.

بدنه آیرودینامیک

هواپیماهای اولیه بدنه ای چوبی داشتند که با پارچه پوشانده می شد. سپس چوب و پارچه را با سیم به یکدیگر متصل می کردند. سطوح ناهموار بدنه این هواپیماها باعث شکل گیری مقاومت هوا می شد. هواپیماهای مدرن مانند جت های سریع السیر بدنه ای آیرودینامیک دارند  که جریان هوا را به راحتی از کناره های خود عبور می دهد.

طراحی موتور

هواپیماهای کوچک و سبک با موتورهای پیستونی می توانند تا سرعت 600 کیلومتر در ساعت پرواز کنند. هواپیماهایی که وزن بیشتری دارند و سریع تر حرکت می کنند به موتورهای قوی تری نیاز دارند. هواپیماهای مسافربری و جنگی معمولا دارای موتورهای جت هستند. سریعترین هواپیمای جت سرعتی برابر 2 تا 3 هزار کیلومتر در ساعت دارد.

بالهای منحنی در راستای سرعت

هواپیماهای مسافربری کم سرعت مانند دش-7 دارای بالهایی هستند که به شکل عمودی از طرفین هواپیما بیرون زده اند. اما بالهای هواپیماهای جت مسافربری سریع السیر از قبیل بوئینگ-767 دارای زاویه ای به سمت عقب بدنه می باشند تا از این طریق با پدیده مقاومت هوا بهتر مقابله کنند.

بالهای هواپیماهای مافوق صوت از قبیل هواپیمای جنگی میگ به قدری نزدیک به بدنه قرار دارند که شکلی مثلثی به خود گرفته اند. به این نوع بالها دلتا می گویند.

افزایش نیرو به روش پس سوزی

کنکورد و بیشتر  هواپیماهای جنگی از نوعی موتور جت استفاده می کنند که در آن احتراق ثانویه یا عمل پس سوز رخ می دهد.

هنگامی که خلبان این بخش از موتور را به کار می اندازد بنزین هواپیما بر روی گازهای آتشین بسیار داغ خروجی از موتور پاشیده می شود. به این ترتیب سوخت شعله ور می شود و نیروی بسیار زیادی را برای برخاستن هواپیما یا شتاب گرفتن آن تامین می کند.

بهینه سازی

این عمل  با دو هدف زیر:

1.کاهش وزن هواپیما به منظور افزایش سرعت

2.افزایش کارایی هواپیما

انجام می شود. بهینه سازی معمولا با یک سری تکرارها انجام می شود و لذا لازم است که از کامپیوتر استفاده شود. بهینه سازی قسمت مهمی از طراحی محسوب می شود و می بایست وقت زیادی را به آن اختصاص داد.

در طراحی هواپیما، بسیاری از روش ها و روابط تجربی و آماری هستند و با توجه به جوان بودن علم هوافضا و پیچیدگی تئوریهای آیرودینامیکی و طراحی، هنوز در بسیاری زمینه ها فرمولهای ریاضی صد در صد اثبات شده وجود ندارند، به همین دلیل در اکثر ماخذ طراحی، روشها به نام افراد است و هرکدام دارای دقت خاص و کاربرد خاصی هستند. هر طراح ممکن است با روش خاص خود هواپیما را طراحی نماید و از آنجا که برای طراحی باید 100 ها پارامتر را تعیین کرده و این پارامترها هیچکدام از یکدیگر  مستقل نیستند، لذا بسته به  طرح اولیه و روش طراحی،پاسخ  یا طرح نهایی می تواند فرق داشته باشد. بنابراین روشهای مختلفی وجود دارند که به یک طرح رضایت بخش ختم می شوند و این کاملا امکان پذیر است که دو یا چند پیکربندی مختلف برای یک ماموریت واحد مناسب باشند.

چند معیار مهم دیگر در طراحی هواپیما:

1.هزینه کمتر

2.کارایی بیشتر

3.خوشدستی بهتر

4.مدت زمان طراحی کمتر

5.زیبایی

6.قابلیت ساخت و تعمیر بیشتر

روشن است که یک طرح نمی تواند همه این معیارها را علاوه طراحی به منظور سرعت بالاتر، رعایت کند لذا طرحی انتخاب می شود که تا حد امکان شرایط بهتری داشته باشد.

بخش دانش و فناوری سایت تبیان