طراحي با هدف افزايش سرعت

از هنگاميکه نخستين انسان سوار بر اسب شد و تاخت کنان فواصل دور دست را درنورديد، مردم همواره در جستجوي راههاي جديدي بودند تا سريع تر به مقصد برسند. در سال 1903 برادران رايت اولين هواپيماي موتوري جهان را به پرواز در آوردند. از آن زمان تاکنون هواپيماها در ارتفاعي دوبرابر کوه اورست و با دوبرابر سرعت صوت حرکت مي کنند و به اين ترتيب مي توان از يک سوي جهان به سوي ديگر را در مدت زمان کوتاهي پرواز کرد. اما امروزه همچنان طراحي هواپيما دايما در حال تغيير است.

شکل بدنه يک هواپيما از نکات مهم در طراحي آن به شمار مي آيد. هواپيما در هنگام پرواز هوا را کنار مي زند. در عين حال مقاومت هوا نيز بر آن فشار وارد مي کند و سرعتش را پايين مي آورد که اين پديده مقاومت هوا ناميده مي شود. هرقدر که هواپيما سريعتر حرکت کند مقاومت هوا بيشتر مي شود. هواپيماهايي که داراي سرعت بالا هستند به شکل پيکان ساخته مي شوند تا بتوانند در هنگام سرعت گرفتن هوا را کنار بزنند و پيش بروند. طراحي بدنه هواپيما به صورت صاف، به حرکت روان آن در هوا کمک مي کند که به اين عمل طراحي آيروديناميک گويند.

ارابه فرود و آيروديناميک

مهم ترين کاربرد آيروديناميک در هوافضاست. نيروي آيروديناميک در اثر وزش باد بر روي يک جسم توليد مي‌شود. اين جسم مي‌تواند تير چراغ‌ برق ، يک آسمان خراش ، پل ، هواپيما و يا کابل برق فشار قوي باشد. اما بازتاب نيروي آيروديناميکي که ايجاد مي‌شود، بستگي به شکل اين جسم خاص که در معرض وزش باد قرار گرفته است دارد. اگر هم پهن و داراي زاويه تند باشد در برابر باد مقاومت مي‌کند و در جهت وزش باد خم مي‌شود. اما اگر داراي زواياي خميده و يا نيم‌دايره باشد، مقاومت کمتري نسبت به ساير اجسام خواهند داشت.

اکثر هواپيماها يک يا چند اتاقک با درهاي کشويي در بخش زيرين بدنه خود دارند. در اين محفظه چرخ هاي هواپيما قرار دارند که پس از برخاستن هواپيما از زمين دريچه هاي واقع در پهلوي بدنه و بالها باز مي شوند تا چرخ ها جمع شوند و در محفظه خود قرار بگيرند. سپس دريچه ها بسته مي شوند و به اين ترتيب دوباره بدنه هواپيما شکلي صاف و آيروديناميک پيدا مي کند.

بدنه آيروديناميک

هواپيماهاي اوليه بدنه اي چوبي داشتند که با پارچه پوشانده مي شد. سپس چوب و پارچه را با سيم به يکديگر متصل مي کردند. سطوح ناهموار بدنه اين هواپيماها باعث شکل گيري مقاومت هوا مي شد. هواپيماهاي مدرن مانند جت هاي سريع السير بدنه اي آيروديناميک دارند  که جريان هوا را به راحتي از کناره هاي خود عبور مي دهد.

طراحي موتور

هواپيماهاي کوچک و سبک با موتورهاي پيستوني مي توانند تا سرعت 600 کيلومتر در ساعت پرواز کنند. هواپيماهايي که وزن بيشتري دارند و سريع تر حرکت مي کنند به موتورهاي قوي تري نياز دارند. هواپيماهاي مسافربري و جنگي معمولا داراي موتورهاي جت هستند. سريعترين هواپيماي جت سرعتي برابر 2 تا 3 هزار کيلومتر در ساعت دارد.

بالهاي منحني در راستاي سرعت

هواپيماهاي مسافربري کم سرعت مانند دش-7 داراي بالهايي هستند که به شکل عمودي از طرفين هواپيما بيرون زده اند. اما بالهاي هواپيماهاي جت مسافربري سريع السير از قبيل بوئينگ-767 داراي زاويه اي به سمت عقب بدنه مي باشند تا از اين طريق با پديده مقاومت هوا بهتر مقابله کنند.

بالهاي هواپيماهاي مافوق صوت از قبيل هواپيماي جنگي ميگ به قدري نزديک به بدنه قرار دارند که شکلي مثلثي به خود گرفته اند. به اين نوع بالها دلتا مي گويند.

افزايش نيرو به روش پس سوزي

کنکورد و بيشتر  هواپيماهاي جنگي از نوعي موتور جت استفاده مي کنند که در آن احتراق ثانويه يا عمل پس سوز رخ مي دهد.

هنگامي که خلبان اين بخش از موتور را به کار مي اندازد بنزين هواپيما بر روي گازهاي آتشين بسيار داغ خروجي از موتور پاشيده مي شود. به اين ترتيب سوخت شعله ور مي شود و نيروي بسيار زيادي را براي برخاستن هواپيما يا شتاب گرفتن آن تامين مي کند.

بهينه سازي

اين عمل  با دو هدف زير:

1.کاهش وزن هواپيما به منظور افزايش سرعت

2.افزايش کارايي هواپيما

انجام مي شود. بهينه سازي معمولا با يک سري تکرارها انجام مي شود و لذا لازم است که از کامپيوتر استفاده شود. بهينه سازي قسمت مهمي از طراحي محسوب مي شود و مي بايست وقت زيادي را به آن اختصاص داد.

در طراحي هواپيما، بسياري از روش ها و روابط تجربي و آماري هستند و با توجه به جوان بودن علم هوافضا و پيچيدگي تئوريهاي آيروديناميکي و طراحي، هنوز در بسياري زمينه ها فرمولهاي رياضي صد در صد اثبات شده وجود ندارند، به همين دليل در اکثر ماخذ طراحي، روشها به نام افراد است و هرکدام داراي دقت خاص و کاربرد خاصي هستند. هر طراح ممکن است با روش خاص خود هواپيما را طراحي نمايد و از آنجا که براي طراحي بايد 100 ها پارامتر را تعيين کرده و اين پارامترها هيچکدام از يکديگر  مستقل نيستند، لذا بسته به  طرح اوليه و روش طراحي،پاسخ  يا طرح نهايي مي تواند فرق داشته باشد. بنابراين روشهاي مختلفي وجود دارند که به يک طرح رضايت بخش ختم مي شوند و اين کاملا امکان پذير است که دو يا چند پيکربندي مختلف براي يک ماموريت واحد مناسب باشند.

چند معيار مهم ديگر در طراحي هواپيما:

1.هزينه کمتر

2.کارايي بيشتر

3.خوشدستي بهتر

4.مدت زمان طراحي کمتر

5.زيبايي

6.قابليت ساخت و تعمير بيشتر

روشن است که يک طرح نمي تواند همه اين معيارها را علاوه طراحي به منظور سرعت بالاتر، رعايت کند لذا طرحي انتخاب مي شود که تا حد امکان شرايط بهتري داشته باشد.

بخش دانش و فناوري سايت تبيان