برای آشنایی با نحوه کار هواپیما کافی است با موتور، بال ها، مخازن سوخت، کابین و ... آشنا شوید تا درک درستی از لحظه تیک آف هواپیما داشته باشید. بدون شک پرواز از یک گوشه دنیا به گوشه دیگر تنها در عرض چند ساعت یک امتیاز بزرگ است. اما تنها یک قرن از این اتفاق بزرگ می‌گذرد. اتفاقی که در آن برادران رایت؛ نخستین پیشگامان پرواز؛ دست به کاری زدن که امروزه نزدیک به 10 هزار هواپیما تنها در آمریکا در یک روز بال به آسمان می‌گشایند. شکی نیست که هواپیما یکی از بزرگترین دستاوردهای بشری است. قاصدک 24 شما را به نگاهی از نزدیک به این دستاورد بزرگ بشری دعوت میکند و شما را با همه چیز درباره هواپیما آشنا میکند پس با من همراه باشید.
هواپیما چگونه پرواز میکند؟
قطعا صدای موتور هواپیما اولین چیزی است که در هنگام برخاستن و فرود آمدن هواپیما توجه همه را به خود جلب میکند. موتورهای جت که لوله‌های آهنی بلندی هستند، مقدار زیادی هوا و سوخت می‌سوزانند. از همین رو پر صدا‌تر و قدرتمندتر از موتورهای ملخی سنتی هستند. اگر فکر می‌کنید که موتورها عنصر اصلی برای به پرواز درآوردن یک هواپیما هستند، سخت در اشتباه هستید. در واقع بسیاری از چیزها مانند گلایدرها یا حتی هواپیماهای کاغذی بدون موتور به راحتی پرواز می‌کنند.
اگر می‌خواهید بدانید که هواپیما چگونه پرواز می کند؟ و با نحوه پرواز هواپیما آشنا شوید، ابتدا باید به تفاوت میان موتور و بال و کار هر کدام از آنها پی ببرید. در حقیقت موتورهای هواپیما برای به جلو راندن آن در سرعت بالا طراحی شده‌اند. موتور جریان هوا را به سرعت به سمت بال‌ها جریان می‌دهد. در نتیجه هوا به سمت زمین جریان پیدا کرده و یک نیروی فوقانی را به وجود می‌آورد. این نیرو بر وزن هواپیما غلبه کرده و آن را در آسمان نگه می‌دارد. بنابراین موتورها هواپیما را به سمت جلو و بال ها آن را به سمت بالا می‌رانند.
بیشتر بخوانید: هواپیما قبل از برخاستن چه مراحلی را طی میکند؟
بال‌ها چگونه باعث پرواز هواپیما می‌شوند؟
بال‌های هواپیما عامل اصلی حرکت هواپیما به سمت بالا هستند. بال‌ها از طریق تغییر مسیر و فشار هوایی که موتورهای هواپیما آنها را به آسمان وارد می‌کنند، هواپیما را به بالا می‌رانند.
اختلاف فشار
بال‌های هواپیما بیشتر سطح بالایی منحنی و سطح زیرین صافی دارند که در این صورت در بال‌ها شکلی به نام ایرفویل ایجاد میشود. زمانی که یک بال ایرفویل منحنی در آسمان به سمت جلو می‌رود باعث میشود هوا منحرف شده و فشار هوا در قسمت بالایی و پایینی بال تغییر کند.
برای مثال فرض کنید به آرامی داخل استخر قدم می‌زنید و نیروی آب را که به بدن شما وارد میشود احساس می‌کنید. بدن شما مانند یک بال ایرفویل فشار آب را منحرف میکند. زمانی که هواپیما پرواز میکند و به سمت جلو می‌رود قسمت بالایی بال هواپیما فشار بالای بال را کاهش می‌دهد که این عمل باعث بالا رفتن هواپیما میشود.
پایین رانش
با توجه به قانون سوم نیوتون هواپیما زمانی که یک نیرو به سمت بالا می‌دهد باید نیرویی موازات و برابر همان به سمت پایین به هوا بدهد. زمانی که بال‌های هواپیما هوا را به سمت پایین فشار می‌دهند باعث ایجاد یک نیروی بالابرنده میشود. بال‌های زاویه‌دار جریان هوای تسریع‌شده را از بالای خود و جریان هوای کندتر را از زیر خود به‌سمت پایین فشار می‌دهند و باعث بالارفتن هواپیما می‌شوند.
هواپیما برای بلند شدن به چه چیزی نیاز دارد؟
هواپیما برای برخاستن به چندین عامل نیاز دارد که این عوامل به شرح زیر است:
- سرعت هوا
- اثر برنولی
- پیکربندی
- شتاب
- دوران دماغه
نیروهای وارد بر هواپیما
در طول پرواز بر هواپیما نیروهایی وارد میشود که از آنها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
|
نیروهای وارد شده به هواپیما |
توضیحات |
|
پیشران |
نیروی پیشران توسط پروانه یا موتور جت ایجاد میشود که هواپیما را به سمت جلو می‌برد. |
|
نیروی پسا |
نیروی پسا به عنوان مقاومت هوا است که باعث میشود حرکت رو به جلوی هواپیما کند شود. |
|
گرانش |
این نیرو همه‌ی اجسام را به سمت زمین می‌کشاند که هواپیما نیز شامل آن میشود. |
|
بالابرنده |
این نیرو به سمت بالا است و بر اثر حرکت هوا در بالا و پایین بال ایجاد میشود. هوا در بالای بال سریع‌تر و در زیر بال کندتر جریان دارد و اختلاف فشار باعث پرواز هواپیما میشود. |
هواپیما تا چه میزان بالا می‌رود؟
به طور کلی هوایی که به سمت بالا و پایین بال جریان پیدا میکند؛ از انحنای سطح بال تبعیت میکند. درست مانند اینکه شما بخواهید طرح آن را با قلم ردگیری کنید. اما به موازات افزایش زاویه برخورد، جریان آرام هوا در پشت بال‌ها شروع به شکستن کرده و این کار عمل بالا بردن را کند میکند. اما در یک زاویه مشخص مانند 15 درجه هوا دیگر به نرمی دور بال ها جریان نمی‌یابد. از این رو ما شاهد افزایش بیشتر در کشش و کاهش بیشتر در بالا رفتن خواهیم بود. در اصطلاح گفته میشود که هواپیما "متوقف شده است".
بیشتر بخوانید: آشنایی با سیستم اتوپایلوت یا کنترل خودکار هواپیما
جریان حلقوی هوا در بال‌ها
هواپیما به یک شیوه کاملا تمیز هوای عقب خود را به سمت پایین نمی‌راند. در واقع هر بال از طریق ایجاد یک جریان حلقوی و چرخشی شبیه یک گردباد کوچک هوا را بلافاصله به عقب هدایت میکند. این دقیقا شبیه وقتی است که شما در یک ایستگاه راه آهن ایستاده باشید و یک قطار با سرعت بسیار بالا بدون توقف از کنار شما عبور کند. در این لحظه شما احساس مکیده شدن ناشی از حرکت جاروبرقی را پیدا می‌کنید.
هواپیماها چگونه هدایت می‌شوند؟
هواپیما چگونه تغییر جهت می‌دهد یا در اصطلاح رانده میشود؟ وقتی که در هواپیما هستید، به دلیل تماس نداشتن با زمین هیچ نیروی مایل به مرکزی برای راندن حول محور یک دایره وجود ندارد. درست مانند یک دوچرخه سوار که به یک پیچ تکیه میکند، هواپیما نیز به یک منحنی یا پیچ تکیه میکند. راندن مستلزم روی هم انباشتن است. به این صورت که هواپیما به یک سمت خم شده و یک بال پایین‌تر از بال دیگر قرار می‌گیرد. بالا رفتن کلی هواپیما هم در یک زاویه اتفاق می‌افتد و اگرچه بیشتر این حرکت به سمت بالا رخ می‌دهد، برخی از حرکت‌ها نیز به سمت طرفین است. این حرکت به سمت طرفین نیروی مایل به مرکزی را به وجود آورده که باعث هواپیما حول یک محور میشود.
از آنجایی که حرکت رو به بالا در مقایسه با حرکت به سمت طرفین کمتر است، امکان کمتری نیز برای متعادل کردن وزن هواپیما وجود دارد. از همین روست که چرخاندن هواپیما در یک دایره باعث از دست دادن ارتفاع میشود؛ مگر اینکه خلبان آن را به شکل دیگری جبران کند. برای نمونه می‌توان به استفاده از سطوح کنترل پرواز در عقب هواپیما برای افزایش زاویه برخورد و نیز افزایش تعداد حرکت‌های بالا رفتن هواپیما اشاره کرد.
هدایت هواپیما از چه طریقی صورت می‌گیرد؟
در هواپیما در قسمت کابین خلبان یا کاکپیت یک فرمان کنترل وجود دارد. اما این تنها نقطه اشتراک یک هواپیما با ماشین است. چگونه میشود وسیله‌ای را هدایت کرد که در هوا و با سرعت بالا حرکت میکند؟ پاسخ ساده است. با جریان یافتن هوا به شیوه‌ای متفاوت از آنچه در بال‌های هواپیما در هر طرف اتفاق افتاده است. هواپیماها به سمت بالا و پایین و نیز طرفین حرکت می‌کنند. در نهایت نیز از طریق یک مجموعه پیچیده از حرکات به نام سطوح کنترل بر روی لبه‌های جلو و عقب بال‌ها و دم هواپیما توقف می‌کنند. این بخش‌ها عبارتند از:
- قسمت متحرک بال هواپیما
- بالابر
- سکان
- اسپویلر
- ترمزهای هوا
هواپیما برای بلند شدن از زمین و پرواز چه سرعتی نیاز دارد؟
زمانی که موتورهای هواپیما روشن می‌شوند و هواپیما آماده حرکت میشود، خلبان سوخت ورودی به محفظه احتراق سرعت هواپیما را بالا می‌برد تا بتواند سرعت را به 250 کیلومتر بر ساعت برساند. با استفاده از اهرم‌ها فرایند هدایت هواپیما آغاز شده قابل توجه است که زاویه اوج‌گیری نباید بیشتر از 30 درجه باشد زیرا هواپیما قادر به پرواز نخواهد بود. حرکت زاویه دار تا زمانی ادامه پیدا میکند که به حالت کروز یا افقی دربیاید.
سایر بخش های هواپیما
در ادامه متن شما را با بخش‌های مختلف هواپیما آشنا می‌کنم.
مخازن سوخت
بیشتر هواپیماها برای روشن شدن نیاز به سوخت دارند. برای نمونه ایرباس اِی 380 نیاز به بیش از 310 هزار لیتر دارد که تقریبا 25 برابر یک ماشین معمولی است. مخازن سوخت با ایمنی تمام درون بال‌های عظیم هواپیما جاسازی شده‌اند.
دنده هواپیما
هواپیماها روی چرخ‌ها و تایرهای محکم و بزرگی نشست و برخاست می‌کنند که از طریق لوله‌های هیدرولیکی به سمت بدنه زیرین هواپیما کشیده می‌شوند تا باعث کاهش مقاومت هوا در زمان پرواز در آسمان شوند.
رادیو و رادار
برادران رایت مجبور بودند تا نخستین هواپیمای خود (جوجه عقاب) را تماما از طریق چشم به پرواز درآورند. در حقیقت این موضوع برای آنها اهمیتی نداشت چرا که هواپیمای آنها نزدیک به زمین پرواز کرده و تنها 12 ثانیه در آسمان ماند. ضمن اینکه هواپیمای دیگری در آسمان نبود تا دلیلی برای نگرانی وجود داشته باشد. اما این روزها آسمان پر از هواپیماهای مختلف است که در روز، شب و انواع شرایط جوی پرواز می‌کنندو از همین رو رادیو، رادار و سیستم‌های ماهواره‌ای برای مسیریابی ضروری به نظر می‌رسند.
کابین‌های فشار
با بالاتر رفتن از سطح زمین فشار هوا افت میکند. به همین دلیل است که کوهنوردان در ارتفاعات بسیار زیاد نیاز به استفاده از کپسول‌های اکسیژن دارند. برای نمونه قله کوه اورست 9 کیلومتر بالاتر از سطح دریا قرار دارد. هواپیماهای جت به طور معمول در ارتفاعات بیشتری از قله کوه قرار داشته و حتی هواپیماهای نظامی در ارتفاعات سه برابر نیز پرواز کرده‌اند. به همین دلیل است که هواپیماهای مسافری کابین های فشار دارند. کابین‌هایی که در آنها هوای گرم با قدرت زیاد وارد میشود. از همین رو افراد می‌توانند به راحتی نفس بکشند. اگرچه خلبانان هواپیماهای نظامی از طریق پوشیدن ماسک‌های اکسیژن و لباس‌های مخصوص فشار این مشکل را حل می‌کنند.
موتور هواپیما
اصول و کارکرد این موتورها خیلی ساده است به طوری که هوا از یک مجرای ورودی به بخش کمپرسور وارد میشود و سپس هوای متراکم وارد محفظهٔ احتراق شده و با اضافه شدن سوخت مشتعل میشود.
دور موتور هواپیما
شاید برای شما سوال شود دور موتور هواپیما چقدر است؟ باید بگوییم دور موتور هواپیماهای پهن‌پیکر به صورت زیر است:
- سرعت N1 این موتور ۳۳۰۰ دور در دقیقه، سرعت ۷ هزار دور در دقیقه است.
- سرعت N3 در حدود ۱۰۶۰۰ دور در دقیقه است.
- موتور ترنت۱۰۰۰ رولزرویس نصب‌شده بر روی بوئینگ ۷۸۷ دارای سرعت ۲۷۰۰ دور در دقیقه برای N1، سرعت ۸۴۰۰ دور در دقیقه برای N2 و سرعت ۱۳۳۰۰ دور در دقیقه برای N3 است.
بیشتر بخوانید: چرا چرخ های هواپیما پنچر نمی شود؟ ساختار لاستیک هواپیما
جمع بندی
امروزه با توجه به اختراعات فراوان به جرات می‌توانم بگویم اختراع عجیب بشر همچنان هواپیما است که در متن بالا شما را با چگونگی پرواز هواپیما، این وسیله عجاب‌انگیز آشنا کردم. برای آشنایی با انواع حمل و نقل هوایی می‌توانید به سایت قاصدک 24 مراجعه کنید و اطلاعات کاملی از این وسیله هیجان‌انگیز کسب کنید.
سوالات متداول درباره نحوه کار هواپیماها
هواپیما چگونه در هوا معلق می ماند؟ در حقیقت موتورهای هواپیما برای به جلو راندن آن در سرعت بالا طراحی شده‌اند. موتور جریان هوا را به سرعت به سمت بال‌ها جریان می‌دهد. در نتیجه هوا به سمت زمین جریان پیدا کرده و یک نیروی فوقانی را به وجود می‌آورد. این نیرو بر وزن هواپیما غلبه کرده و آن را در آسمان نگه می‌دارد.
عامل اصلی در بالا رفتن هواپیما چیست؟ بال‌ها عامل اصلی حرکت هواپیما به سمت بالا هستند.
آیا هواپیما دنده عقب دارد؟ بله، اکثر هواپیماها دنده عقب دارند و می‌توانند هنگام حرکت روی باند فرودگاه و قبل از تیک آف دنده عقب بروند.
آیا هواپیما می تواند در هوا بایستد؟ هواپیما می‌تواند در ارتفاع ثابتی پرواز کند ولی زمانی که بایستد نیروی گرانشی سبب سقوط آن میشود.
علت اصلی پرواز هواپیما چه نیرویی است؟ نیروی راﻧﺶ در واقع ﻧﯿﺮوﯾﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ ﻫﻮاﭘﯿﻤﺎ را ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺟﻠﻮ ﻫﺪاﯾﺖ ﻣﯽ ﮐﻨﺪ.
