نگاهی تخصصی به نحوه کار هواپیما

هواپیما چگونه کار می‌کند؟ پرواز از یک سوی جهان به سوی دیگر تنها در چند ساعت، دستاوردی شگفت‌انگیز برای بشر است. تنها یک قرن از نخستین پرواز برادران رایت می‌گذرد و امروز هزاران هواپیما روزانه در آسمان پرواز می‌کنند. هواپیما نماد پیشرفت بشر است؛ با قاصدک 24 همراه باشید تا نگاهی دقیق‌تر به این شاهکار فناورانه بیندازیم.

بررسی علمی و فنی نحوه کار هواپیما

صدای موتور هواپیما نخستین چیزی است که هنگام برخاستن یا فرود هواپیما جلب توجه می‌کند. این موتورهای قدرتمند با سوزاندن حجم زیادی از هوا و سوخت، نیروی رانش فوق‌العاده‌ای ایجاد می‌کنند و از موتورهای ملخی سنتی پرصداترند. اما برخلاف تصور رایج، موتور تنها عامل پرواز نیست؛ چراکه حتی گلایدرها و هواپیماهای کاغذی بدون موتور نیز پرواز می‌کنند.

برای درک پرواز، باید تفاوت نقش موتور و بال را شناخت. موتور وظیفه راندن هواپیما به جلو در سرعت بالا را دارد و جریان هوا را به سمت بال‌ها هدایت می‌کند. در این فرآیند، هوا به سمت پایین رانده شده و نیروی بالابر ایجاد می‌شود؛ نیرویی که بر وزن غلبه کرده و هواپیما را در آسمان نگه می‌دارد.

بال‌ها چگونه باعث پرواز هواپیما می‌شوند؟

بال‌های هواپیما نقش اصلی را در اوج‌گیری دارند. آن‌ها با تغییر مسیر جریان هوا و ایجاد اختلاف فشار، نیروی بالابر را تولید می‌کنند؛ جریانی که موتور با راندن هواپیما به جلو فراهم می‌آورد و در نهایت باعث صعود هواپیما به سمت آسمان می‌شود.

بال‌های هواپیما نقش اصلی را در اوج‌گیری دارند.

چگونه اختلاف فشار، بال‌ها را به پرواز درمی‌آورد؟

بال‌های هواپیما معمولاً سطح بالایی منحنی و سطح زیرین صاف دارند و به این ترتیب شکلی به نام ایرفویل ایجاد می‌کنند. هنگامی که ایرفویل به جلو حرکت می‌کند، مسیر جریان هوا تغییر کرده و اختلاف فشار میان بالای بال و زیر آن شکل می‌گیرد.

برای درک بهتر، تصور کنید آرام در استخر قدم می‌زنید و فشار آب را بر بدن خود حس می‌کنید. بال نیز همین‌گونه فشار هوا را منحرف می‌کند. در پرواز، این انحراف باعث کاهش فشار در بالای بال هواپیما شده و نیروی بالابر، هواپیما را به سمت آسمان می‌برد.

پایین‌رانش؛ تعادل ناپیدای پرواز

طبق قانون سوم نیوتون، هرگاه هواپیما نیرویی رو به بالا ایجاد کند، باید نیرویی برابر و مخالف آن را به سمت پایین به هوا وارد سازد. بال‌ها با فشردن هوا به پایین، نیروی بالابرنده تولید می‌کنند. در این فرآیند، بال‌های زاویه‌دار جریان سریع‌تر هوا را از بالا و جریان کندتر را از زیر به پایین منحرف کرده و موجب صعود هواپیما می‌شوند.

جریان حلقوی هوا؛ راز پایداری بال‌ها

هواپیما هوا را به شکل کاملاً مستقیم به عقب نمی‌راند. هر بال با ایجاد جریان حلقوی و چرخشی، هوا را مانند یک گردباد کوچک به عقب هدایت می‌کند. این پدیده شبیه عبور سریع قطار از کنار ایستگاه است؛ شما همان احساس مکش ناشی از حرکت جاروبرقی را تجربه می‌کنید.

چه نیرویی هواپیما را به پرواز درمی‌آورد؟

برای برخاستن، هواپیما به مجموعه‌ای از عوامل اساسی نیازمند است. این عوامل هر کدام نقشی ویژه در غلبه بر وزن و ایجاد شرایط پرواز دارند، این عوامل به شرح زیر است:

• سرعت هوا
• اثر برنولی
• پیکربندی
• شتاب
• دوران دماغه

راز تعادل در آسمان؛ نیروهای وارد بر هواپیما

طبق نظر کارشناسان در طول پرواز نیروهایی بر هواپیما 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 همه 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.

آسمان بی‌انتها؛ هواپیما تا چه اندازه 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 بال‌ها 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.

هدایت هواپیما؛ ترکیب مهارت و فناوری

هواپیما برای تغییر جهت، مانند دوچرخه‌ای است که به پیچ تکیه می‌کند. از آن‌جایی که در هوا هیچ نیروی مایل به مرکزی وجود ندارد، خلبان باید هواپیما را به یک سمت خم کند تا یکی از بال‌ها پایین‌تر قرار گیرد. این حالت باعث ایجاد حرکتی مایل به بالا و کمی به طرفین می‌شود که هواپیما را حول محور خود می‌چرخاند.

چرخش هواپیما در دایره معمولاً منجر به کاهش ارتفاع می‌شود، مگر اینکه خلبان با استفاده از سطوح کنترل عقب و افزایش زاویه برخورد، حرکت صعودی را جبران کند. این تعادل بین حرکت به بالا و حرکت طرفی، نیازمند مهارت و کنترل دقیق خلبان است تا پرواز امن و پایدار باقی بماند.

تعادل هواپیما نیازمند مهارت و کنترل دقیق خلبان است.

هدایت هواپیما از چه طریقی صورت می‌گیرد؟

در کابین خلبان هواپیما، فرمان کنترلی وجود دارد، این تنها شباهت آن با خودرو است. هدایت وسیله‌ای که در هوا و با سرعت زیاد حرکت می‌کند، از طریق جریان متفاوت هوا در دو طرف بال‌ها امکان‌پذیر است. هواپیما می‌تواند به بالا، پایین و طرفین حرکت کند و با استفاده از سطوح کنترل روی بال‌ها و دم، توقف و تغییر جهت می‌دهد. بخش‌های هدایت هواپیما عبارتند از:

• قسمت متحرک بال هواپیما
• بالابر
• سکان
• اسپویلر
• ترمزهای هوا

هواپیما برای بلند شدن از زمین و پرواز چه سرعتی نیاز دارد؟

هنگامی که موتورهای هواپیما روشن می‌شوند، خلبان با افزایش میزان سوخت وارد شده به محفظه احتراق، سرعت هواپیما را تا حدود ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت بالا می‌برد. با استفاده از اهرم‌ها، فرآیند هدایت آغاز می‌شود. توجه داشته باشید زاویه اوج‌گیری نباید بیش از ۳۰ درجه باشد، زیرا در غیر این صورت هواپیما قادر به پرواز نخواهد بود. حرکت زاویه‌دار تا رسیدن به حالت کروز یا پرواز افقی ادامه می‌یابد.

سایر بخش‌های هواپیما

در ادامه با بخش‌های مختلف هواپیما آشنا می‌شوید و نقش هر یک در پرواز، کنترل و ایمنی توضیح داده می‌شود.

مخازن سوخت هواپیما؛ منبع قدرت پرواز

 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.

مخزن سوخت درون بال هواپیما جاسازی شده است.

دنده هواپیما؛ ستون فقرات فرود و برخاست

هواپیماها برای نشست و برخاست روی چرخ‌ها و تایرهای محکم و بزرگی قرار دارند. این چرخ‌ها از طریق لوله‌های هیدرولیکی به بدنه زیرین هواپیما جمع می‌شوند تا در زمان پرواز مقاومت هوا کاهش یابد.

رادیو و رادار؛ چشم و گوش هواپیما

برادران رایت نخستین هواپیمای خود، جوجه عقاب، را صرفاً با چشم هدایت کردند و پرواز کوتاه ۱۲ ثانیه‌ای نزدیک به زمین داشت. امروزه آسمان پر از هواپیماست که در شب و روز و شرایط جوی مختلف پرواز می‌کنند، از همین رو رادیو، رادار و سیستم‌های ماهواره‌ای برای مسیریابی دقیق و ایمن ضروری هستند.

کابین‌های فشار؛ امنیت و راحتی خلبان و مسافران

 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 دارند، طبق آمار به دست آمده هواپیماهای نظامی در ارتفاعات سه برابر نیز پرواز کرده‌اند.

خلبانان هواپیمای نظامی در ارتفاعات ماسک‌های اکسیژن و لباس‌های مخصوص فشار می‌پوشند.

به همین دلیل است که هواپیماهای مسافری کابین‌های 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؛ منبع انرژی و سرعت

 اصول و کارکرد این موتورها خیلی ساده است، به‌طوری 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. 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.

جمع‌بندی

امروزه با پیشرفت‌های علمی و فناوری، هواپیما هم‌چنان یکی از شگفت‌انگیزترین دستاوردهای بشر است. در مقاله بالا با نحوه کار هواپیما، این وسیله خارق‌العاده و اصولی که آن را در آسمان به حرکت درمی‌آورد، به‌طور مختصر آشنا شدیم و رازهای پرواز آن را بررسی کردیم.

برای آشنایی بیشتر با این سیستم‌ها می‌توانید به سایت قاصدک 24 (وابسته به شرکت فرش تا عرش قاصدک کارمانیا) مراجعه کرده یا با پشتیبانی ۲۴ ساعته به شماره ۰۲۱۷۵۲۶۹ در تماس باشید.

سوالات متداول درباره نحوه کار هواپیما