ورود به سایت
ثبت‌نام

هواپیماهای نسل آینده، طرح بال جدید بویینگ

هر تکنولوژی تاریخ انقضایی دارد و این بدان معناست که هر نوآوری هر قدر هم که از کاربردهای متنوعی برخوردار باشد، پس از گذشت یک بازه زمانی فاقد کارایی خواهد شد اما در این جا بهتر است به این نکته نیز اشاره کنیم که رسیدن به تاریخ انقضا صرفا به معنای خارج شدن آن تکنولوژی از چرخه صنعت نیست بلکه به معنای مواجه شدن با موضوعی با عنوان ناسازگار شدن با زمان است و این موضوع در مورد هواپیماها نیز صدق می کند. امروزه دیگر مثل چند دهه گذشته طراحان تنها به دنبال طراحی و ساخت وسایلی نیستند تا به بتوانند با آن پرواز کنند بلکه...

     هر تکنولوژی تاریخ انقضایی دارد و این بدان معناست که هر نوآوری هر قدر هم که از کاربردهای متنوعی برخوردار باشد، پس از گذشت یک بازه زمانی فاقد کارایی خواهد شد اما در این جا بهتر است به این نکته نیز اشاره کنیم که رسیدن به تاریخ انقضا صرفا به معنای خارج شدن آن تکنولوژی از چرخه صنعت نیست بلکه به معنای مواجه شدن با موضوعی با عنوان ناسازگار شدن با زمان است و این موضوع در مورد هواپیماها نیز صدق می کند. امروزه دیگر مثل چند دهه گذشته طراحان تنها به دنبال طراحی و ساخت وسایلی نیستند تا به بتوانند با آن پرواز کنند بلکه به دنبال رسیدن به مفهومی هستند که علاوه بر توانایی پرواز، با مسائل قرن بیست و یکم نیز همخوانی داشته باشد. در ادامه مقاله پیش رو قصد داریم تا شما را با این سازگاری ها آشنا کنیم.

افزایش نسبت منظری بال

     این امر موجب کاهش Drag القایی می شود که این امر نیاز به موتورهایی با Thrust بیشتر را از بین می برد و فقدان نیاز به موتورهای قوی تر یعنی کاهش مصرف سوخت و در نهایت کاهش هزینه های عملیاتی. البته درست است چنین فرایندی امتیازات بالا را به همراه دارد اما چنین کاری سبب می شود تا دیگر نتوان هواپیماها در آشیانه های متداول واقع در فرودگاه های امروزی جای داد که خود این موضوع باعث شده تا طراحان به سمت تکنولوژی موجود در بال های تاشو جنگنده های ناونشین سوق پیدا کنند که از طرفی خود این امر نیز باعث افزایش وزن جهت تقویت محل لولای قسمت تاشونده می شود لذا طراحان برای جلوگیری از افزایش وزن تصمیم گرفته اند تا از مواد کامپوزیتی استفاده کنند که خود استفاده از کامپوزیت در چنین قسمت هایی به معنای افزایش هزینه ها در مرحله ساخت و تولید است.

     اما حتی استفاده از چنین تکنولوژی خروجی دلخواه را به طراحان نداد و آن ها مجبور به استفاده از روش کلاسیک عصای بال (Braced Wing) شدند که به طور چشمگیری اصطحکام بال را افزایش می دهد و وزن بال را مهار می کند. نقطه ضعف چنین روشی ایجاد Drag شدید در سرعت های پیمایشی معادل 800 کیلومتر ر ساعت است. جهت جبران این پسای تحمیلی نسبت ضخامت بال را می توان کاهش داد که خود کاهش پیدا کردن ضخامت سبب محدود شدن فضا جهت نصب تانکرهای سوخت می شود و این یعنی کمتر شدن میزان سوخت قابل حمل و برای حل این موضوع هم طراحان تصمیم به استفاده از تانکر سوخت اضافی (External fuel tank) گرفته اند که در شکم بدنه تعبیه می گردد.

استفاده از موتورهای توربوپراپ

     مزیت چنین موتورهایی در آن است که هوایی که از ملخ ها گذشته و در اصل تولید نیروی پیشرانش کرده در ادامه مسیر خود بر روی سطح بال به حرکت خود ادامه خواهد داد. از طرفی می دانیم که بال زمانی تولید نیروی برا می کند که هوا بر روی آن با سرعت مناسب جربان داشته باشد که این جریان یافتن و واسطه به جلو حرکت کردن به سرعت هواپیما با نیروی Thrust انجام می شود. حال در این هواپیماهایی که مجهز به موتورهای توربوپراپ هستند علاوه بر جریان داشتن هوا بخاطر حرکت رو به جلو هواپیما، جریان پر سرعت عبور کرده از ملخ ها نیز بر روی سطح بال ها حرکت می کند و با جریان اصلی ترکیب می شود که این عامل سبب افزایش آهنگ تولید نیروی برا و کارآمد تر شدن بال ها می شود. 

نصب بال‌ها در قسمت فوقانی بدنه

454150main_boeing_sugar_original_full_large_verge_medium_landscape

     این بال ها بدان جهت حائز اهمیت هستند که موتور های توربوفن نسل بعدی دارای نسبت گذر 20 خواهند شد و این یعنی قطر آن ها دو برابر می شود و زیر بال های نصب شده در قسمت فوقانی بهترین جا برای تعبیه کردن چنین موتورهایی است. از طرفی این بال ها، نسبت به بال هایی که در پایین تعبیه می شوند Drag تداخلی کمتری تولید می کنند اما در مقابل از سخت تر شدن دسترسی مکانیک ها به موتور جهت تعمیر که بگذریم، چنین چیدمانی افزایش صدای موتور در داخل کابین مسافر به همراه دارد چرا که در بال های پایین بخشی از صدا توسط خود بال گرفته می شود و در نتیجه آلودگی صوتی کمتری در کابین مسافر به وجود می آید.

بهینه‌سازی آیرودینامکی

     اصطکاک و نیروی Drag وابسته به نیروی Lift، شاخص ترین عوامل در تولید نیروی Drag آیرودینامیکی محسوب می شوند. در حال حاضر پیشرفت های صورت گرفته در زمینه های سازه و آیرودینامیک کمک شایانی در بحث به حداکثر رساندن طول بال ها در عین کاهش نیروی Drag آیرودینامیکی شده است. این پیشرفت ها از آن جهت حائر اهمیت هستند که بر تکیه بر آن ها می توان در بهینه سازی ابعاد بهره برد؛ برای مثال، فاحش ترین تاثیر این تکنولوژی، کاهش طول بال های هواپیماهای غول پیکر است که در حالت عادی به نظر می رسد به بال های بزرگتری برای پرواز نیاز خواهند داشت و در نتیجه کاهش طول بال ها بدان معناست که آن هواپیما می تواند در هر فرودگاهی  نشست و برخاست کند.

     Winglet یا قسمت انتهایی نوک بال ها از همان فناوری هایی محسوب می شود که در رسیدن به بال هایی با طول کمتر در ازای تولید نیروی برا مورد نظر جهت به پرواز درآوردن یک هواپیما بسیار موتر واقع شده است. در نگاه اول در می یابیم که هوایپماهایی نظیر بوئینگ 747-400، ایرباس A380 بخاطر ابعاد بزرگ و وزن سنگینشان قاعدتا باید به بال های بزرگی نیاز داشته باشند اما در مقابل این نقطه نظر باید از این واقعیت پرده برداشت که استفاده از Winglet باعث شده تا Vortex های ناشی از نوک بال ها به طور چشمگیری کاهش پیدا کند و در نتیجه بازده بال افزایش یابد و دیگر به بال بزرگتری نیاز نشود. بهینه سازی آیرودینامیکی جز نقاط بالقوه در جهت بهینه سازی هوابردها ها دسته بندی می شود و بنا بر پیش بینی های انجام شده توسط مهندسین طراحی و ساخت سازه های پروازی این روند تا بیست سال آینده نیز ادامه خواهد داشت.

علم مواد

     وزن اضافه ای در هر وسیله نقلیه ای باعث افزایش مصرف سوخت می شود. یکی از راهکارهای موثر جهت کاهش وزن استفاده از مواد سبک تر و با استحکام در ساختار هواپیما است. از جمله تکنیک هایی که که رسیدن به هدف فوق را میسر می سازد استفاده از ترکیب دو یا چند ماده با یکدیگر است که اصطلاحا به آن مواد مرکب یا کامپوزیت می گویند.

بهینه‌سازی ترمودینامیکی

     در این زمینه بهینه سازی نسبت فشار عملیاتی بالاتر (HOPR) موضوعی است که در بهبود بخشی واحد احتراق (Combustion) یک موتور جت و البته برخی از چرخه های دیگر موتور مطرح می شود که در این مورد نباید تنها به این کار اندیشید چرا که بهینه سازی موتور ها با خود پیچیده تر شدن مکانیکی را به همراه دارد و پیچیده تر شدن یعنی وجود امکان بالقوه در خصوص افزایش هزینه های تعمیرات و نگهداری و نتیجه این که این بهبود بخشی ها باید به گونه ای اعمال شوند که با خود هزینه های هنگفت را به همراه نداشته باشند.

bcb0ef4a-9636-447d-8b87-5e83e16f22b5.Full

     تکنولوژی‌هایی که در این مقاله به آن ها پرداخته ایم تکنولوژی هایی هستند که در جهان امروز هواپیماسازی، در فاز آزمایش و رفع نقص قرار دارند چرا که همانطور که مشاهده کردید برخی از خود آن ها نیز مشکلات خاص خود را به همراه دارند اما با این تفاسیر در هواپیماهایی استفاده شده اند و مهندسان توانسته اند تا از آن ها به خروجی دلخواه برسند که از مطرح ترین این هواپیما ها می توان به ایرباس A320-Neo، بوئینگ 737-Max، ایرباس A350 و بوئینگ 747-8 اشاره کرد. برای مثال زمانی که 747-8 را با نمونه های پیشین مقایسه می کنیم به این نتیجه می رسیم که این رد حتی از سری 400 نیز از مکانیزم عملکردی بهتری برخوردار است. در سری 8 خبری از موتورهای سنگین، Wingletهای نوک بال ها که در سری 400 دیده می شوند نیست و این بیانگر آن است که بوئینگ موفق شده تا با ارائه سری 8 بخشی از فرایند بهینه ساز را انجام دهد و یا ایرباس توانسته است تا با ارائه نمونه A350 گامی نوین در جهت ساخت هواپیماهای کامپوزتی-کربنی بردارد.

 

به قلم علیرضا عشاقی

ارسال نظر