هواپیما چگونه پرواز می کند؟

هواپیما چگونه پرواز می کند؟

بی ­تردید پرواز از یک گوشه دنیا به سوی دیگر، آن هم تنها در عرض چند ساعت یک امتیاز بزرگ محسوب می­شود. امتیازی که تنها یک قرن از بوجود آمدن آن می­گذرد. بشر از قرن­ها پیش با الهام گرفتن از طبیعت، به فکر ابداع ابزاری برای رسیدن به آرزوی پرواز بوده است. به طوری که در گذشته افراد بسیاری در تلاش بودند تا با استفاده از طرح­هایی مشابه با بال پرندگان، بتوانند رویای پرواز را به ثمر برسانند. سرانجام پس از گذشت سال­ها برادران رایت موفق به اختراع هواپیما شدند، اتفاقی که در آن، دست به کاری زدند که امروز نزدیک به  10هزار هواپیما تنها در آمریکا در یک روز، بال به آسمان می­گشایند. هواپیما بی­شک، یکی از برگترین دستاوردهای بشری است.

اما یک هواپیما چگونه پرواز می­کند؟

اگر فکر می­کنید علت اصلی به پرواز درآمدن هواپیما، موتور آن است، سخت در اشتباه هستید، چراکه بسیاری از وسایل پرنده مانند گلایدرها و یا حتی هواپیماهای کاغذی، بدون موتور نیز به راحتی پرواز می­کنند. موتورهای هواپیما نیرویی برای حرکت به سمت جلو فراهم می­کنند، اما باعث بلند شدن هواپیما از روی زمین نمی­شوند. این بال­ها هستند که اختلاف فشار لازم برای بلند شدن هواپیما از روی زمین را به­ وجود می­آورند. با افزایش نیروی تولید شده توسط موتورها، جریان هوا به سرعت به بال­ها برخورد کرده و با استفاده از ویژگی­های آیرودینامیکی، اختلاف فشار لازم توسط بال­ها برای بلند شدن هواپیما به وجود می­آید. اما چگونه این اتفاق می افتد؟

با انجام یک آزمایش بسیار ساده، به راحتی می­توانیم علت پرواز هواپیما را درک کنیم. یک برگ کاغذ را مطابق دهان خود قرار داده و روی سطح بالایی فوت کنید. با دمیدن هوا بر روی کاغذ، از فشار هوای بالای کاغذ، کاسته شده و در نتیجه فشار هوا در پایین کاغذ بیشتر از فشار آن در بالا شده و در اثر این اختلاف فشار، نیرویی رو به بالا بر کاغذ وارد می­شود و آن را بالا می­برد.

به همین راحتی با استفاده از همین دانش، دانشمندان توانسته­اند بال هواپیما را طراحی کنند و هواپیما قدرت پرواز داشته باشد.

بال هواپیماها یک سطح فوقانی منحنی و یک سطح زیرین هموارتر دارند. این حالت باعث به وجود آمدن شکلی به نام مقطع آیرودینامیکی (Airfoil) می شود.

تصور کنید که دو مولکول هوا به جلوی بال هواپیما رسیده و از هم جدا می شوند. یکی از این مولکول ها به سمت بالا پرتاب شده و دیگری به آرامی در کف باقی می­ماند. این دو مولکول بایستی همزمان به انتهای بال برسند. در نتیجه هوای بالای بال دارای سرعت بیشتری نسبت به هوای پایین بال شده و سبب اختلاف فشار در بالا و پایین بال و ایجاد یک نیروی خالص به طرف بالا می شود. این نیرو می تواند حتی از نیروی جاذبه­ی وارد بر هواپیما هم بیشتر شده و آن را به طرف بالا حرکت دهد.

حال به تعریف نیروهای اصلی وارد شده به هواپیما می­پردازیم:

برآ: نیرویی که بر اثر برخورد هوا با سطوح فوقانی و تحتانی بال، ایجاد و موجب بالا رفتن هواپیما یا ادامه پرواز آن می  شود.

پسا: نیرویی است که در حین پیشروی، در برابر حرکت هواپیما مقاومت می­کند.

تراست : همان نیرویی است که هواپیما را به سمت جلو هدایت می کند که توسط موتورها تامین می شود.

وزن: همان شتاب گرانشی اعمال شده به جرم هواپیما از جانب زمین است و آن را به طرف خود می­کشد.

این­ها چهار نیروی اصلی وارد شده به هواپیما می­باشند که پرواز هواپیما درگروی عملکرد آنها است: وزن (Weight)، نیروی پیشران (Thrust)، نیروی پسا (Drag) و نیروی برآ (Lift) یا بالابرنده. نیروی وزن با بلند شدن هر چیزی از زمین و به پرواز درآمدنش مخالفت میکند. نیروی پیشران یا تراست نیز از گردش بسیار سریع ملخ هواپیما یا در موتورهای جت، از انبساط گازهای ناشی از احتراق  و چرخش پره­های توربین به وجود می­آید که وظیفه به جلو راندن هواپیما را بر عده دارد. در واقع این همان نیرویی است که پنکه­های خانگی نیز آن را تولید می­کنند. نیروی پسا یا مقاومت، درست در جهت مخالف نیروی پیشران به هواپیما اعمال می­شود و آن را به عقب می­راند. اگر دستتان را از پنجره اتومبیلی که در حال حرکت است بیرون ببرید، آن مقاومت هوا که دستتان را به سمت عقب هل می­دهد همان نیروی پسا است. اما چهارمین نیرو یا نیروی برآ، همان نیرویی است که هواپیما را مستقیماً به بالا هل میدهد و باعث به پرواز درآمدنش می­شود. این نیرو به حدی قدرت دارد که می­تواند هیولایی چون بوئینگ ۷۴۷ با بیش از 370 تن وزن را از زمین بلند کند.

در یک پرواز صاف، مستقیم و بدون شتاب هر۴ نیروی آیرودینامیکی ذکر شده با هم در توازن هستند. بدین معنی که نیرو­های مقابل به هم، ۲ به ۲ با یکدیگر برابر می­باشند. یعنی Thrust با Drag و Lift با Weight برابر است.

در این مقاله سعی شد تا به ساده­ترین شکل ممکن چگونگی پرواز هواپیما را تشریح کنیم. در شماره­ی آتی به نحوه هدایت و کنترل هواپیما می­پردازیم.

                                         سیدحمید گروسی

قائم مقام شرکت دانش­بنیان کاموتک پرواز