بشر از قرن ها پیش در آرزوی پرواز بود و با الهام گرفتن از طبیعت به فکر ابداع ابزاری برای پرواز بود. به طوری که در گذشته افراد بسیار زیادی در تلاش بودند تا با استفاده از طراحی هایی مشابه با بال پرندگان، بتوانند رویای پرواز را به ثمر برسانند. درهرحال بعد از گذر سال ها براردان رایت موفق به اختراع هواپیما شدند، اما یک هواپیما چگونه پرواز می کند؟ با ما همراه باشید.

هواپیما چطور از زمین بلند می شود؟

اگر در حد قوانین فیزیک دوران دبیرستان و مدرسه اطلاعات داشته باشید، احتمالا در مورد پرواز هواپیما هم ایده هایی دارید. اما آیا به راستی در مورد پرواز هواپیما و نحوه کنترل آن اطلاعات لازم را دارید؟ خب پیش از آنکه بخواهیم در مورد نحوه پرواز و کنترل هواپیما صحبت کنیم، بیاید ابتدا چد قانون و اصل مهم در مورد کنترل هواپیما را باهم مرور کنیم.

پیش از صحبت در مورد نحوه پرواز و کنترل هواپیما ابتدا باید اطلاعاتی در مورد اصطلاحات رایج پروازی داشته باشیم:

• نیروی پسار: نیرویی است که در حین آغاز به حرکت و رانش، نیروی مقاومت هوا را خنثی می کند.
• رانش: همان نیرویی است که هواپیما را به سمت جلو هدایت می کند و بر خلاف نیروی گرانش است. نیروی رانش همانطور که انتظار دارید توسط موتور ها تامین می شود.
• ایرفول: ایرفول برشی برروی بال های هواپیماست که جریان هوا را به گونه ای هدایت می کند تا فشار هوا در قسمت های بالایی و پایینی بال در نسیت متناسبی تقسیم شود و فشار در سطح پایینی بال بیشتر از سطح بالایی گردد تا هواپیما به سمت بالا حرکت کند.
• نیروی جاذبه: همان نیرویی است که همه چیز در این کره خاکی را برروی سطح نگهداشته است.

موتورهای هواپیما نیروی برای حرکت به سمت جلو فراهم می کنند، اما باعث بلند شدن هواپیما از روی زمین نمی شوند. این بال ها هستند که اختلاف فشار لازم برای بلند شدن هواپیما از روی زمین را به وجود می آورند. با افزایش نیروی تولید شده توسط موتورها، جریان هوا به سرعت با بالا برخورد می کند و با استفاده از ویژگی های ایرودینامیکی، اختلاف فشار لازم توسط بال های برای بلند شدن هواپیما به وجود می آید. اما چگونه این اتفاق می افتد؟

بال ها و اختلاف فشار چگونه باعث پرواز هواپیما می شوند؟

بال ها عامل اصلی حرکت هواپیما به سمت بالا هستند. اما این اتفاق چگونه می افتد؟ هواپیماها معمولا یک سطح منحنی فوقانی و یک سطح زیرین هموارتر دارند که وجود چنین طراحی هایی باعث به وجود آمدن ویژگی های ایرودینامیکی می شود تا مقطع ایرودینامیکی هواپیما به وجود بیاید.

چنین سطح مقطعی باعث می شود تا هواپیما به سمت بالا حرکت کند و اختلاف فشار مورد نیاز را به وجود بیاورد. برای توضیح ساده تر فرض کنید که دو مولکول هوا به بال هواپیما برخورد کنند، یکی به سمت بالا و دیگری به سمت پایین حرکت می کند و اختلاف فشار لازم به وجود می آید.

پیشنهاد می کنیم در صورت تمایل نگاهی به مقاله بهترین هواپیماهای ایران داشته باشید.

جریان حلقوی هوا در بال ها چگونه است؟

تا بحال پیش آمده است تا در یک ایستگاه راه آهن ایستاده باشید و قطار با سرعت از کنار شما رد شود؟ در این هنگام وقتی قطار از کنار شما می گذرد حسی همانند مکش هوا مانند جارو برقی وجود دارد که شما را به سمت خود می کشد. در هواپیماها نیز همین اتفاق می افتد.

هربال هواپیما از طریق ایجاد جریان حلقوی و چرخشی هوا، جریانی شبیه به یک گردباد ایجاد می کند تا هوا با سمت عقب هدایت کند.

هدایت هواپیما چگونه کنترل می شود؟

یک هواپیمای درحال حرکت مکانیسمی مشابه با خودرو درحال حرکت دارد، اما مسلما تفاوت های چشمگیری هم دارد. حرکت هواپیما حول ۳ محور مختلف است که فقط خلبان به آنها دسترسی دارد و به واسطه اهرم ها انجام می شود.

حرکت های حول اهرم هواپیما حالتی شبیه به فرمان خودرو دارند و با استفاده از این اهرم است که هواپیما می تواند به سمت راست یا چپ حرکت کند. حرکت های حول اهرم حرکت چرخشی نام دارند که خلبان با به سمت چپ یا راست بردن این اهرم، بال های عقبی را تکان داده و باعث می شود هواپیما به راست یا چپ بگردد.

البته این حرکت چرخشی همانی نیست که برای گردش روی زمین استفاده می شود. اهرم هواپیما یک حرکت عمودی نیز دارد. سکان های هدایت هواپیما به سمت های راست و چپ و عقب و جلو حرکت می کنند. حرکت هایی که به سمت چپ و راست می روند برای حرکت به همین سمت هاست و حرکت هایی که توسط سکان به سمت جلو یا عقب هستند، برای پرواز و یا فرود مرود استفاده اند.

وقتی خلبان سکان هواپیما را به سمت عقب می کشد، هواپیما به شرط داشتن سرعت لازم، از زمین بلند می شود و وقتی سکان را به سمت جلو حرکت دهد هواپیما ارتفاع کم می کند. حرکت های سکان هواپیما که به سمت عقب یا جلو هستند منجر به ایجاد کنترل برروی دم عمودی عقب هواپیما می شود.

در ادامه نگاهی هم به بهترین شرکت های هواپیمایی ایران داشته باشید.

هواپیما چگونه در هوا معلق می ماند؟

هواپیماها فقط تا حد مشخصی قادر به بالا رفتن و ارتفاع گرفتن هستند. در یک زاویه مشخص در هنگام اوج گرفتن، پس از رسیدن به ارتفاعی مشخص هواپیما دیگر ارتفاع نمی گیرد و در ارتفاعی مشخص ثابت می ماند. در این هنگام جریان هوا در حول بال ها باعث می شود نیروی کششی به سمت زمین کاهش پیدا کرده و هواپیما در ارتفاعی ثابت باقی بماند.

به زبان ساده تر باید این چنین گفت که پس از رسیدن به زاویه ای مشخص، مثلا ۱۵ درجه، هوا دیگر به نرمی حول بال های جریان ندارد و بیشتر شاهد افزایش نیروی کشش و کاهش بیشتر در بالا رفتن هستیم، تا حدی که به حالت رسیدن به ثبات شباهت دارد.  برای حرکت به سمت چپ و راست هم پیش تر توضیح دادیم که از پره های عقبی و پره هایی که برروی بال قرار دارند استفاده می شود.

کابین فشار هواپیما چیست؟

با بالاتر رفتن از سطح زمین فشار هوا افت می کند. به همین دلیل است که کوهنوردان در ارتفاعات بسیار زیاد نیاز به استفاده از کپسول های اکسیژن دارند. برای نمونه قله کوه اورست ۹ 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 کرده اند.

به همین دلیل است که هواپیماهای مسافری کابین های فشار دارند. کابین هایی که در آنها هوای گرم با قدرت زیاد وارد می شود. از همین رو افراد می توانند به راحتی نفس بکشند. اگرچه خلبانان هواپیماهای نظامی از طریق پوشیدن ماسک های اکسیژن و لباس های مخصوص فشار این مشکل را حل می کنند.

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

موتورهای هواپیما انواع مختلفی دارند که خود بحث جداگانه ای است، اما وقتی موتورهای روشن می شوند و هواپیما آماده حرکت می شود، خلبان با افزایش میزان سوخت ورودی به محفظه احتراق سرعت هواپیما را بالا می برد تا در نهایت به سرعت ۲۵۰ کیلومتر بر ساعت برسد.

در این هنگام با استفاده از اهرم ها فرایند هدایت هواپیما و آغاز انجام می شود. البته نکته مهمی که وجود دارد این است که زاویه اوج گیری نباید بیشتر از ۳۰ درجه باشد وگرنه هواپیما قادر به پرواز نخواهد بود. حرکت زاویه دار تا زمانی ادامه می یابد که هواپیما به ارتفاع مورد نظر برسد و به اصطلاح علمی به حالت کروز یا پرواز افقی برسد.

در پایان اگر به دنبال خرید بلیط هواپیما داخلی و یا خارجی هم هستید، پیشنهاد می کنیم حتما بلیط خود را از سایت های معتبر و یا نمایندگی های فیزیکی فروش قانونی بلیط تهیه نمایید تا دچار مشکلات آتی نشوید.

 

منبع: سمتیک