پرواز مستقیم- هواپیماها چگونه پرواز می کنند؟
برای اینکه شما به یک خلبان تبدیل شوید و اصول پرواز یک هواپیما را بدانید، فکر نکنید که حتماً باید دکترای رشته آیرودینامیک یا هوافضا را داشته باشید. اما شناخت اصول اولیه پرواز، کمکی فوق العاده برای شماست، خصوصاً برای هدایت هواپیمایتان و هنگام پرواز. درس اول گواهینامه خلبان دانش آموز، شاید درسی طولانی باشد، اما مطالب خواندنی و جالبی نیز در این درس مطرح خواهد شد که بر جذابیت درس خواهد افزود. در مطالعه مطالب نخستین درس خلبانی‌تان، با ما همراه باشید.
چهار نیرویی که همیشه با هواپیمایتان همراهند
هر هواپیمایی که در حال پرواز باشد، بر آن چهار نیروی بسیار اساسی وارد می شود. این نیروها عبارتند از: 1-نیروی برا یا بالابرنده 2-نیروی وزن 3-نیروی پسا یا پس کشنده 4-نیروی تراست یا همان نیروی موتور.
وظیفه ی اصلی شما به عنوان یک خلبان، در حقیقت همان ایجاد تعادل میان این نیروهاست. به طوری که مثلاً در یک پرواز عادی، همه نیروها با هم برابر و در تعادل باشند و یا هنگامی که می خواهید صعود کنید، نیروی برا را به اندازه نیاز، افزایش دهید. حال به معرفی و توضیح عملکرد هر یک از این نیروها می پردازیم.
1- نیروی برا یا Lift
نیروی لیفت به عنوان نیروی اساسی پرواز، نیرویی است که در اثر حرکت بال ها در هوا به وجود می آید. با حرکت بال ها در هوا، به دلیل انحنای قسمت بالای بال، هوا روی بال داری سرعت بیشتری نسبت به زیر بال است. این اختلاف سرعت بر اساس قانون برنولی، اختلاف فشار را باعث می شود، به طوری که در قسمت بالای بال فشار کم و در قسمت پایین بال، فشار زیاد است. فشار زیاد در زیر بال، بال را به سمت بالا فشار داده و در نتیجه، نیروی برا ایجاد می شود که با بالا بردن بال، بالا رفتن کل مجموعه هواپیما را موجب می شود.
2- نیروی وزن یا Weight
نیروی وزن، نیرویی است که زمین بر هر جسمی وارد می کند و آن را به طرف خود می کشد. این جسم می تواند مثلاً یک هواپیما باشد. تصور می کنم نیروی وزن برای همه ما آشنا باشد. نیروی وزن در یک پرواز که هیچ گونه صعود یا نزولی وجود ندارد، با نیروی برای هواپیما برابر است، یعنی هواپیما نه بالا می رود نه پایین می آید.
3- نیروی تراست یا کشش موتور یا Thrust
نیروی تراست، نیرویی است که هواپیما را به جلو می راند. این نیرو توسط یک یا چند موتور که در هواپیما تعبیه شده اند، تولید می شود. هر چه نیروی تراست بیشتر باشد، هواپیما سریعتر پرواز می کند.
4- نیروی پسا یا Drag
در مقابل نیروی کشش موتور، یک نیروی مقاوم وجود دارد که در اثر حرکت هواپیما در هوا و مقاومت آن در برابر مولکول های هوا به وجود می آید. در حقیقت اگر نیروی پسا یا درگ وجود نداشت، هواپیما تا ابد بر سرعتش افزوده می شد. اما پسا مانع افزایش سرعت هواپیما بیشتر از حد معینی می شود.
حالا با معرفی نیروی های اساسی پرواز، زمان آشنایی با کنترل پرواز یک هواپیما رسیده است.
کنترل پرواز یک هواپیما
محور های اصلی پرواز هواپیما عبارتند از: -محور عمودی 2-محور طولی 3- محور عرضی. محور عمودی، محوری است که درست از نقطه وسط هواپیما از بالا به پایین کشیده می شود. چرخش حول این محور، باعث به چپ یا راست حرکت کردن دماغه هواپیما می شود که اصطلاحاً به آن Yaw می گویند. محور طولی، محوری است که در طول هواپیما و از دماغه تا انتهای آن کشیده می شود. اگر چرخشی را حول این محور در ذهنتان تصور کنید، باعث بالا رفتن یک بال و پایین افتادن دیگری می شود که همان دورزدن هواپیماست و اصطلاحاً دورزدن یا Roll نامیده می شود. محور عرضی، محوری است که در عرض هواپیما و از نوک یک بال تا نوک بال دیگر کشیده می شود. چرخش حول این محور باعث بالا رفتن با پایین آمدن دماغه هواپیما در نتیجه صعود یا نزول هواپیما را موجب می شود که اصطلاحاً به آن Pitch یا پیچ می گویند.
شهپر ها یا Ailerons
شهپر ها باله های کوچکی در قسمت انتهایی هر بال و لبه انتهایی آن بال هستند. دورزدن یک هواپیما، اساساً به وسیله این شهپر ها صورت می گیرد. هنگامی که مثلاً هواپیما می خواهد به سمت راست دور بزند، شهپر سمت چپ پایین رفته و شهپر سمت راست بالا می رود. با پایین رفتن شهپر سمت چپ، در آن نقطه نیروی برای بیشتری ایجاد شده و با بالا رفتن شهپر سمت راست، برای کمتری ایجاد می شود. این اختلاف نیروی برا باعث می شود که بال چپ که داری نیروی برای بیشتری است، بالا رفته و بال راست که داری نیروی برای کمتری است، پایین بیفتد. این عمل، باعث می شود که هواپیما به سمت راست متمایل گشته و به همان سمت دور بزند.
دورزدن به سمت چپ نیز به همین صورت است، با این تفاوت که در دورزدن به سمت چپ، شهپر بال راست پایین رفته و برای بیشتری تولید می کند و شهپر سمت چپ بالا رفته و برای کمتری تولید می کند در نتیجه هواپیما به سمت چپ دور می زند. یادتان باشد که شهپر ها همیشه عکس هم کار می کنند.
بالابرها یا Elevators
بالابر ها بالچه هایی در انتهای سکان افقی هواپیما هستند.این بالچه ها با بالارفتن خود، نیروی برای کمتری تولید کرده و باعث پایین آمدن دم می شوند. پایین آمدن دم هواپیما به نوبه خود، باعث بالارفتن دماغه شده و صعود یا افزایش ارتفاع را به دنبال دارد. در حالت عکس، این بالچه ها با پایین رفتن خود، نیروی برای بیشتری را تولید کرده و باعث بالارفتن دم هواپیما می شوند. بالارفتن دم هواپیما، یعنی پایین آمدن دماغه و این خود مساویست با نزول یا از دست دادن ارتفاع. به خاطر داشته باشید که بالابر ها به طور همجهت کار می کنند، یعنی هردو باهم بالا رفته و هر دو باهم پایین می آیند.
پرواز مستقیم یا Level Flight
حالا که طرز کنترل هواپیما و سطوح کنترلی را یاد گرفتید، لازم است که پرواز مستقیم یا Level را نیز یاد بگیرید. پرواز مستقیم، یکی از مهم ترین مانورهای پروازی است که در هواپیماهای مسافربری اهمیت فراوانی دارد. به پروازی که در آن ارتفاع افزایش یا کاهش پیدا نکرده و همچنین جهت پرواز تغییر نکند، یعنی هواپیما دور نزند، پرواز مستقیم گفته می شود.
پرواز مستقیم و آلات پروازی در Level Flight
در این مرحله، می خواهیم آلات پروازی پرکاربرد را به شما معرفی نماییم. در اکثر هواپیماها، شش نشان دهنده اصلی وجود دارد که با استفاده از این شش نشان دهنده، می توانیم بیشتر اطلاعات لازم برای ادامه پروازمان را به دست بیاوریم.
1- نشان دهنده سرعت هوایی هواپیما یا Air Speed Indicator
این وسیله، سرعت هواپیما را نسبت به محیط اطراف آن محاسبه می کند که بر حسب نات درجه بندی شده است. شاید از خود سوال کنید که رنگ مختلف موجود در آن چه کاربردی دارند؟ رنگ سفید، نشان دهنده محدوده مجاز سرعت برای پرواز با فلپ است. رنگ سبز، محدوده مجاز سرعت برای پرواز بدون فلپ را نشان می دهد. رنگ زرد به محدوده سرعتی اشاره دارد که در صورت پرواز با این سرعت احتمال آسیب دیدن بدنه و بال های هواپیما زیاد است.
2- نشان دهنده وضعیت هواپیما نسبت به افق یا Attitude Indicator
این نشان دهنده به نشان دهنده وضعیت هواپیما نسبت به افق شهرت دارد. این نشان دهنده عبارت است از یک کره که در داخل محیط نشان دهنده به گونه ای می چرخد که همیشه یک سمت آن موازی و روی خط افق قرار دارد. این نشان دهنده به دو بخش آبی که نشان دهنده وضعیت بالاتر از افق یا آسمان می باشد و قسمت قهوه ای که نشان دهنده پایین تر از سطح افق یا زمین است تقسیم شده است. دو خط نارنجی وسط، در حقیقت هواپیمای شماست که وضعیتش نسبت به افق تغییر می کند. این نشان دهنده به صورت هر پنج درجه یک خط کوچک تقسیم بندی شده است که از روی آن می توانید زاویه صعود یا نزول خود را بدست آورید. همچنین با این وسیله می توانید زاویه دورزدن یا به اصطلاح Bank Angle خود را نیز محاسبه نمایید.
3- نشان دهنده ارتفاع سنج یا Altimeter
این نشان دهنده یکی از اساسی ترین نشان دهنده های وضعیت پرواز است که در اختیار خلبان می باشد. این نشان دهنده، ارتفاع هواپیما را از سطح دریا اندازه گیری کرده و نمایش می دهد. ارتفاع سنج برحسب فوت درجه بندی شده است. برای خواندن آن، می بایست عقربه کوچک هر عددی را نشان داد، آن عدد را ضرب در هزار کرده و عددی را که عقربه بزرگ نشان می دهد، ضرب در صد نمایید. بدین گونه ارتفاع شما بر حسب فوت به دست می آید.
4- نمایش دهنده دورزدن هواپیما یا Turn Indicator
این نمایش دهنده چیزی شبیه Attitude Indicator است، با این تفاوت که این نمایش دهنده تنها میزان غلتش بالها به چپ یا راست را نشان می دهد و توانایی نمایش زاویه صعود و نزول هواپیما را ندارد.
5- نشان دهنده جهت پرواز یا Heading
نشان دهنده جهت پرواز نیز از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است، چرا که جهت پرواز شما را نشان می دهد و در حقیقت یک قطب نمای بسیار دقیق است. شیوه جهت یابی با این نشان دهنده بدین گونه است که جهت های مختلف در یک پرواز، به 360 جهت یا مسیر تقسیم می شوند که در این حالت، عدد 0 یا 360 جهت شمال، عدد 90 شرق، عدد 180 جنوب و عدد 270 غرب را نشان می دهد. درجه های بین این درجه های اصلی، می توانند برای جهت یابی دقیق تر به کار روند. در نشان دهنده جهت پرواز دماغه هواپیمای سفید کوچک، عددی را نشان می دهد که این عدد در حقیقت همان جهت پرواز شماست.
6- نشان دهنده نرخ صعود یا نزول یا Vertical Speed Indicator
این نشان دهنده که در زیر ارتفاع سنج قرار دارد، می توانند نقش بسیار مهمی را در آگاهی نسبت ارتفاعی که خلبان در آن قرار دارد ایفا کنند. این نشان دهنده، نشان می دهد که هواپیمای شما در هر دقیقه چند فوت صعود یا نزول می کند که دانستن این مسئله، مثلاً برای کاهش ارتفاع برای یک فرود، به منظور نشستن به موقع در ابتدای باند بسیار مهم است. VSI یا همین نشان دهنده، بر حسب فوت درجه بندی شده است. به منظور آگاهی از نرخ صعود یا نزولتان، عددی را که عقربه نشان می دهد ضرب در صد نمایید و البته جهت عقربه را نیز در نظر بگیرید. اگر عقربه رو به بالا باشد، شما مساوی آن عدد در دقیقه صعود کرده و اگر عقربه رو به پایین باشد، شما مساوی آن عدد ارتفاع از دست می دهید.