هواپیماهای مافوق صوت، از رویا تا واقعیت

در تاریخ طراحی و استفاده از هواپیماهای مسافربری تنها هواپیمای کنکورد و توپولوف 144 قادر بودند با سرعت دو ماخ یعنی بیشتر از سرعت صوت پرواز کنند. متاسفانه طراحی این هواپیما دارای نقص های فنی متعددی بود و در نتیجه آمار سوانح و حوادث رخ داده برای آن بسیار بالا بود. نهایتا در سال 2003 میلادی فعالیت این هواپیما به طور کامل متوقف شده و دیگر هواپیمایی با قابلیت حرکت با سرعت مافوق صوت در ناوگان هوائی هیچ کشوری وجود نداشت.

هدف از ساخت هواپیماهایی با سرعت بسیار بالا، کاهش زمان مسافرت در مقایسه با هواپیماهای معمولی است. برای نمونه سفر بین اروپا و ژاپن حدود سی ساعت طول می کشد که با این هواپیماها بسیار زمان کمتری به طول خواهد انجامید.

در سال های اخیر پژوهشگران پروژه تحقیقاتی اروپایی با همکاری کشور ژاپن در تلاش هستند تا هواپیمایی بسازند که سرعت آن در حد سرعت مافوق صوت باشد. امروزه هواپیماهای مسافربری پیشرفته ای در دنیا وجود دارد که هم راحت و هم قابل اعتماد هستند  قابل توجه است که آخرین تحولات مهندسی نشان می دهد که امکان افزایش سرعت این هواپیماها تا چند برابر نیز وجود دارد به طوری که می توان آنها را هواپیماهای مافوق صوت نامید .

یک پروژه تحقیقاتی اروپایی با همکاری کشور ژاپن به مطالعه و بررسی همه جنبه های هواپیمای مافوق صوت مسافری از قبیل شکل هواپیما، موتور، میزان مصرف سوخت، تاثیر آن بر محیط زیست، شرایط اقتصادی و …. پرداخته است.

نتایج این بررسی ها می تواند در زمان بندی سفرهای هوایی بسیار موثر باشد . امانوئل بیلان ویلین  پژوهشگری در طراحی هواپیما در گروه ایرباس و همچنین مسئول بخش هماهنگی پروژه HIKARI  در این رابطه می گوید: هدف از ساخت هواپیماهایی با سرعت بسیار بالا، کاهش زمان مسافرت در مقایسه با هواپیماهای معمولی است. برای نمونه سفر بین اروپا و ژاپن حدود سی ساعت طول می کشد که با این هواپیماها بسیار زمان کمتری به طول خواهد انجامید.

ساخت هواپیماهایی با چنین سرعتی نیازمند نیروی محرکه، مواد جدید و طراحی نوآورانه است که پژوهشگران و محققان شرکای صنعتی اروپا و ژاپن طی تحقیقات و بررسی های خود  به چنین فن آوری های جدیدی دست دست پیدا کرده اند.

پاتریک گرون، مهندس تحقیقات ایرودینامیک در سرعت های بالا که در مرکز هوا و فضای آلمان (DLR) فعال بوده، در این مورد می گوید: شما می توانید اشکال دیگری را نیز تصور کنید، اما همه این موارد مشترکات زیادی با هم دارند، به طور مثال شما به زاویه های تند و شیبدار و طرح بسیار آیرودینامیک نیاز داری ، چون در غیر این صورت کشیدن باعث می شود بیش از حد بالا روید و با این تفاصیل شما نمی توانید به فشار و نیروی محرکه کافی برای شتاب دادن به سیستم دست پیدا کنید.   

در واقع مدل های مقیاس در داخل یک تونل 60 متری قرار گرفته اند . در این تونل می توان فشار هوای فوق العاده ای  که متناسب با پرواز مافوق صوت رخ می دهد را ایجاد کرد .

کلاوس هاینه مان، و طراح هواپیما در این رابطه می گوید: ما می توانیم در این جریان؛ بادی با سرعت بالا تولید کنیم و وسیله نقلیه ای مانند شاتل فضایی مدارگرد یا هر وسیله شبیه سازی شده مافوق صوت با سرعت 8 ماخ در ارتفاع 30 کیلومتری در آن وارد کنیم. (هر ماخ سرعت برابر با 1225 کیلومتر در ساعت بوده بنابراین 8 ماخ برابر با 9800.4 کیلومتر در ساعت است)

جان استیلانت پژوهشگر دینامیک سیالات و نیروی محرکه سیستم ها در آژانس فضایی اروپا و همچنین هماهنگ کننده پروژه های ATLLAS و LAPCAT است، در این رابطه اظهار داشت: در واقع مسافران در پرواز با سرعت بسیار بالا احساس متفاوتی نسبت به هواپیماهای کلاسیک نخواهند داشت و تنها طول زمان پرواز در آنها متفاوت است.  البته مساله بر سر زمان شتاب گرفتن هواپیما در بیست تا سی ثانیه اول است و پس از آن می توان با کمال آرامش از سرعت مافوق صوت لذت برد.

در بیشتر طرح های هواپیماهای مسافربری، محل مسافران در سوی دیگر مخازن سوخت هواپیما است که البته جای بسیار بزرگی از هواپیما را اشغال می کند. در میان انواع سوخت، هیدروژن مایع مورد توجه محققان بوده است که گاز کربنیک تولید نمی کند و می توان از آن به عنوان مایع خنک کننده نیز استفاده کرد.

هیده یوکی تاگوچی از پژوهشگران ژاپنی در سیستم رانش در آژانس فضایی اکتشاف ژاپن و از همکاران این پروژه در این مورد چنین توضیح می دهد: ما به سیستمی از نیروی محرکه نیاز داریم که متناسب مرحله تیک آف تا رسیدن به سرعت 5 ماخ باشد، به این معنا که این ساختار باعث می شود تا موتور بسیار داغ شود . در حقیقت راه حل ما برای چنین مشکلی، کاهش حرارت هوای داغ با استفاده از سوخت بسیار سرد است.   

پژوهشگران و محققان در تونل باد دیگری، سرامیک های ویژه ای را مورد آزمایش قرار دادند که در برابر حرارت بسیار بالا استقامت داشته باشند. این مواد می تواند مورد استفاده در ساخت لبه های بیرونی هواپیما که گرمای آن به خاطر اصطکاک هوا به هزاران درجه سانتیگراد خواهد رسید،  قرار گیرد و بدنه هواپیما را در برابر آن محافظت کند.

بارکارد اسر از پژوهشگران مکانیک سیال در DLR می گوید: هدف اصلی ما  مدیریت سطوح هواپیماست، به نحوی که بار حرارتی آن برای مسافران به اندازه یک پرواز معمولی پایین باقی بماند.

بر اساس زمان بندی ارائه شده توسط پژوهشگران ، تولید تجاری چنین هواپیما هایی در دهه 2040 – 2050 صورت گرفته و در اختیار مسافران قرار خواهد گرفت که البته چنین تولید گسترده ای به تحولات و پیشرفت های فنی و تکنولوژی نیز وابسته است.

 

گزارش: احسان محمدحسینی

No tags for this post.