به گزارش حیات به نقل از فارس، تصویری که بیش از هر چیز با نام هواپیماهای نظامی دوران جنگ سرد گره خورده است، لحظهای است که یک جنگنده رهگیر یا بمبافکن استراتژیک در دل آسمان، فرم فیزیکی خود را تغییر داده و بالهایش را به سمت عقب جمع میکند. فناوری بال متغیر یکی از شگفتانگیزترین دستاوردهای مهندسی هوافضا در قرن بیستم بود که به طراحان اجازه داد بر یکی از بزرگترین تضادهای علم آیرودینامیک غلبه کنند: نیاز به بالهای باز برای پرواز ایمن در سرعتهای پایین و نشست و برخاست، و نیاز به بالهای جمعشده برای شکافتن دیوار صوتی. در ادامه، به بررسی فناوری، مزایای تاکتیکی و دلایل منسوخ شدن این غولهای مکانیکی در عصر دیجیتال میپردازیم:
تضاد آیرودینامیکی و تولد یک ایده ناب
در مهندسی هوافضا، طراحی بال همواره یک چالش است. بالهای مستقیم و کشیده (مانند آنچه در هواپیماهای مسافربری یا ترابری میبینیم) برای تولید بیشترین میزان نیروی برا در سرعتهای پایین بینقص هستند. این نوع بالها به جنگندهها اجازه میدادند تا مسافت کمتری را برای برخاستن از روی ناوهای هواپیمابر طی کنند و در نبردهای هوایی نزدیک (داگفایت) شعاع چرخش بسیار تنگی داشته باشند. اما مشکل زمانی آغاز میشد که خلبان قصد عبور از سرعت صوت را داشت. در سرعتهای نزدیک به مافوق صوت، بالهای مستقیم باعث ایجاد امواج شوک شدید و نیروی پسا (Drag) فلجکنندهای میشوند که مصرف سوخت را به شدت افزایش میداد و میتوانست به ساختار هواپیما آسیب برساند.راه حل این مشکل در طراحی بالهای پسگرا یا مثلثی (دلتا) نهفته بود.
اما این بالها نیز در سرعتهای پایین فاجعهبار عمل میکردند و به باندهای فرود بسیار طولانی نیاز داشتند. پاسخ مهندسان به این بنبست فیزیکی، خلق پرندهای بود که بتواند در حین پرواز، هندسه خود را تغییر دهد. فناوری بال متغیر به وجود آمد تا دو هواپیمای کاملاً متفاوت را در قالب یک بدنه واحد به نیروی هوایی تحویل دهد.
بررسی از منظر علم مکانیک، تلاقی تیتانیوم و هیدرولیک
از منظر فناوری و مهندسی مواد، ساخت یک جنگنده بال متغیر یک کابوس تمامعیار بود. قلب تپنده این سیستم، بخشی به نام جعبه لولای مرکزی است.
این قطعه که معمولاً در مرکز بدنه و محل اتصال بالها قرار دارد، باید تمام فشارهای گرانشی، نیروی گشتاور در حین مانورهای سنگین و ارتعاشات پرواز مافوق صوت را تحمل کند.در جنگندههایی مانند F-14 یا F-111، این جعبه لولا از آلیاژهای یکپارچه و بسیار مستحکم تیتانیوم ساخته میشد تا در برابر خستگی فلز مقاومت کند. سیستم تغییر زاویه بالها متکی بر جکهای هیدرولیکی عظیم و موتورهای قدرتمندی بود که میتوانستند در کسری از دقیقه، بالها را در برابر فشار سهمگین جریان هوا حرکت دهند.
در مدلهای پیشرفتهتر مانند F-14، رایانه کنترل پرواز به صورت پیوسته سرعت، ارتفاع و زاویه حمله را محاسبه کرده و زاویه بالها را بدون نیاز به دخالت خلبان، در بهینهترین حالت ممکن تنظیم میکرد. این یک شاهکار زودهنگام در اتوماسیون پروازی در آن دوره محسوب میشد.در ادامه دو فروند اف۱۴ تامکت اوراقی ارتش آمریکا را در دو حالت مختلف بال بسته و باز مشاهده میکنید
سلاطین تغییر شکل در میدان نبرد
اجرای موفقیتآمیز این فناوری، دستاوردهای تاکتیکی بینظیری به همراه داشت. جنگنده F-111 توانست مفهوم نفوذ در ارتفاع بسیار پایین با سرعت مافوق صوت را برای بمباران اهداف استراتژیک به واقعیت تبدیل کند. هواپیمای پاناویا تورنادو، محصول مشترک اروپا، با استفاده از همین سیستم توانست به یکی از پایدارترین پلتفرمهای تهاجمی در شرایط جوی نامساعد تبدیل شود.
در سوی دیگر پرده آهنین، مهندسان شوروی نیز با درک پتانسیل این فناوری، بمبافکنهای تاکتیکی سوخو-۲۴ و جنگندههای میگ-۲۳ را روانه آسمان کردند. نقطه اوج این رقابت، بمبافکن استراتژیک توپولف Tu-160 (بلکجک) بود؛
غول پیکرترین هواپیمای جنگی بال متغیر جهان که میتوانست با بالهای جمعشده به سرعتهای فراتر از ۲ ماخ دست یابد و با بالهای باز، دهها تن سلاح هستهای را با ایمنی کامل از روی باندهای استاندارد به پرواز درآورد.
پیروزی نرمافزار بر سختافزار، چرا بالهای متغیر بازنشسته شدند؟
با ورود به اواخر قرن بیستم و آغاز قرن بیست و یکم، نسل جدیدی از فناوریها متولد شدند که ناقوس مرگ بالهای متغیر را به صدا درآوردند. حذف این سیستم از طراحیهای مدرن نظامی، ناشی از سه تحول بنیادین در فناوری هوانوردی بود.نخستین عامل، بحران وزن و تعمیرات بود. مکانیزم لولاها، موتورهای هیدرولیک و ساختار تقویتشده بدنه، هزاران کیلوگرم وزن مرده به هواپیما تحمیل میکرد. این قطعات متحرک به شدت در معرض استهلاک بودند و به ازای هر ساعت پرواز، دهها ساعت کار طاقتفرسای تعمیر و نگهداری را طلب میکردند. حذف این مکانیزم به معنای آزاد شدن فضای حیاتی برای سوخت بیشتر و تسلیحات سنگینتر بود.
عامل دوم، تحول بزرگ فناوری پرواز با سیم در هوانوردی و پیشرفت رایانههای پروازی بود. در جنگندههای نسل چهارم به بعد، طراحان توانستند هواپیماهایی با ناپایداری استاتیک طراحی کنند. در این جنگندهها، کامپیوترهای فوقسریع با تنظیم مداوم سطوح کنترلی ظریف در صدمهای ثانیه، هواپیما را در هوا نگه میدارند. ترکیب این نرمافزارهای پیشرفته با طراحیهای آیرودینامیکی نوین مانند استفاده کانارد یا بالهای ترکیبی، نیاز به تغییر فیزیکی کل بال را به طور کامل از بین برد. یک جنگنده بال ثابت مدرن مانند تایفون یا رافال، امروزه همان انعطافپذیری یک جنگنده بال متغیر کلاسیک را با نرمافزار جبران میکند.
در نهایت، میخ آخر بر تابوت این فناوری، ظهور پنهانکاری بود. در طراحی هواپیماهای رادارگریز نسل پنجم جی۲۰ یا اف ۳۵، یکپارچگی سطوح و جلوگیری از ایجاد هرگونه شکاف یا لبه متحرک غیرضروری، حیاتی است. شکافهای فیزیکی که برای حرکت بالهای متغیر روی بدنه ایجاد میشوند، بهشت امواج راداری هستند و به شدت سطح مقطع راداری (RCS) هواپیما را افزایش میدهند. پنهانکاری نیازمند پوستهای صاف و بدون درز است، چیزی که با ماهیت مکانیکی بالهای متغیر در تضاد مطلق قرار دارد.
فناوری بال متغیر، نمادی از دورانی بود که انسان محدودیتهای فیزیک را با چرخدندهها، جکهای هیدرولیک و طراحیهای جسورانه مکانیکی شکست میداد.امروزه، اگرچه این شاهکارهای مهندسی جای خود را به الگوریتمهای پیچیده کامپیوتری و مواد جاذب رادار دادهاند اما همچنان به عنوان یکی از درخشانترین فصول در تاریخ تکامل ماشینهای جنگی شناخته میشوند.
نظر شما