در دهه اول قرن بیستم، تبی تندتر از «تب طلا» دنیا را فرا گرفته بود؛ تب پرواز! مهندسان و دانشمندان در سراسر آمریکا و اروپا درگیر ساختن ماشینی پرنده بودند که بتواند انسانی را با خود حمل کند. در همین حال 2 برادر آمریکایی در سکوت و با پشتکار بسیار هر آنچه برای پرواز کردن لازم بود، می‌آموختند. اینکه چه ماجرایی باعث شد هوس پرواز به سر آنها بزند، دقیقاً روشن نیست. شاید پرواز پرنده‌ها یا مکانیسم‌های دقیق اسباب بازی‌های‌شان، ولی این هوس عاقبت بزرگ‌ترین آرزوی انسان‌ها را به حقیقت مبدل کرد.
ویلبر در 1867 به دنیا آمد و 4 سال از برادرش ارویل کوچک‌تر بود. آنها فرزند سوم و ششم خانواده‌ای با 7 فرزند بودند. پدرشان کشیش بود و تا وقتی که به اسقفی رسید، دائم در حال سفر بود. این 2 برادر بر طبق گفته خودشان «با هم زندگی می‌کردند، با هم بازی می‌کردند با هم کار می‌کردند و حتی با هم فکر می‌کردند» و با دیدی تیزبین به دنیای اطرافشان می‌نگریستند چون دلشان می‌خواست بدانند هر چیزی چطور کار می‌کند. هیچ کدام آنها مدرسه را تمام نکردند اما هر 2 متفکر و خواننده‌ای دائمی بودند. آنها به کسب و کارهای زیادی دست زدند مثلاً روزنامه‌نگاری یا چاپخانه‌داری اما موفق نشدند (یادتان می‌آید؟ ادیسون هم روزنامه چاپ می‌کرد)!
در سال 1892 آمریکایی‌ها به طرز دیوانه‌واری به دوچرخه‌سواری روی آوردند و 2 برادر هم که به هر چیزی که راه می‌رفت علاقه داشتند، مغازه‌ای افتتاح کردند که کارش گرفت. آنها همینطور مشغول دوچرخه ساختن بودند که در 1896 خبر مرگ اتو لیلین تال را خواندند؛ مردی که حین پرواز با گلایدر سقوط کرد. این خبر توجه آنها را به پرواز جلب کرد. آنها شروع به جمع آوری اطلاعات راجع به پرواز کرده و به عنوان نخستین قدم یک گلایدر طراحی کردند. سعی آنها در این بود که روشی برای کنترل یک جسم پرنده پیدا کنند و تقریباً هم موفق شدند. به روش آنها «بال چرخان» می‌گویند. در 1899 گلایدر مدل و در تابستان 1901 نخستین گلایدر واقعی آنها برای آزمایش آماده شد. آنها با نکته‌سنجی همیشگی‌شان از دفتر هواشناسی آمریکا درباره بهترین مکان پرواز سوال کردند و نقطه‌ای به نام «کیتی هاوک» را یافتند. سفر به کیتی هاوک با این همه اسباب و ابزار مشکل بود و دمای هوا، توفان، بادهای سرد، تنهایی و حتی پشه‌ها آنها را آزار می‌دادند اما آنها نهایتاً موفق شدند. گلایدر «پرواز» کرد اما تنها با 70 درصد نیرویی که آنها محاسبه کرده بودند، بالا رفت.
آنها به شهرشان بازگشتند و این بار دستگاه بزرگ‌تری با سکان افقی در جلوی آن ساختند که «قناری» نامیده شد و در 1901 برای آزمایش آن دوباره به کیتی‌هاوک آمدند. کارکرد دستگاه پیشرفت کرده و مشکلات کنترل رفع شده بود اما برادران رایت همچنان از نادقیق بودن محاسباتشان گیج شده بودند. آنها برای راحتی آزمایشات‌شان در مغازه دوچرخه‌فروشی یک «تونل باد» درست کردند و با این کار تجربیات هوانوردی را به سطح مطالعات جدی مهندسی ارتقا دادند. در دسامبر 1901 برادران رایت به نقطه حساسی در داستان پرواز رسیدند؛ آنها فهمیدند که بخش اعظم داده‌های چاپ شده درباره بال هواپیماها و گلایدرها نادرست است و به این ایده روشن رسیدند که «زاویه حمله» باعث حرکت مرکز فشار در بال به عنوان تابعی از شیب گرده بال می‌شود و فهمیدند که سطح کنترل برای خلبان باید چه نقشی را بازی کند.
همه این آزمایش‌ها پایه موفقیت اصلی آنها شد. آنها موتور را به ماشین پرنده شان اضافه کردند و ملاحظات فنی لازم به دلیل افزایش وزن دستگاه را انجام دادند. هواپيماي آنها به نام «فلاير1» يا «پرنده 1»، شکل گلایدر قناری بود و سکانی قابل حرکت داشت. ملاحظات فنی کار آنها جالب است اما منظور نظر ما نیست. آنچه جالب است تلاش آنها و دیدگاه مهندسی آنها به موضوع پرواز است. آنها به کار خود مطمئن بودند، آنقدر که در روز 17 دسامبر 1902 دوربین عجیب و غریبشان را روی مسیر آماده شده برای پرواز زوم کردند. به لطف اطمینان آنها ما این صحنه‌های هیجان انگیز را از جالب‌ترین واقعه هوانوردی یا حتی همه تکنولوژی در دست داریم. نخستین پرواز 12 ثانیه طول کشید و 120 پا آن طرف‌تر به زمین نشست؛ 12 ثانیه در برابر هزاران سال آرزو!
چطور پرواز می‌کنند؟
شاید تا به حال با هواپیما پرواز کرده باشید شاید هم نه! اما من فکر می‌کنم نشستن در هواپیمای بزرگی که درونش خیلی هم با اتوبوس فرقی ندارد، رابطه نزدیکی با پرواز ندارد. در عوض کسی که تا به حال بادبادک هوا کرده باشد، خوب با پرواز و حس پرنده بودن آشناست. در واقع باید دانست اصول علمي پرواز بادبادك و بوئينگ يكسان است! نخستین شباهت آنها این است که هر 2 در هوا پرواز می‌کنند. هوا چیست؟ همان چیزی که در کتاب علوم دبستان می‌خوانیم؛ ماده‌ای که مولکول‌هایش دائما حرکت می‌کند. این حرکت و برخورد مولکول‌ها به همه اشیا، منشا پدید آمدن فشار هواست که نقش مهمی در شناوری اجسام در آسمان دارد. بگذارید بعضی از خواص مهم رفتار هوا را دوباره بررسی کنیم:
1- دو صفحه کاغذ کاملا یکسان را در نظر بگیرید. یکی از آنها را مچاله کنید و هر 2 را از یک ارتفاع رها سازید. چه می‌بینید؟ این پدیده چه چیزی را نشان می‌دهد؟ چرا چیزهایی که پرواز می‌کنند (اعم از پرنده‌ها و هواپیما) به بال احتیاج دارند؟
2- یک نوار کاغذی باریک ببرید و آن را در دست بگیرید. حالا روی نوار بدمید. چه اتفاقی می‌افتد؟ چرا کاغذ در هوا به پرواز درمی‌آید و چرا فشار هوا روی آن، موجب افتادن کاغذ نمی‌شود؟ اگر جواب این سوال‌ها را نمی‌دانید آنها را به یاد بسپارید تا حین کشف نحوه پرواز هواپیما هوشیارتر به قضیه نگاه کنید. حتما موافقید که مهم‌ترین مساله‌ای که باید به آن غلبه کرد، وزن است. یعنی هواپیما اول باید از زمین بلند شود تا بعد بتوانیم راجع‌به جلو یا عقب رفتنش بحث کنیم. نیروی وزن طبیعتا همه اجسام را رو به پایین (یعنی زمین) می‌کشد پس ما به نیرویی به سمت بالا احتیاج داریم؛ به این نیرو «بالابر» یا «لیفت» می‌گویند. برای درک چگونگی ایجاد این نیرو بهتر است به بال یک هواپیما نگاهی بیندازیم و البته یک نگاه یواشکی به قوانین فیزیک: جریان هوا با رسیدن به بال به 2 قسمت تقسیم می‌شود و یکی از رو و دیگری از زیر بال می‌گذرد. آزمایش و مشاهده و واقعیت پرواز هواپیما نشان می‌دهد که جریان رویی بسیار سریع‌تر از جریان زیر بال است. در اینجاست که نوبت برنولی می‌شود تا با قانونش نشان بدهد پرواز چطور ممکن است.
قانون برنولی صورتی دیگر از قانون بقای انرژی است. راجع به 2 نیروی مهم در هواپیما صحبت کردیم: گرانش و نیروی بالابر، اما 2 نیروی دیگر هم در پرواز موثرند. در واقع بعد از بلند شدن از زمین، هواپیما باید بتواند به سمتی حرکت کند و اینجا نوبت موتور یا ملخ هواپیماست که «نیروی برا» یا پیش برنده را تولید کند. البته نقش موتور تنها همین نیست و گرنه هواپیمایی که ناگهان در آسمان خاموش می‌شود سقوط نمی‌کرد! فکر می‌کنید چه رابطه‌ای بین وجود موتور و ماندن در هوا یا نیروی بالابر وجود دارد؟ درست است! وزیدن نسیم ملایم بهاری هواپیما را بلند نمی‌کند، بلکه وجود جریان شدید هواست که موجب پدید آمدن نیروی بالابر می‌شود. در واقع موتور با گردش قدرتمندش «باد نسبی» تولید می‌کند. پس حالا می‌دانید چرا تا قبل از اینکه هواپیماها موتوردار بشوند، فقط گلایدرها یا بادبادک‌های بزرگ پرواز می‌کردند! اما همه چیز به همین سادگی هم نیست. شما هم حتما اصطکاک را فراموش نکرده‌اید. در واقع مقاومت هوا در برابر به جلو کشیده شدن هواپیما، نیرویی رو به عقب به آن وارد می‌کند که به آن «نیروی پسا» می‌گوییم. هر‌قدر هواپیما سریع‌تر به جلو برود، هوا مقاومت بیشتری نشان خواهد داد و آن را بیشتر به عقب خواهد کشید. شکل هواپیما هم بسیار موثر است. هر چه بدنه صاف‌تر یا به اصطلاح «آیرودینامیک تر» باشد، اصطکاک کمتری به وجود خواهد آمد. با توجه به چیزهایی که می‌دانید، می‌توانید بگویید عبور از دیوار صوتی یعنی چه؟ حالا همه نیروهای موثر بر هواپیما را می‌شناسید. خوب است بدانید با استفاده از آنها چطور خلبان هواپیما را کنترل می‌کند.
باید بدانید خلبان 3 ابزار اصلی کنترل پرواز دارد: شهپرها، سکان و بالابرها. شهپرها باعث گردش هواپیما هستند و درست مثل فرمان ماشین عمل می‌کنند. با چرخش فرمان در جهت عقربه‌های ساعت شهپر راست بالا می‌رود و شهپر چپ به سمت پایین حرکت می‌کند و نتیجه این ماجرا چرخیدن هواپیما به سمت راست است.سکان وظیفه تغییر یا انحراف مسیر را به عهده دارد. خلبان با استفاده از پدال‌های راست و چپ سکان را به سمت راست و چپ منحرف می‌کند که نتیجه‌اش چرخش هواپیماست. برای دور زدن استفاده از شهپر و سکان ضروری است. بالابرها که روی دم هواپیما قرار دارند برای کنترل اوج‌گیری و ارتفاع به کار می‌روند. خلبان با جلو یا عقب کشیدن فرمان کنترل، بالابرها را بالا یا پایین می‌برد و با این کار دماغه هواپیما را به بالا بلند می‌کند یا به پایین می‌کشد. ترمزها هم بالای پدال‌های سکان هستند و فقط روی زمین کاربرد دارند. درباره مکانیزم پرواز هواپیما
مثل پرنده‌ها
در دهه اول قرن بیستم، تبی تندتر از «تب طلا» دنیا را فرا گرفته بود؛ تب پرواز! مهندسان و دانشمندان در سراسر آمریکا و اروپا درگیر ساختن ماشینی پرنده بودند که بتواند انسانی را با خود حمل کند. در همین حال 2 برادر آمریکایی در سکوت و با پشتکار بسیار هر آنچه برای پرواز کردن لازم بود، می‌آموختند. اینکه چه ماجرایی باعث شد هوس پرواز به سر آنها بزند، دقیقاً روشن نیست. شاید پرواز پرنده‌ها یا مکانیسم‌های دقیق اسباب بازی‌های‌شان، ولی این هوس عاقبت بزرگ‌ترین آرزوی انسان‌ها را به حقیقت مبدل کرد.
ویلبر در 1867 به دنیا آمد و 4 سال از برادرش ارویل کوچک‌تر بود. آنها فرزند سوم و ششم خانواده‌ای با 7 فرزند بودند. پدرشان کشیش بود و تا وقتی که به اسقفی رسید، دائم در حال سفر بود. این 2 برادر بر طبق گفته خودشان «با هم زندگی می‌کردند، با هم بازی می‌کردند با هم کار می‌کردند و حتی با هم فکر می‌کردند» و با دیدی تیزبین به دنیای اطرافشان می‌نگریستند چون دلشان می‌خواست بدانند هر چیزی چطور کار می‌کند. هیچ کدام آنها مدرسه را تمام نکردند اما هر 2 متفکر و خواننده‌ای دائمی بودند. آنها به کسب و کارهای زیادی دست زدند مثلاً روزنامه‌نگاری یا چاپخانه‌داری اما موفق نشدند (یادتان می‌آید؟ ادیسون هم روزنامه چاپ می‌کرد)!
در سال 1892 آمریکایی‌ها به طرز دیوانه‌واری به دوچرخه‌سواری روی آوردند و 2 برادر هم که به هر چیزی که راه می‌رفت علاقه داشتند، مغازه‌ای افتتاح کردند که کارش گرفت. آنها همینطور مشغول دوچرخه ساختن بودند که در 1896 خبر مرگ اتو لیلین تال را خواندند؛ مردی که حین پرواز با گلایدر سقوط کرد. این خبر توجه آنها را به پرواز جلب کرد. آنها شروع به جمع آوری اطلاعات راجع به پرواز کرده و به عنوان نخستین قدم یک گلایدر طراحی کردند. سعی آنها در این بود که روشی برای کنترل یک جسم پرنده پیدا کنند و تقریباً هم موفق شدند. به روش آنها «بال چرخان» می‌گویند. در 1899 گلایدر مدل و در تابستان 1901 نخستین گلایدر واقعی آنها برای آزمایش آماده شد. آنها با نکته‌سنجی همیشگی‌شان از دفتر هواشناسی آمریکا درباره بهترین مکان پرواز سوال کردند و نقطه‌ای به نام «کیتی هاوک» را یافتند. سفر به کیتی هاوک با این همه اسباب و ابزار مشکل بود و دمای هوا، توفان، بادهای سرد، تنهایی و حتی پشه‌ها آنها را آزار می‌دادند اما آنها نهایتاً موفق شدند. گلایدر «پرواز» کرد اما تنها با 70 درصد نیرویی که آنها محاسبه کرده بودند، بالا رفت.
آنها به شهرشان بازگشتند و این بار دستگاه بزرگ‌تری با سکان افقی در جلوی آن ساختند که «قناری» نامیده شد و در 1901 برای آزمایش آن دوباره به کیتی‌هاوک آمدند. کارکرد دستگاه پیشرفت کرده و مشکلات کنترل رفع شده بود اما برادران رایت همچنان از نادقیق بودن محاسباتشان گیج شده بودند. آنها برای راحتی آزمایشات‌شان در مغازه دوچرخه‌فروشی یک «تونل باد» درست کردند و با این کار تجربیات هوانوردی را به سطح مطالعات جدی مهندسی ارتقا دادند. در دسامبر 1901 برادران رایت به نقطه حساسی در داستان پرواز رسیدند؛ آنها فهمیدند که بخش اعظم داده‌های چاپ شده درباره بال هواپیماها و گلایدرها نادرست است و به این ایده روشن رسیدند که «زاویه حمله» باعث حرکت مرکز فشار در بال به عنوان تابعی از شیب گرده بال می‌شود و فهمیدند که سطح کنترل برای خلبان باید چه نقشی را بازی کند.
همه این آزمایش‌ها پایه موفقیت اصلی آنها شد. آنها موتور را به ماشین پرنده شان اضافه کردند و ملاحظات فنی لازم به دلیل افزایش وزن دستگاه را انجام دادند. هواپيماي آنها به نام «فلاير1» يا «پرنده 1»، شکل گلایدر قناری بود و سکانی قابل حرکت داشت. ملاحظات فنی کار آنها جالب است اما منظور نظر ما نیست. آنچه جالب است تلاش آنها و دیدگاه مهندسی آنها به موضوع پرواز است. آنها به کار خود مطمئن بودند، آنقدر که در روز 17 دسامبر 1902 دوربین عجیب و غریبشان را روی مسیر آماده شده برای پرواز زوم کردند. به لطف اطمینان آنها ما این صحنه‌های هیجان انگیز را از جالب‌ترین واقعه هوانوردی یا حتی همه تکنولوژی در دست داریم. نخستین پرواز 12 ثانیه طول کشید و 120 پا آن طرف‌تر به زمین نشست؛ 12 ثانیه در برابر هزاران سال آرزو!
چطور پرواز می‌کنند؟
شاید تا به حال با هواپیما پرواز کرده باشید شاید هم نه! اما من فکر می‌کنم نشستن در هواپیمای بزرگی که درونش خیلی هم با اتوبوس فرقی ندارد، رابطه نزدیکی با پرواز ندارد. در عوض کسی که تا به حال بادبادک هوا کرده باشد، خوب با پرواز و حس پرنده بودن آشناست. در واقع باید دانست اصول علمي پرواز بادبادك و بوئينگ يكسان است! نخستین شباهت آنها این است که هر 2 در هوا پرواز می‌کنند. هوا چیست؟ همان چیزی که در کتاب علوم دبستان می‌خوانیم؛ ماده‌ای که مولکول‌هایش دائما حرکت می‌کند. این حرکت و برخورد مولکول‌ها به همه اشیا، منشا پدید آمدن فشار هواست که نقش مهمی در شناوری اجسام در آسمان دارد. بگذارید بعضی از خواص مهم رفتار هوا را دوباره بررسی کنیم:
1- دو صفحه کاغذ کاملا یکسان را در نظر بگیرید. یکی از آنها را مچاله کنید و هر 2 را از یک ارتفاع رها سازید. چه می‌بینید؟ این پدیده چه چیزی را نشان می‌دهد؟ چرا چیزهایی که پرواز می‌کنند (اعم از پرنده‌ها و هواپیما) به بال احتیاج دارند؟
2- یک نوار کاغذی باریک ببرید و آن را در دست بگیرید. حالا روی نوار بدمید. چه اتفاقی می‌افتد؟ چرا کاغذ در هوا به پرواز درمی‌آید و چرا فشار هوا روی آن، موجب افتادن کاغذ نمی‌شود؟ اگر جواب این سوال‌ها را نمی‌دانید آنها را به یاد بسپارید تا حین کشف نحوه پرواز هواپیما هوشیارتر به قضیه نگاه کنید. حتما موافقید که مهم‌ترین مساله‌ای که باید به آن غلبه کرد، وزن است. یعنی هواپیما اول باید از زمین بلند شود تا بعد بتوانیم راجع‌به جلو یا عقب رفتنش بحث کنیم. نیروی وزن طبیعتا همه اجسام را رو به پایین (یعنی زمین) می‌کشد پس ما به نیرویی به سمت بالا احتیاج داریم؛ به این نیرو «بالابر» یا «لیفت» می‌گویند. برای درک چگونگی ایجاد این نیرو بهتر است به بال یک هواپیما نگاهی بیندازیم و البته یک نگاه یواشکی به قوانین فیزیک: جریان هوا با رسیدن به بال به 2 قسمت تقسیم می‌شود و یکی از رو و دیگری از زیر بال می‌گذرد. آزمایش و مشاهده و واقعیت پرواز هواپیما نشان می‌دهد که جریان رویی بسیار سریع‌تر از جریان زیر بال است. در اینجاست که نوبت برنولی می‌شود تا با قانونش نشان بدهد پرواز چطور ممکن است.
قانون برنولی صورتی دیگر از قانون بقای انرژی است. راجع به 2 نیروی مهم در هواپیما صحبت کردیم: گرانش و نیروی بالابر، اما 2 نیروی دیگر هم در پرواز موثرند. در واقع بعد از بلند شدن از زمین، هواپیما باید بتواند به سمتی حرکت کند و اینجا نوبت موتور یا ملخ هواپیماست که «نیروی برا» یا پیش برنده را تولید کند. البته نقش موتور تنها همین نیست و گرنه هواپیمایی که ناگهان در آسمان خاموش می‌شود سقوط نمی‌کرد! فکر می‌کنید چه رابطه‌ای بین وجود موتور و ماندن در هوا یا نیروی بالابر وجود دارد؟ درست است! وزیدن نسیم ملایم بهاری هواپیما را بلند نمی‌کند، بلکه وجود جریان شدید هواست که موجب پدید آمدن نیروی بالابر می‌شود. در واقع موتور با گردش قدرتمندش «باد نسبی» تولید می‌کند. پس حالا می‌دانید چرا تا قبل از اینکه هواپیماها موتوردار بشوند، فقط گلایدرها یا بادبادک‌های بزرگ پرواز می‌کردند! اما همه چیز به همین سادگی هم نیست. شما هم حتما اصطکاک را فراموش نکرده‌اید. در واقع مقاومت هوا در برابر به جلو کشیده شدن هواپیما، نیرویی رو به عقب به آن وارد می‌کند که به آن «نیروی پسا» می‌گوییم. هر‌قدر هواپیما سریع‌تر به جلو برود، هوا مقاومت بیشتری نشان خواهد داد و آن را بیشتر به عقب خواهد کشید. شکل هواپیما هم بسیار موثر است. هر چه بدنه صاف‌تر یا به اصطلاح «آیرودینامیک تر» باشد، اصطکاک کمتری به وجود خواهد آمد. با توجه به چیزهایی که می‌دانید، می‌توانید بگویید عبور از دیوار صوتی یعنی چه؟ حالا همه نیروهای موثر بر هواپیما را می‌شناسید. خوب است بدانید با استفاده از آنها چطور خلبان هواپیما را کنترل می‌کند.
باید بدانید خلبان 3 ابزار اصلی کنترل پرواز دارد: شهپرها، سکان و بالابرها. شهپرها باعث گردش هواپیما هستند و درست مثل فرمان ماشین عمل می‌کنند. با چرخش فرمان در جهت عقربه‌های ساعت شهپر راست بالا می‌رود و شهپر چپ به سمت پایین حرکت می‌کند و نتیجه این ماجرا چرخیدن هواپیما به سمت راست است.سکان وظیفه تغییر یا انحراف مسیر را به عهده دارد. خلبان با استفاده از پدال‌های راست و چپ سکان را به سمت راست و چپ منحرف می‌کند که نتیجه‌اش چرخش هواپیماست. برای دور زدن استفاده از شهپر و سکان ضروری است. بالابرها که روی دم هواپیما قرار دارند برای کنترل اوج‌گیری و ارتفاع به کار می‌روند. خلبان با جلو یا عقب کشیدن فرمان کنترل، بالابرها را بالا یا پایین می‌برد و با این کار دماغه هواپیما را به بالا بلند می‌کند یا به پایین می‌کشد. ترمزها هم بالای پدال‌های سکان هستند و فقط روی زمین کاربرد دارند. ارسال نظر
پربیننده