در حال بررسی...واماندگی هواپیما
از نظر فنی، ممکن است یک هواپیما با هر سرعتی دچار واماندگی شود. در ادامه به چگونگی وقوع واماندگی هواپیما و راه‌های جلوگیری از آن پرداخته می‌شود.
در یکم ژوئن ۲۰۰۹، پرواز شماره ۴۴۷ ایرفرانس، از مسیر ریودوژانیرو به سمت پاریس در حال پرواز بود که به دلیل طوفان، بر فراز اقیانوس اطلس، از رادار ناپدید شد. بنابر گزارش مرکز تحقیقات فرانسه، حسگرهای سرعت ایرباس A330 دچار یخ‌زدگی شدند که منجر به خوانش معیوب و خاموش‌شدن کنترل خودکار خلبان شد.
بنابر اعلام سازمان هواپیمایی کشوری فرانسه، اگرچه خلبان‌ها می‌توانستند هواپیما را نجات دهند، اما در عوض، آنها برعکس آنچه لازم بود، انجام دادند و هواپیما را به مرز واماندگی رساندند. اینکه مقصر چه کسی بوده، اهمیتی ندارد، اما نمی‌توان از یکی از بدترین سوانح در تاریخ هوانوردی امروزی چشم‌پوشی کرد.
در وضعیت واماندگی، هواپیما ارتفاع و کنترل خود را از دست می‌دهد. این وضعیت یکی از پدیده‌هایی بوده که اشتباه فهمیده شده‌است. بسیاری بر این باور هستند که واماندگی به دلیل کاهش سرعت اتفاق می‌افتد، اما این نادرست است و سرعت هواپیما ربطی به پدیده واماندگی ندارد. از نظر فنی، یک هواپیما در هر سرعتی می‌تواند دچار واماندگی شود.
” بخوانید: واماندگی موتور و دردسر برای جمبوجت قرقیزی “
ایرفویل، لایه مرزی و زاویه حمله
بال هواپیما در واقع ایرفویل‌هایی هستند که کنار هم چیده شده‌اند. ایرفویل می‌تواند نیروی برآ را با کارایی بالا ایجاد کند. نقطه شروع یک ایرفویل به عنوان لبه حمله و انتهای آن به عنوان لبه فرار شناخته می‌شود. ایرفویل به شکل قطره اشک است و دارای ناحیه‌ای با حداکثر ضخامت است که در آن نیروی برآ بیشتر متمرکز است. همچنین دارای یک خط وتر است که در اصل یک خط مستقیم بوده که لبه حمله و لبه فرار را بهم متصل می‌کند.
با جریان‌یافتن هوا بر روی ایرفویل، ذرات ریز در تماس با آن قرار می‌گیرند و سرعت آنها صفر است. ذرات مجاور بلافاصله پس از دور شدن از ایرفویل، در سرعت جریان آزاد با قدرت فزاینده‌ای شتاب می‌گیرند. از سطح ایرفویل تا جایی که لزجت دیگر بر جریان هوا تاثیر نمی‌گذارد، به‌عنوان لایه مرزی شناخته می‌شود. برای اینکه نیروی برآ ایجاد شود، بال یا ایرفویل به یک لایه مرزی متصل نیاز دارد.
بر این اساس، نیروی برآ و در نتیجه کمترین فشار روی یک ایرفویل، در ناحیه‌ای با حداکثر ضخامت اتفاق می‌افتد. جریان هوا جلوتر از ضخامت و پشت ضخامت عموما فشار بیشتری را تجربه می‌کند. درک این نکته مهم است که هوا می‌خواهد از ناحیه‌ای با فشار بالاتر به منطقه‌ای با فشار کمتر جریان یابد.
بنابراین، در قسمت جلویی ایرفویل، ناحیه‌ای با فشار مطلوب و مستقیما در پشت آن ناحیه‌ای با فشار نامطلوب وجود دارد. این فشار نامطلوب به عنوان گرادیان فشار نامطلوب شناخته می‌شود. با حرکت هوا از نقطه حداکثر ضخامت، سرعت جریان هوا کاهش می‌یابد که باعث کاهش انرژی جنبشی جریان نیز می‌شود. به این دلیل اصطکاک پوسته اتفاق می‌افتد. با توجه به کاهش سرعت جریان، افزایش گرادیان فشار نامطلوب همچنان افزایش پیدا می‌کند.
جریان هوا نمی‌تواند مسیر خود را در برابر گرادیان فشار نامطلوب در حال افزایش ادامه دهد. گرادیان فشار نامطلوب باعث می‌شود که کندترین ذرات هوا (آنهایی که نزدیک به ایرفویل هستند) حرکت نکنند و در نقطه‌ای، جریان از ایرفویل جدا شود. به این نقطه، نقطه جدایی گفته می‌شود. فراتر از این نقطه، معکوس جریان رخ می‌دهد. این فیزیک یک پدیده واماندگی است.
زاویه بین جریان هوای نسبی و خط وتر ایرفویل به عنوان زاویه حمله شناخته می‌شود. با افزایش زاویه حمله، نیروی برآ تولیدشده توسط بال با نزدیک‌تر شدن خطوط جریان افزایش می‌یابد. اثر دیگر افزایش زاویه حمله این است که باعث می‌شود ناحیه حداقل فشار روی ایرفویل به سمت جلو حرکت کند.
در نتیجه، قسمت بیشتری از بال در معرض گرادیان فشار نامطلوب قرار می‌گیرد و بنابراین، با افزایش زاویه حمله، ایرفویل به یک پدیده واماندگی نزدیک‌تر می‌شود. زاویه حمله‌ای که در آن واماندگی رخ می‌دهد، به عنوان زاویه بحرانی حمله شناخته می‌شود. این تنها عاملی است که می‌تواند منجر به واماندگی شود. از این رو، واماندگی در هواپیما، یک مشکل در زاویه حمله است.
چه اتفاقی برای یک هواپیما در طول یک واماندگی می‌افتد و خلبانان چگونه آن را مهار می‌کنند؟
هنگامی که زاویه حمله بال فراتر از زاویه حمله بحرانی افزایش می‌یابد، هواپیما وارد یک واماندگی می‌شود، جایی که بال دیگر هیچ نیروی برآیی تولید نمی‌کند. رفتار هواپیما در حین واماندگی در هواپیماهای مختلف، متفاوت است. اما برخی نشانه‌های رایج وجود دارد. یکی از اولین نشانه‌های یک واماندگی قریب‌الوقوع، لرزش شدید (بافِت آیرودینامیکی) است، به این معنی که هواپیما به لرزش می‌افتد. این لرزش در اثر برخورد هوای جدا‌شده به دم هواپیما ایجاد می‌شود.
کنترل پدیده واماندگی ساده است. اگر هواپیما در حال گردش است، تنها کاری که خلبان باید انجام دهد شامل پایین آوردن دماغه و قرار دادن بال‌ها در وضعیت افقی است. این عمل زاویه حمله را کاهش می‌دهد و جریان هوا دوباره روی بال برقرار می‌شود. پس از بازیابی، هواپیما باید از حالت دماغه رو به پایین خارج شود و برای بازگشت به مسیر پرواز قبلی، نیرو اضافه کرد.
بازیابی واماندگی در ارتفاع پروازی بالا سخت و دشوار است. در ارتفاع بالا، هوا رقیق‌تر است. بنابراین، هنگامی که یک هواپیما در این ارتفاعات دچار واماندگی می‌شود، زمان زیادی برای بازیابی آن نیاز است. بازیابی در این شرایط هم به همین صورت است. دماغه به سمت پایین قرار می‌گیرد تا جریان هوا دوباره ایجاد شود. با این حال، به دلیل هوای بسیار رقیق، ممکن است از دست‌دادن ارتفاع طول بکشد تا در نهایت بتوان از حالت واماندگی خارج شد. اگر هواپیما وارد واماندگی شود، برای مثال در ارتفاع حدود ۳۵ هزار پا، ممکن است حدود ۱۰ هزار تا ۱۲ هزار پا طول بکشد تا هواپیما بازیابی شود.
توصیه می‌شود در طول بازیابی، نیروی پیشران موتور را در حالت درجا قرار داد، به ویژه در هواپیماهایی که موتورهای آنها زیر بال‌ها متصل است. از آنجایی که بردار نیروی پیشران این موتورها در زیر مرکز ثقل هواپیما عمل می‌کند، افزودن نیروی پیشران موتور ممکن است باعث افزایش زاویه حمله شود که می‌تواند وضعیت را بدتر کند. همانطور که قبلا گفته شد، پرواز ۴۴۷ ایرفرانس پس از ورود به یک پدیده واماندگی در ارتفاع بالا سقوط کرد.
در برخی از هواپیماهای دارای پروانه، استفاده از نیروی موتور در بازیابی واماندگی می‌تواند مفید باشد. این امر به این دلیل است که جریان پشت پروانه باعث تسریع جریان هوا بر روی بال می‌شود و گاهی اوقات به ایجاد جریان هوا دوباره روی بال‌ها کمک می‌کند.
دستگاه‌های هشدار واماندگی و سامانه‌های بازیابی واماندگی
اکثر هواپیماهای ترابری جدید مجهز به دستگاه‌های هشداردهنده واماندگی هستند. سامانه‌های هشدار به گونه‌ای طراحی شده‌اند که قبل از ورود هواپیما به وضعیت واماندگی، یک هشدار قریب‌الوقوع به خلبان داده می‌شود. یکی از متداول‌ترین روش‌هایی که برای هشدار دادن به خلبانان در خصوص پدیده واماندگی استفاده می‌شود، لرزش اهرم کنترل است. در این شرایط، سامانه‌های کنترل خلبان به لرزش درمی‌آید تا توجه خلبان را به خود جلب کند.
در بسیاری از هواپیماها از یک پره ثابت متصل به بدنه برای شناسایی زمان هشدار واماندگی استفاده می‌شود. این پره مستقیما در معرض عبور جریان قرار دارد و زاویه حمله را بطور لحظه‌ای ثبت می‌کند. این داده بطور مستمر به رایانه پرواز منتقل می‌شود و زمانیکه زاویه حمله از حد مجاز فراتر رفت، فرمان لرزش اهرم کنترل صادر می‌شود.
گاهی اوقات هواپیماها به سامانه هل‌دهنده اهرم کنترل نیز مجهز می‌شوند. اگر هواپیما به مرز واماندگی نزدیک شود، سامانه مذکور به طور فیزیکی اهرم را فشار می‌دهد.
ملاحظات طراحی هواپیما برای به تعویق انداختن واماندگی
تاخیر در واماندگی مهم است، به دلیل اینکه به سازندگان اجازه می‌دهد هواپیمایی بسازند که عملکرد بهتری داشته باشد. نه تنها تاخیر در واماندگی مهم بوده، بلکه طراحی هواپیمایی با ویژگی‌های واماندگی مطلوب نیز امری ضروری است.
یکی از خطرناک‌ترین انواع واماندگی‌ها به نام واماندگی نوک بال شناخته می‌شود که در آنجا واماندگی نوک بال‌ها قبل از ریشه رخ می‌دهد. واماندگی نوک بال می‌تواند باعث افت ناگهانی برآ روی یک بال و کاهش اثربخشی شهپرها شود که به کنترل غلتش کمک می‌کند. در بال‌های مستطیلی، این امر مشکلی ایجاد نمی‌کند. در عمل، بال اکثر وسایل حمل و نقل هوایی دارای پسگرایی هستند که در شکل طبیعی خود، تمایل دارند در نوک بال دچار واماندگی شوند.
برای جلوگیری از واماندگی نوک بال، برخی از سازندگان بال‌ها را طوری به بدنه هواپیما وصل می‌کنند که ریشه بال در زاویه برخورد بالاتری نسبت به نوک قرار گیرد. این امر تضمین می‌کند که ریشه بال سریعتر از نوک به یک زاویه بحرانی می‌رسد و باعث پدیده واماندگی ریشه می‌شود. یک راه دیگر استفاده از نوار واماندگی است. این نوار یک ایرفویل کوچک (مثلثی) است که به ریشه بال متصل شده‌است. این امر باعث جدا شدن زود هنگام جریان در ریشه شده و ریشه را مجبور می‌کند که سریعتر از نوک دچار واماندگی شود.
برای به تعویق انداختن پدیده واماندگی، طراحان هواپیما ایده‌های هوشمندانه زیادی ارائه کرده‌اند. یکی از آنها استفاده از مولدهای گردابه‌ای است. این مولدهای گردابه‌ای ساختارهای تیغه مانند کوچکی هستند که به بال‌ها متصل می‌شوند. آنها گردابه‌هایی ایجاد می‌کنند و باعث ایجاد یک جریان آشفته می‌شوند. از آنجایی که جریان آشفته انرژی جنبشی بیشتری دارد، این فرصتی به بال برای مقابله در برابر گرادیان فشار نامطلوب می‌دهد و با آن، جریان هوا می‌تواند برای مدت طولانی‌تری بر روی بال برقرار باشد.
استفاده از باریکه روی موتور نیز باعث تاخیر در پدیده واماندگی می‌شود. موتورهای بسیار بزرگ با نسبت گذردهی بالا که امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرند، گاهی بر قابلیت نیروی برآ بال‌ها تاثیر می‌گذارند. هنگامی که باریکه‌ها روی ناسل موتور نصب می‌شوند، آنها گردابه‌هایی ایجاد می‌کنند و مانند مولدهای گردابه‌ای در زاویه حمله بالا به لایه مرزی انرژی می‌افزایند. این امر جریان هوا را به بال متصل نگه می‌دارد و از ورود به واماندگی‌های اولیه جلوگیری می‌کند.
سایر حوادث ناشی از واماندگی
یکی دیگر از سوانح بزرگ ناشی از یک پدیده واماندگی، در ۲۸ دسامبر ۲۰۱۴ رخ داد. یک هواپیمای ایرباس A320 شرکت ایرآسیا حامل ۱۶۲ مسافر بود و از سورابایا در اندونزی به سمت سنگاپور در حال پرواز بود. این هواپیما برای دورشدن از ابرهای طوفانی بزرگ، اندکی پس از صعود به دریای جاوه سقوط کرد. یک شکاف در یک ماژول الکترونیکی کوچک باعث هشدارهای مکرر به خلبانان شد که با تنظیم مجدد سامانه پاسخ داده شدند. در نتیجه، خلبان خودکار خاموش شد و ایرباس A320 به سمت چپ منحرف گردید.
خدمه پرواز برای نجات هواپیما تلاش کردند، اما تلاش آنها بی‌فایده بود و در نتیجه هواپیما دچار واماندگی شد و سقوط کرد. بررسی‌ها نشان داد که خدمه تعمیر و نگهداری از مشکلی که کمتر از ۲۳ بار در طول سال رخ داده، آگاه بودند و تنظیم مجدد سامانه یکی از روش‌های رسیدگی به آن بود.
در ۴ آوریل ۱۹۹۴، پرواز شماره ۴۳۳ شرکت KLM Cityhopper به دلیل از دست دادن کنترل هواپیما در حین یک فرود اضطراری سقوط کرد. این پرواز توسط ساب ۳۴۰ انجام شد. این سانحه ناشی از استفاده ناکافی از کنترلهای پرواز در حین دور زدن نابرابر دریچه گاز به دنبال یک اتصال کوتاه که خوانش فشار روغن معیوب را برای یکی از موتورها نشان می‌داد، بود. این سانحه، منجر به کشته‌شدن سه نفر از جمله خلبان و دو مسافر شد.
در سال ۲۰۰۵، در ۱۶ اوت، یک هواپیمای مکدانل داگلاس MD-82 متعلق به خطوط هوایی غرب کارائیب به دلیل واماندگی سقوط کرد و همه ۱۶۰ سرنشین آن کشته شدند. این هواپیما از پاناما به سمت مارتینیک در حرکت بود که سرعت هواپیما به تدریج در ارتفاع ۳۳ هزار پا کاهش یافت. این امر به دلیل عملکرد بالای هواپیما و با توجه به اینکه سیستم یخ‌زدایی روشن بود، از هوای خروجی موتورها استفاده می‌کرد و در نتیجه میزان نیروی پیشران را کاهش می‌داد.
بولتنی که توضیح می‌دهد چگونه باید با این وضعیت مواجه شد، توسط سازنده با شرکت هواپیمایی به اشتراک گذاشته شده بود، اما هرگز در دسترس خلبانان قرار نگرفت. خطاهای بیشتر وضعیت وخیم را تشدید کرد و هواپیما در یک گاوداری در ونزوئلا سقوط کرد.
منبع:
بسیار عالی و با بیانی شفاف توضیح داده شده است. سپاسگزارم
با سلام
از بذل توجه شما متشکریم.