بزرگنمایی:
چرا پنجره هواپیماها برخلاف بسیاری از پنجرههای معمولی گوشههای تیز ندارند؟ پاسخ این سوال به مجموعهای از حوادث مرگبار در آغاز عصر جتها برمیگردد.
پایگاه خبری نوید تربت: http://www.navidtorbat.ir
چرا پنجره هواپیماها برخلاف بسیاری از پنجرههای معمولی گوشههای تیز ندارند؟ پاسخ این سوال به مجموعهای از حوادث مرگبار در آغاز عصر جتها برمیگردد، زمانی که مهندسان دریافتند شکل پنجره میتواند مستقیما با ایمنی پرواز ارتباط داشته باشد.
هر بار که در هواپیما کنار پنجره مینشینیم، احتمالا کمتر به این فکر میکنیم که چرا پنجرهها تقریبا همیشه گرد یا بیضیشکلاند. این شکل فقط یک انتخاب زیباییشناختی نیست؛ پشت آن یکی از مهمترین درسهای تاریخ هوانوردی مدرن قرار دارد.
برای پیدا کردن پاسخ باید به اوایل دهه 1950 برگردیم؛ زمانی که هواپیماهای مسافربری جت برای نخستین بار وارد پروازهای تجاری شدند.
نخستین هواپیمای جت مسافربری
هواپیمای بریتانیایی de Havilland Comet در سال 1952 به نخستین هواپیمای جت مسافربری جهان تبدیل شد. این هواپیما سریعتر و در ارتفاع بالاتری نسبت به هواپیماهای ملخی پرواز میکرد و ورودش نوید آغاز عصر تازهای در سفرهای هوایی را میداد.
اما خیلی زود اتفاقاتی رخ داد که آینده صنعت هوانوردی را تحت تاثیر قرار داد.
در سال 1954، دو فروند Comet در فاصله چند ماه در میانه پرواز متلاشی شدند. یکی از آنها در نزدیکی رم و دیگری در دریای مدیترانه سقوط کرد. در مجموع، این حوادث دهها قربانی بر جای گذاشت و ناوگان Comet را زمینگیر کرد.
پرسش اصلی این بود: چگونه هواپیمایی که در زمان خود از پیشرفتهترین فناوریهای هوانوردی برخوردار بود، میتوانست ناگهان در ارتفاع بالا از هم متلاشی شود؟
مشکل از فشار داخل کابین بود
هواپیماهای مسافربری در ارتفاع بالا به کابین تحت فشار نیاز دارند. فشار هوای داخل کابین باید بسیار بیشتر از فشار هوای بیرون باشد تا مسافران بتوانند در ارتفاع چندین کیلومتری بهراحتی نفس بکشند.
در نتیجه، بدنه هواپیما در هر پرواز تحت فشار قرار میگیرد و اندکی منبسط میشود و هنگام فرود و کاهش فشار، دوباره منقبض میشود.
این چرخه در هر پرواز تکرار میشود و در طول زمان فشار قابلتوجهی به بدنه وارد میکند.
مهندسان در ابتدا تصور نمیکردند که تعداد زیاد این چرخهها بتواند چنین پیامد فاجعهباری داشته باشد.
اما تحقیقات پس از سقوطهای Comet نشان داد که مشکل به پدیدهای به نام «خستگی فلز» مربوط است؛ پدیدهای که در آن فشارهای تکرارشونده به تدریج باعث ایجاد و گسترش ترکهای بسیار کوچک در فلز میشوند.
گوشههای پنجره، نقطه ضعف بودند
در طراحی Comet، پنجرههای کابین برخلاف هواپیماهای امروزی گوشههای تقریبا مربعی داشتند.
این گوشهها یک مشکل مهندسی مهم ایجاد میکردند: فشار واردشده به بدنه در اطراف گوشههای تیز به شکل یکنواخت توزیع نمیشد و در این نقاط تمرکز تنش به وجود میآمد.
در جریان بررسی لاشه یکی از هواپیماهای سقوطکرده، محققان متوجه شدند که یک ترک از گوشه پنجره در بدنه آغاز شده و چندین متر ادامه پیدا کرده است. آزمایشهای بعدی در مرکز تحقیقات هوانوردی بریتانیا نیز نشان داد که چرخههای مکرر فشار میتوانند چنین ترکهایی را ایجاد و گسترش دهند.
در نهایت مشخص شد که همین ضعف ساختاری میتواند در ارتفاع بالا به شکست ناگهانی بدنه و کاهش فاجعهبار فشار کابین منجر شود.
آزمایش تاریخی در یک مخزن آب
یکی از جالبترین بخشهای تحقیقات Comet، آزمایشی بود که مهندسان بریتانیایی روی یک بدنه کامل هواپیما انجام دادند.
آنها بدنه یک Comet را در مخزن بزرگی از آب قرار دادند و با افزایش و کاهش فشار داخلی، شرایطی مشابه چرخههای فشار در پرواز را شبیهسازی کردند.
آزمایش به صورت شبانهروزی ادامه پیدا کرد تا بدنه هواپیما در مدت کوتاهی معادل تعداد بسیار زیادی از چرخههای واقعی پرواز را تجربه کند.
پس از هزاران ساعت آزمایش شبیهسازیشده، بدنه ترک برداشت. بررسی دقیق نشان داد که یکی از شکستها از نزدیکی گوشه یک پنجره آغاز شده بود. شواهد مربوط به خستگی فلز نیز در همان محل مشاهده شد.
معمای سقوطهای Comet سرانجام حل شده بود.
راهحل ساده اما مهم
یکی از راهحلهای اصلی، تغییر شکل پنجرهها بود.
پنجرههای دارای گوشههای تیز جای خود را به پنجرههایی با گوشههای گرد یا کاملا بیضیشکل دادند. این طراحی باعث میشود فشار در اطراف قاب پنجره بهتر توزیع شود و از ایجاد نقاطی با تمرکز شدید تنش جلوگیری شود.
این تغییر تنها به پنجرهها محدود نماند و در طراحی نسلهای بعدی هواپیماهای مسافربری، تقویت ساختار بدنه و تغییر شکل بسیاری از بازشوها نیز مورد توجه قرار گرفت.
جالب اینکه حتی هواپیمای شوروی Tu-104 نیز که در همان دوران توسعه یافت، از پنجرههای گرد استفاده کرد؛ طراحان این هواپیما بهطور مشخص با حذف گوشهها تلاش کردند نقاط تمرکز فشار را کاهش دهند.
چرا هنوز پنجرهها کاملا گرد نیستند؟
البته پنجره هواپیماهای امروزی همیشه یک دایره کامل نیست. بسیاری از آنها بیضی یا مستطیل با گوشههای بسیار گرد هستند.
اصل مهندسی همان است: حذف گوشههای تیز و توزیع یکنواختتر فشار در اطراف بازشو.
در واقع، بدنه هواپیما نیز به همین دلیل معمولا مقطع دایرهای یا نزدیک به دایره دارد. شکلهای گرد در برابر فشار داخلی رفتار مناسبتری دارند و تنش را بهتر در ساختار توزیع میکنند.
یک اشتباه مهندسی که صنعت هوانوردی را تغییر داد
تراژدی Comet در نهایت فقط به تغییر شکل پنجرهها منجر نشد؛ بلکه نگاه مهندسان به خستگی فلز، فشار کابین و عمر سازه هواپیما را نیز تغییر داد.
امروزه عمر بسیاری از هواپیماها نه فقط بر اساس تعداد سالهایی که از ساختشان گذشته، بلکه بر اساس تعداد چرخههای فشار کابین نیز ارزیابی میشود. هر بار که هواپیما به ارتفاع پروازی میرسد و کابین تحت فشار قرار میگیرد، بدنه تحت تنش قرار میگیرد.
به همین دلیل، پنجره گرد هواپیما را میتوان یکی از نمونههای کلاسیک مهندسی دانست که در آن یک تغییر ظاهرا کوچک، حاصل درس بزرگی از چند حادثه مرگبار بود.
پنجرهای که امروز در کنار آن مینشینیم، در واقع بخشی از تاریخ ایمنی هوانوردی را با خود حمل میکند.
منبع: یورونیوز