ساختار بال هواپیما

یکی از کاربردی ترین و حساس ترین قسمت های هواپیما، بال آن است و از آنجایی که تمام نیروی لازم برای بالا کشیدن هواپیما توسط آن ایجاد می شود طراحی و ساخت این قسمت، دقت و ظرافت بالایی را می طلبد.

بال ها موجب افزایش نیروی بالا برنده (Lift) و گردش هوا در اطراف هواپیما می شوند و محاسبات گسترده ای را جهت طراحی سطح مقطع بال (air foil)، طول بال (wing span)، زاویه نصب بال (angle of incidence)، مکان نصب بال به بدنه (dihedral)، زاویه بین بال سمت چپ و بال سمت راست و… می طلبند. زیرا که تنها یک اشتباه محاسباتی کوچک در طراحی آن ها می تواند موجب انحراف هواپیما در حین پرواز و یا حتی سقوط آن شود.

عضو مهم در هواپیماها 

• هواپیماهای مجهز به بال متحرک:
  این نوع از بال ها اغلب در بالگردها دیده می شوند و نیروی برآر در آن ها از چرخش بال یا پروانه در هوا ایجاد می شود.

• هواپیماهای مجهز به بال ثابت:
  این نوع بال ها، در بیشتر هواپیماها به ویژه هواپیماهای مسافربری دیده می شوند. بال های ثابت بر خلاف نوع متحرکشان، نیروی برآر را تنها با پیش رانش ایجاد می کنند و فاقد امکان چرخش در هوا می‌باشند.

جالب است بدانید در بعضی از هواپیماها به منظور جای گیری کمتر، از نوعی بال استفاده می شود که امکان باز و بسته شدن دارد اما از آنجایی که باز و بسته شدن آنها در هواپیما ایجاد نیروی برآر نمی کند؛ این بال ها نیز جزء بال های ثابت به شمار می آیند.

امروزه درصد بالایی از بال ها دارای سازه ی داخلی کاملی هستند که پوششی ضخیم از آلومینیوم یا کامپوزیت آنها را می پوشاند. این پوشش علاوه بر زیبایی و استقامت به تحمل نیرو های وارده به سازه ی داخلی نیز کمک به سزایی می کند. این نوع بال ها نیز اغلب در هواپیماهای مسافربری و باربری قابل مشاهده اند.

جالب است بدانید با اینکه بال ها در این نوع هواپیماها عضوی ثابت (غیر قابل حرکت) هستند اما امروزه اغلب به گونه ای طراحی می گردند که در ساختارشان قسمت های متحرکی نیز موجود باشد. این اجزای متحرک اغلب شامل دو سیستم برآافزا و شهپر اند که تحت کنترل خلبان قرار دارند.

برآافزا
برآافزا یا همان (Flap) قسمتی از بال است که توسط خلبان با استفاده از یک سوئیچ یا اهرم کنترل می شود. این قسمت که در هنگام نشستن یا برخاستن باز و بسته می شود؛ با افزایش نیروی بالابرنده (lift) به هواپیما امکان می دهد تا ساده تر به سمت بالا و پائین مانور داده و نرمتر پرواز کند.

حرکت برآافزاها همزمان به سمت پائین و برگشت به حالت اولیه است به این معنا که حرکتی به سمت بالا که منجر به رد کردن بال های هواپیما بشود را ندارند.

جالب است بدانید این بخش از بال با توجه به شرایط و نیاز، به میزان معینی باز و بسته می شود و اگر این مقدار مناسب نباشد می تواند منجر به کاهش شدید سرعت هواپیما شود.

از برآافزاها اغلب در زمان های فرود و صعود هواپیما که سرعت پرواز کاهش می یابد و در جهت جبران کمبود نیروی برآ استفاده می شود.

شهپر
شَهپَر یا همان (Aileron) قسمتی از نوک بال است که خلبان با استفاده از فرمان آنها را حرکت می دهد. حرکت شهپرها منجر به حرکت هواپیماها به چپ یا به راست، در آسمان می شود. این حرکت در دو شهپر، در خلاف جهت هم رخ می دهد به اینگونه که اگر شهپر بال راست به سمت بالا حرکت کند؛ شهپر بال چپ به طور همزمان پائین می آید.

بخش دیگری نیز به صورت تیزی یا زائده ای کوچک روی بال بعضی از هواپیماها وجود دارد که بالچه نامیده می شود. وجود بالچه ها به بهره وری بیشتر بال ها در زمان ایجاد نیروی برآ کمک می کند؛ به این معنا که هواپیما ها برای پرواز انرژی کمتری را از موتور می گیرند و مصرف سوخت بهینه تری دارند.

همچنین وجود بالچه ها تصاعدات کربنی را به پائین ترین حد خود می رساند و هزینه های مربوط به سوخت خطوط هوایی را نیز کاهش می دهند.

به گفته ی متخصص ایرودینامیک شرکت هواپیمایی بوئینگ (رابرت گرک)، وجود بالچه ها برای کاهش دِرَگ مربوط به ایجاد نیروی برآ ضروریست و درک این ضرورت ساده تر از آنی است که تصورش را می کنید.

به طور مثال وقتی هواپیمایی در حال پرواز است، فشار هوای موجود در بالای بال ها از فشار هوای زیر آنها کمتر است و همین امر موجب برخورد هوای پر فشار و هوای کم فشار در راس بال ها شده و نوساناتی را در سه وجه تولید می کند که در نهایت منجر به ایجاد نیروی عقب راننده در هواپیما می شود.

این نیروی ایرودینامیکی که به آن درگ القایی می گویند، هوای روی بال ها را به سمت بالا، عقب و روی بال ها می فرستد وکاهش سرعت هواپیما را سبب می شود اما ابداع بالچه ها، هواپیماها را قادر ساخته، میزان نواسانات راس بال را کاهش دهند و درگ القایی را به کمترین میزان ممکن آن برسانند.

راه دیگری که در جهت کاهش درگ القایی مطرح شده است، بلندتر ساختن بال ها ست که البته برای بسیاری از تولید کنندگان هواپیما ممکن نیست. به طورمثال داشتن بال های بلند برای هواپیماهایی نظیر بوئینگ 737 که نزدیکی گیت های فرودگاهی پارک می شوند و پروازشان را هم از آنجا انجام می دهند؛ غیر ممکن است.

این هواپیماها بدنه ای باریک دارند واغلب برای سفرهای داخلی کوتاه استفاده می شوند و همین پر کاربرد بودنشان علاوه بر فضای کوچک فرودگاه ها جهت پارک و توقف، موجب می شود که سازندگان آنها امکان استفاده از بال های بلند را نداشته باشند؛ از این رو بهترین گزینه همان زائده های عمودی یعنی بالچه ها هستند.

گرک اضافه می کند: البته در اکثر فرودگاه ها محدودیت فضایی وجود ندارد و همین امر نیز موجب طراحی و ساخت هواپیماهای بدون بالچه شده است. به طور مثال هواپیمای پرفروش بوئینگ 777، بدنه ای عریض دارد و اغلب در پایانه های بین المللی استفاده می شود از این رو این هواپیما فاقد بالچه است.

متخصص ایرودینامیک شرکت هواپیمایی بوئینگ ادامه می دهد: تا کنون سه نسل بالچه طراحی شده اند. نخستین نسل از آنها روی بوئینگ 747 به خدمت گرفته شد و شاهد کاهش 3 درصدی مصرف سوخت در این هواپیما نسبت به مدل های فاقد بالچه آن بودیم.

نسل دوم بالچه ها که به مراتب بزرگ تر هستند و انحنای بیشتری دارند، نیز روی مدل های B737، B757 و B767 اعمال شدند و مصرف سوخت آنها را 4 الی 6 درصد کمتر کردند. نسل سوم نیز نسبت به نسل دوم بالچه ها بهره وری مصرف سوخت را 1 الی 2 درصد افزایش می دهد.

جالب است بدانید شرکت هواپیمایی بوئینگ مدعی شده است؛ بالچه های کار گذاشته شده ی این شرکت بر روی هواپیماهای B577 و B767 خود، مصرف سوخت و تصاعدات کربنی این هواپیماها را تا 5 درصد کاهش داده است. بر این اساس انتظار می رود یک شرکت هواپیمایی با داشتن 58 فروند بوئینگ 767 در ناوگان هوایی خود، 500 هزار بشکه در میزان مصرف سالانه ی سوخت خود صرفه جویی کند.