بررسی تکنولوژی های بکاررفته درسیستم پرواز وفرود درناوهای هواپیمابر

 بررسی تکنولوژی های بکاررفته درسیستم پرواز وفرود درناوهای هواپیمابر

شنبه, ۱۲ دی ۱۳۹۴ - ۲۰:۰۰

پرواز وفرود با هواپیماهای جنگی پیچیدگیها وسختیهای منحصر به خود رادارد(قسمتی از ویدیو 1) که این مشکلات درهواپیماهای ناونشین بدلیل کوچک بودن فضای پرواز وباندفرود ناوهواپیمابر ، دوچندان میشوند.


ناوهای هواپیمابر جهت غلبه براین مشکلات به تکنولوژی های خاصی تجهیزشده اند تا بتوانند فرود وپرواز ایمن تری رابرای هواپیماوخدمه ناو فراهم کنند.


دراین قسمت سعی میکنیم به بررسی بخشی ازتکنولوژی های به کار رفته درسیستم پرواز وفرود هواپیما درناوهای هواپیمابر بپردازیم.

1- سیستم پرواز(take off)

برای اینکه به پرواز در آمدن هواپیماها از روی سطح ناو ساده تر انجام گیرد ، ناو هواپیمابر در خلاف جهت باد و با سرعت زیادی حرکت می کند .


با این کار به دلیل عبور جریان هوا از روی بال نیروی لیفت(روبه بالا) بیشتری ایجاد شده و به میزان کمی موجب کاهش سرعت هواپیما می شود . اما این سرعت برای به پرواز در آوردن هواپیماهای سنگین نظامی از باندی به طول حداکثر 100 متر ناکافی است بنابراین از وسیله ی دیگری بنام کاتاپولت ( منجنیق ) برای شتاب دادن به هواپیما در مسافت کوتاه استفاده می کنند.

کاتاپولت ها که تعداد آنها روی عرشه ناوهای هواپیمابر کلاس نیمیتز به چهار دستگاه می رسد از دو پیستون درون دو سیلندر موازی در زیر عرشه که هر کدام طولی برابر با یک زمین فوتبال دارند ، تشکیل شده اند .(دقیقه19:00 از ویدیو1) پیستون ها هر یک دارای برجستگی هایی هستند که از شکاف روی عرشه بیرون آمده و به حامل کوچکی متصل می گردند .

جهت آماده سازی هواپیما برای تیک آف افسرهای جابجایی هواپیما(به اختصارaho)آن را به محل مورد نظر پشت کاتاپولت هدایت می کنند.

سپس میله یدک کش روی چرخ دماغه را به شکافی روی حامل کاتاپولت نصب می کنند . خدمه میله ی نگهدارنده ای را نیز بین پشت چرخ جلو و حامل نصب می کنند که این قطعه مانع حرکت بی موقع هواپیما به سمت جلوشده ونقش ترمز راایفا میکندو در هواپیماهای اف-۱۴و اف-۱۸ روی چرخ دماغه بصورت یکپارچه ساخته شده است .(دقیقه 2:00 از ویدیو 3)

همزمان با متصل کردن چرخ دماغه به حامل کاتاپولت خدمه ی عرشه پروازی ، صفحات منحرف کننده گازهای خروج اگزوز را نیز در پشت هواپیما بالا می برند . (دقیقه0:50ازویدیو 6)

وقتی تمام این مراحل انجام گرفت افسر کاتاپولت معروف به شوتر(shooter) که در یک گنبد شیشه ای کوتاه روی عرشه پروازی بر تمام مراحل نظارت دارد(دقیقه 10:00ازویدیو1) سوپاپ سیلندرهای کاتاپولت را باز کرده در نتیجه سیلندرها توسط بخار پر فشار تولید شده در راکتور ناو پر می شوند.

این بخار نیروی پیش رانش لازم برای شلیک کردن هواپیماازعرشه ناو و ادامه پرواز با سرعت ایمن را تأمین می کند.

اگر میزان این بخار که بستگی به نوع هواپیما دارد کم باشد نیروی لیفت کافی نداشته و هواپیما را به داخل اقیانوس پرتاب خواهد کرد و اگر زیاد باشد ، خیز برداشتن سریع کاتاپولت موجب شکستن چرخ دماغه وایجادآسیب شدید به ارابه فرودخواهد شد .


قبل از پرتاب ، خلبان هواپیما از تمام قدرت موتورهای آن استفاده می کند که در این زمان میله نگهدارنده مانع حرکت هواپیما به جلو می شود .سپس افسر کاتاپولت(shooter) با اشاره به خلبان پیستون را رها کرده و هواپیما پرتاب می شود . (قسمتی از ویدیو 2 و دقیقه 7:40 از ویدیو 3)در انتهای مسیر کاتاپولت ، میله یدک کش از حامل جدا شده و هواپیما به پرواز با نیروی موتورهای خود ادامه می دهد . سیستم کاتاپولت می تواند یک جنگنده بیست تنی را در زمانی حدود دو ثانیه از صفر به سرعت ۲۷۰ کیلومتر در ساعت برساند .به عبارت دیگر این سیستم میتواندیک دستگاه فولکس واگن راتا 5 کیلومتر در دریا پرتاپ کند.


بعدازشلیک,کاتاپولتها درعرض 20ثانیه دوباره برای شلیک مجدد آماده میشوند.


درسال2010 نیروی دریایی ایالات متحده نوعی کاتاپولت رامورد آزمایش قرارداد که درآن به جای استفاده ازنیروی بخارآب,ازنیروی الکترومغناطیس جهت پرتاپ هواپیما استفاده شده بود.

این سیستم که توسط نیرویی دریایی ایالات متحده در حال توسعه است ، یک سیستم پرتاب هواپیما با استفاده از یک درایو موتور خطی الکترومغناطیس از روی عرشه می باشد که جایگزین سیستم قدیمی پیستون بخار آب خواهد شد و مدل جدید شتاب بیشتری را به هواپیمای در حال برخاست می دهد . همچنین از مزایای دیگر این سیستم می توان به : کاهش هزینه ها ، تعمیر و نگهداری آسان تر، توانایی پرتاب هواپیماهای سبک و سنگین ، وزن کمتر، اشغال فضای کمتر و نیاز نداشتن به آب شیرین برای این کار ( که نسبت به نمونه پیستونی بخار، هزینه ها کاهش می یابد ) اشاره کرد . این سیستم با استفاده از یک موتور القایی ( ILM ) و با استفاده از جریان برق به تولید میدان مغناطیسی می پردازد و از چهار عنصر اصلی تشکیل شده است . موتور القایی خطی شامل یک ردیف از سیم پیچ های استاتور است که تابعی از روتور یک موتور معمولی می باشد که تا 240 کیلومتر / ساعت به هواپیما سرعت می بخشد . این موتور به مقدار زیادی انرژی الکتریکی در عرض چند ثانیه نیاز دارد که از این رو هر روتور توانایی ذخیره سازی 100 مگا ژول را دارد و می تواند در عرض 45 ثانیه شارژ مجدد شود .(ویدیو 4)

 

2- سیستم بازدارنده فرود(arresting gear)

این سیستم از مجموعه ای از کابلها وقرقره هایی برروی عرشه ناو و همچنین قلاب نگهدارنده در قسمت انتهایی هواپیما تشکیل شده است که برای فرود هواپیما(landing)از آن استفاده میشود.


این سیستم میتواند هواپیمایی باوزن 24تن وسرعت 241 کیلومتر در ساعت را، در مسافتی بین 60 الی96متر وابسته به نوع ناو ، کاملا متوقف کند.(ویدیو5)

علاوه براین روندکاهش سرعت هواپیماباید یکنواخت باشد،بدین معنا که نباید حرکتی ناگهانی رخ دهد که یا باعث شکستگی گردن خلبان شود یا به اسکلت هواپیما فشار بیش ازحد وارد کند یا مسیرفرود را مختل کند.درحالت ایده آل،شتاب منفی باید تدریجی باشد یعنی ازصفربه ماکزیمم مقداربرسد و سپس تا وقتی هواپیما به توقف کامل برسد،ثابت بماند. (دقیقه 1:35 ازویدیو5)


به این منظور،مکانیسمهای بازدارنده ای طراحی شده اند که arresting gear نام دارد ودراصل همه آنهامشابه اند.

درقسمت انتهایی دم هواپیمایک قلاب نصب شده که هنگام فرود،پایین ترازسطح چرخها قرارمی گیرد(landing gear).

 

وقتی هواپیما به عرشه می آید قلاب به یک کابل بازدارنده که درعرشه درجهت عمود بر مسیرحرکت هواپیما کشیده شده است گیر می کند.این کابل توسط فنرهای فولادی کمانی شکل چندین سانتیمتر بالاتر از سطح عرشه قرارمی گیرد تا قلاب بتواند آن رابگیرد.(دقیقه20:40 از ویدیو1)


دوسرکابل بازدارنده به دنده جذب انرژی متصل است که برای پاسخگویی به وزن فزاینده هواپیماهای مدرن،تکنولوژی آن درسالهای اخیرپیشرفت زیادی کرده است.

سیستم جذب کننده که درناوهای بریتانیا وآمریکا ازآن استفاده فراوان می شود برپایه عملکرد اهرمی یک پیستون استوار است که مایعی هیدرولیکی را ازطریق یک دریچه کنترل به جلومی راند.


کابل بازدارنده وقتی کشیده شود از میان چرخهای سیستم قرقره هدایت کننده (یادراصطلاح دریانوردی چرخ طناب خور)عبورمی کند که درواقع ازطریق یک سری قرقره که روی سیلندرثابت واهرم متحرک نصب شده اند و زیر عرشه قراردارند، حرکت رابه اهرم منتقل می کند.


جابجایی کابل بازدارنده اصلی درطولی مثلا برابر5مترآخرین قرقره راکه به پیستون متصل است فقط 30سانتیمترجابجامی کند.این کاهش جابجایی،اندازه پیستون رامحدودمی کند ومزیت مکانیکی مناسبی نتیجه می دهد. 


نیروی بازدارنده درواقع فشارهیدرولیکی داخل سیلندراست که به سرعت اهرم بستگی دارد.وقتی ازسرعت هواپیما ودرنتیجه اهرم کاسته شود،این نیروکاهش می یابدوبه مقدارثابتی می رسد.


دریچه کنترل به ترتیبی تنظیم شده است که وقتی کابل بیشتری بیرون کشیده شود،محدودیت زیادتری ایجادکند.این تنظیم به گونه ای است که با وزن های مختلف هواپیماهای گوناگون تطبیق کند.


جریانی که ازسیلندرهیدرولیکی خارج می شودبه محفظه ای می رود ودرآنجا برای ذخیره کردن انرژی،گازموجود درمحفظه راتحت فشارقرارمی دهد.ازاین انرژی برای تنظیم دوباره سیستم وبازگرداندن کابل بازدارنده به حالت اولیه اش استفاده می شود.


گازفشرده مایع هیدرولیکی رابا کمک یک پمپ به داخل سیلندربرمی گرداند تا ازاتلاف انرژی درسیستم جلوگیری کند.سرعت تنظیم دوباره سیستم بسیاراهمیت دارد زیرا درمدتی کوتاه تعداد زیادی هواپیما ممکن است فرودآیند .

بعدازفرود یک هواپیما برای اطمینان بیشترکابل بازدارنده به سرعت بازدید و سپس محکم درمحل سابق خودکشیده می شود،کل این کارفقط 20 ثانیه طول می کشد.


درهنگام فرود ، درست در زمانی که چرخهای هواپیما با عرشه ناو تماس پیدا میکنند ، خلبان باید اهرم گاز را تا انتها فشرده وقدرت موتور را بااستفاده از پس سوزها به حداکثر برساند زیرا درصورتی که هواپیما باقلابها درگیرنشود ، خلبان باید بتواند باحفظ سرعت ، دوباره ازروی ناو برخیزد.(دقیقه3:55 از ویدیو 5 و دقیقه 21:00 به بعداز ویدیو1)


ودر آخر کلیپ عجیبی از فرود یک فروند هواپیمای ترابری c130 هرکولس باوزن 70 تن بر روی ناو هواپیما برایالات متحده را مشاهده میکنیم. (ویدیو 8) و( ویدیو7)

 

 

ویدیو شماره یک

 

ویدیو شماره دو

 

ویدیو شماره سه

 

ویدیو شماره چهار

 

ویدیو شماره پنج

 

ویدیو شماره شش

 

ویدیو شماره هفت

 

ویدیو شماره هشت




/ 0 نظر / 11 بازدید