قوانین طبیعت در هوافضا

الگوبرداری انسان از طبیعت

اندیشه پرواز کردن از ابتدای تاریخ همیشه با بشر بوده است.و همیشه بشر با مشاهده پرندگان در اندیشه پرواز بوده است از ابتدای تاریخ نیز تلاش های زیاد ناموفقی برای این کار صورت گرفته است مثلا در شاهنامه حکیم ابولقاسم فردوسی به پادشاه اشاره کرده است که تخت خود را به چهار عقاب بزرگ می بندد تا آنها وی را به پرواز در بیاورند.

ایده نخستین هلیکوپتر توسط لئوناردو داوینچی نقاش ایتالیایی در قرن 15 طراحی شد ولی به اجرا در نیامد.تا اینکه در قرن بیستم برادران رایت اولین انسانهایی بودند که موفق شدند پرواز بنمایند.

اما همه ایده های پرواز بشر دقیقا از روی طبیعت کپی برداری شده است.مثلا در سایت ویکی نوشته شده است:

در هواپیما اختلاف فشار هوائی که از روی بال و زیر بال می‌گذرد ایجاد نیروی برآر می‌کند و با خنثی شدن نیروی وزن، هواپیما به پرواز در می‌آید.این نیرو چیزی معادل وزن هواپیما و وزن مسافران به بالا وارد می‌شود.

حال آنکه مکانیسم پرواز پرندگان نیز دقیقا به همین شکل است:

نیروی حرکت هواپیما در هوا دانست بدین معنی که وقتی پرنده بال می زند٬نیروی مقاومت هوا به زیر بال فشار وارد کرده٬ پرنده را به بالا می کشاند.هنگام حرکت به جلو٬نیروی مقاومت هوا در جلو و زیر٬پرنده را به بالا می کشاند. هنگام حرکت به جلو همراه با چرخش خاصی که پرنده به بال ها می دهدهوارا با فشار به عقب می راند و در نتیجه پرنده به جلو حرکت می کند.

هواپیما با بال ثابت

بیشتر هواپیماهای امروزی به‌ویژه هواپیماهای مسافری در این دسته جای دارند.

منظور از بال ثابت آن است که بال هواپیما (بر خلاف هلیکوپتر) فقط در اثر پیش‌رانش نیروی برآر ایجاد می‌کند. اگرچه بال در بعضی هواپیماها برای جاگیری کمتر یا ملاحظات هواپویشی ممکن است باز و بسته شود ولی این‌گونه هواپیما را نیز دارای بال ثابت می‌شمارند چون باز و بسته شدن بال ایجاد نیروی برآر نمی‌کند.

این نوع هواپیماها دقیقا از روی الگوی پرندگانی مانند عقاب و شاهین و کرکس که بخاطر وزن خود بال نمی زنند و بالهای خود را در ارتفاع بصورت ثابت نگه می دارند الگو برداری شده است.این نوع پرندان بخاطر مصرف انرژی زیاد در ارتفاعات بالا بال نمی زنند و در هوا غوطه ور می شوند.

هواپیما با بال متحرک

در بال‌گردها نیروی برآر ناشی از چرخش بال یا پروانه در هوا است. هلی‌کوپتر یا بالگرد شناخته‌شده‌ترین هواپیما با بال متحرک است. هواچرخ نوع دیگری از این‌گونه هواپیما است. بعضی از هواپیماها مثل و-۲۲ آسپری ویژگی‌های بال ثابت و بال متحرک را یکجا دارند.

این مکانیسم نیز دقیقا از روی پرواز پرندگانی مانند کبوتر و گنجشک که در ارتفاع پایین هستند و جثه آنها و میزان مصرفشان اجازه بال زدن به آنها را می دهد طراحی شده اند که این نوع هواپیماها با بال متحرک نیز معمولا در ارتفاعات کم پروزا می نمایند.

شباهت بال پرندگان به بال هواپیما

بالهای پرندگان از استخوانهای و در بعضی دیگر از ساختارهای تو خالی تشکیل شده که به آنها اجازه می دهد پرواز کنند بالهای هواپیما نیز از قسمت های توخالی تشکیل شده است که نشان می دهد بالهای هواپیما نیز از روی طبیعت طعبیه شده است.تصویر زیر بال F111 را نشان می دهد.

شباهت دیگر بال پرندگان به بال هواپیما این است که بال پرندگان به شکل مستطیل مانند نیست و دارای لبه های تیز به شکل مثل مانند است که ساختار بال همه هواپیما ها نیز به این شکل است.

الگو برداری از بال جغد برای ساخت هواپیمای بی صدا

بال جغد دارای ساختار هایی است که به این پرنده اجازه می دهد که بدون هیچ صدایی پرواز کند محققان از این موضوع الگو برداری کرده و هواپیماهایی که صدایی ندارند را تولید کرده اند.

شباهت بین نحوه اوج گرفتن عقاب و هواپیما 

بیشتر هواپیماها در قسمت سر مانند سر عقاب طراحی شده اند و دارای یک قسمت تیز مانند عقاب هستند و بالهای خود را دقیقا مانند عقاب به مرور زمان در طول اوجگیری باز می کنند.قسمت نوک در عقاب و قسمت نوک مانند هواپیما به اوجگیری آن کمک می کند.

الگو برداری انسان از سنجاقک برای ساخت هلیکوپتر

هلیکوپتر ها دارای پره هایی هستند که در اثر جنبش مقامت هوا را پایین می فرستند.از میلیون ها سال قبل بروی زمین حشره ای بنام سنجاقک وجود داشته که دارای دو بال است که به تقریبا به شکل هلیکوپتر عمل می کند و چرخش آنها مانند پره های هلیکوپتر است و بدن این جاندار نیز دقیقا مشابه هلیکوپتر است و دارای یک دم نازک است که در همه هلیکوپتر ها وجود دارد بی شک الگوی ساخت هلیکوپتر از روی این جاندار کپی برداری شده است.در تصویر زیر به محل قرار گیری د بال جاندار که مانند هلیکوپتر در قسمت بالایی اش است دقت نمایید!

الگو برداری  هواپیمای اولیه از روی بعضی از حشرات

هواپیمای برادران رایت و هواپیماهای ابتدایی قرن بیستم دارای چهار بال بودند که دو بال بالایی که بزرگترند و پایینی به وسیله میله هایی به هم وصل شده بودند این ساختار بالها در بعضی از حشرات از جمله زنبورها دیده می شود.

هلیکوپتر

هلیکوپتر چیست؟

هواگردی است که برخاستن و پیش‌رانش آن به‌وسیلهٔ یک یا دو چرخانهٔ افقیِ بزرگ صورت می‌گیرد. چرخانهٔ بالگرد را ملخ می‌نامند.

هلیکوپتر را در رده‌ی هواگردهای بال‌متحرک طبقه‌بندی کرده‌اند تا بتوان آن‌ها را از هواگردهای ثابت‌بال متمایز کرد. هلیکوپتر در دنیای امروز از مهم‌ترین و پراستفاده‌ترین وسایل حمل و نقل به‌شمار می‌آید. این وسیله در سه محور می‌تواند حرکت کند. خلبانِ هلیکوپتر باید از دو دست و دو پای خود برای خلبانی استفاده کند، که این امر نیاز به مهارت و قدرت تفکر بالا دارد.

تاریخچه هلیکوپتر

طرح اولیهٔ ساخت بالگرد را چینی‌ها، برای اولین بار حدود ۴۰۰ سال قبل از میلاد برای ساخت اسباب‌بازی‌های فرزندانشان به کار بردند. لئوناردو دا وینچی و یک روسی به نام میخائیل لومونوسوف نیز از کسانی بودند که طرح‌هایی از بالگرد را ارائه دادند، ولی نتوانستند از حرکت بخش اصلی بدنه به دور خود جلوگیری کنند. مدل کوچکی از یک بالگرد، که «چاینیز تاپ» نام داشت، در سال ۱۷۸۳ وارد عرصه شد. ۱۳ سال بعد، «سر جورج کیلی» انواع آزمایشی این چاینیز تاپ‌ها را ساخت و بالگرد بخاری را طراحی کرد. در عرض صد سال بعد، طرح‌هایی که ساخته می‌شد همگی مشکل موتور داشتند. واژهٔ انگلیسی Helicopter اولین بار در سال ۱۸۶۱ توسط یک دانشمند فرانسوی ــ که اولین مدل کوچک با موتور بخار را ساخت ــ مورد استفاده قرار گرفت.

 

اولین مخترع هلیکوپتر

همچنین اولین مدل موتور الکتریکی را توماس ادیسون اختراع کرد. اولین پرواز موفقیت‌آمیز نیز در سال ۱۹۰۷ در فرانسه، البته توسط یک ماکت کوچک، انجام شد که در این پرواز، بالگردِ مدل به‌مدت ۲۰ ثانیه در ارتفاع ۳۰ سانتیمتری سطح زمین معلق ماند. هفت سال بعد از ساخته شدن اولین بالگردی که می‌توانست پرواز کند، دو افسر نیروی هوایی مجارستانی بالگردی ساختند که اتفاقاً پروازهای متعددی در ارتفاعات بالا انجام داد، ولی هرگز اجازهٔ پرواز آزاد نداشتند. بالگردهای ساخته‌شده انتظارات را برآورده نمی‌کرد، تا اینکه در سال ۱۹۳۶ شرکت آلمانی «فوک ولف» بالگردی ساخت که سرعت آن ۷۰ مایل بر ساعت و تا ارتفاع ۱۱ هزار پایی بود.

در سال ۱۹۴۰ و هم‌زمان با پیشرفت در ساخت موتورهای هم‌محور (موتورهایی که در آن نیروی پیشران و پسران هر دو ملخ توسط یک موتور تولید می‌شود) اولین بالگرد برای استفاده‌های نظامی توسط سیکورسکی ساخته شد و اولین پرواز آن در سال ۱۹۴۰ در آمریکا با موفقیت صورت گرفت که آن را دو خلبان تا ارتفاع ۱ کیلومتری زمین در مدت ۱ دقیقه بالا بردند.

ساز و کار پرواز هلیکوپتر

برای ساخت ماشینی که فقط به جهت بالا حرکت می‌کند نیاز به بالی داریم که بر اثر جنبش، مقداری هوا را به پایین بفرستد تا بر اثر کنش و واکنشِ ماشین به بالا حرکت کند. البته جنبش دَوَرانی راحت‌ترین راه برای رسیدن به این امر است. برای این کار، تنها کافی است که چند پره همانند پره‌های یک پنکه، به میله‌ای (شَفت) در بالای ماشین وصل کنیم تا با چرخش خود، عمل بالا بردن را انجام دهد.

ملخ چیست؟

ملخ‌های یک بالگرد شباهت زیادی به ملخ‌های یک هواپیما دارد، با این تفاوت که باریک‌تر و بلندتر است؛ زیرا با سرعت بیشتری در هوا باید بچرخد و نیروی بیشتری تولید کند. با چرخش ملخ بالگرد، بر اثر فقدان نیروی تکیه‌گاه، بدنهٔ بالگرد تمایل دارد در جهت عکس چرخش ملخ اصلی بچرخد.

برای جلوگیری از این کار، نیاز به نیرویی است تا از چرخش بدنه ممانعت کند. این نیرو به وسیلهٔ ملخ دم بالگرد ایجاد می‌شود. پس، در اصل هر نوع چرخش یک بالگرد توسط این ملخ کوچک انتهایی انجام می‌شود؛ بدین‌صورت که با افزایش یا کاهش قدرت ملخ دُم توسط خلبان بالگرد حول محور خود می‌چرخد. برای مثال، بالگردی را در نظر بگیرید که ملخ اصلی آن چپ‌گرد است. برای اینکه حول محور خود نچرخد، نیاز به ملخ دُمی دارد که گشتاور را در جهت خلاف حرکت ملخ اصلی اِعمال کند، که کم و زیاد کردن قدرت این ملخ به‌صورت خودکار در حرکت عمودی حول محور Y مطابق با گشتاور ملخ اصلی اِعمال می‌شود. اما در صورت نیاز، خلبان می‌تواند کنترل ملخ دُم را به‌صورت کامل در دست بگیرد.

پروانه های اصلی هلیکوپتر

ملخ اصلی بالگرد، مهم‌ترین قسمت یک بالگرد را تشکیل می‌دهد. بالگرد به‌وسیلهٔ همین قسمت به بالا و پایین و دو طرف پرواز می‌کند. برای انجام این امور، در ابتدا ملخ‌ها باید از استحکام کافی برخوردار باشند و همچنین قادر به تنظیم زاویهٔ آن‌ها بود تا عمل موردنظر انجام شود. در بالگرد، این تنظیم زاویه به‌وسیلهٔ صفحات لغزنده (swash plate assembly) انجام می‌شود.

وظیفه ی صفحات لغزنده هلیکوپتر
  • تغییر زاویهٔ هر دو ملخ اصلی بالگرد به‌طور همزمان، که باعث افزایش و کاهش ارتفاع بالگرد می‌شود. (یعنی در اصل، بالگرد با تغییر زاویهٔ ملخ‌ها، به بالا و پایین می‌رود).
  • تغییر زاویهٔ هر ملخ اصلی بالگرد به‌طور جداگانه، که سبب حرکت بالگرد به هر جهتی شامل جلو، عقب، چپ، و راست می‌شود.
  • صفحات لغزنده از دو صفحهٔ ثابت و چرخان تشکیل شده‌است. صفحهٔ چرخان به‌وسیلهٔ شَفت می‌چرخد و بر اثر این چرخش، ملخ‌ها، به‌سبب اتصالشان به این صفحه، می‌چرخند. میله‌های کنترل درجه سبب ایجاد تغییر زاویه در صفحهٔ چرخان و در نتیجه ملخ‌ها می‌شوند. زاویهٔ صفحهٔ ثابت توسط میله‌های کنترل تغییر می‌کند، که این میله‌ها مستقیماً توسط خلبان اداره می‌شود.
هلیکوپتر
هلیکوپتر نظامی ایران
معرفی هلیکوپتر کبری

نوعی هلیکوپتر تهاجمی ساخت شرکت بل است که در دهه ۱۹۶۰ بر اساس هلیکوپتر چندمنظوره پرطرفدار یواچ-۱ ایروکوای طراحی شد. این هلیکوپتر اولین پرواز خود را در سال ۱۹۶۵ انجام داده و از سال ۱۹۶۷ وارد ارتش آمریکا شد. این هلیکوپتر در دو نوع اصلی تک‌موتوره و نوع پرقدرت‌تر دوموتوره ساخته شد. تمامی مدل‌های تک موتوره با نام “هیویی کبرا” (به انگلیسی: Huey Cobra) شناخته می‌شوند.

تمامی مدل‌های هلیکوپتر کبرا در نیروی زمینی ایالات متحده آمریکا از دهه ۱۹۸۰ با هلیکوپتر ای‌اچ-۶۴ آپاچی جایگزین شد. البته تعدادی از آن‌ها همچون بسیاری از هلیکوپترهای جنگی دیگر آمریکا کاربرد غیرنظامی پیدا کرده و به عنوان هلیکوپتر آتش‌نشان برای اطفای حریق جنگل‌ها استفاده می‌شوند. اما مدل‌های ارتقایافته دوموتوره کبرا معروف به ای‌اچ-۱ دبلیو و ای‌اچ-۱ زد همچنان هلیکوپتر جنگنده اصلی تفنگداران دریایی ارتش ایالات متحده هستند.

هلیکوپتر
جنگنده ی کبرا

سایت ما را دنبال کنید.