بمب افکن سنگین میان قاره ای بلاک جک

هواپیمای بلک جک، که اغلب با کد Tu-160 شناخته می شود، بمب افکن سنگین وزن مافوق صوتی است که در طی دوران جنگ سرد به منظور شلیک موشک های ALCM یا موشک کروز شلیکی از هوا به مرحله طراحی و تولید رسید. این هواپیما ساخت شرکت توپولف بوده و با لقب بلک جک یا شلاق چرمی شناخته می شود. بلک جک امروزه سنگین وزن ترین و می توان گفت تا حدودی قدرتمند ترین بمب افکن حال حاضر دنیاست. این هواپیما قادر است با ماکزیمم سرعتی معادل 2.200 کیلومتر بر ساعت پرواز کرده و فاصله ای برابر با 13.950 کیلومتر را بپیماید.

این هواپیما، به دلیل پرواز در سرعت های مافوق صوت، دارای سیستم بال متغیر است که بنابر سرعت موجود میزان به عقب رفتگی بال را توسط کامپیوتر تنظیم می نماید. این هواپیما برای تامین قدرت خود از چهار موتور قدرتمند NK-32 توربوفن مجهز به پس سوز بهره می جوید که هر جفت در یک طرف بدنه آرایش یافته و حتی دارای ورودی های هوای متغیر هستند. ارابه فرود این هواپیما شامل یک ارابه دو چرخی در دماغه یا جلوی هواپیما و دو ارابه شش چرخی در دو جفت، در میان موتورها می باشد. همچنین در امتداد جلو و عقب این چرخ ها محفظه های حمل تسلیحات در خط میانی وسط هواپیما تعبیه شده است. در دماغه این هواپیما، سیستم رادارای آبزور K قرار گرفته است که از آن هم برای اسکن آسمان و همینطور برای بررسی و مطالعه اهداف زمینی استفاده می شود. همچنین در دماغه رادار سپوکا نیز برای بررسی سطح زمین هنگام پرواز سینه مال یا بسیار نزدیک به زمین و در ارتفاعات پایین نیز تدارک دیده شده است. برای انجام عملیات سوخت گیری هوا به هوا با دقت بیشتر، لوله سوخت گیری در جلوی شیشه خلبانان قرار گرفته که عمل سوخت گیری را به مراتب ساده تر می سازد. در کابین تحت فشار این هواپیما، حداکثر چهار خدمه سوار بر صندلی های نجات موشکی می توانند به عملیات بپردازند که این افراد را خلبان، کمک خلبان، مهندس پرواز یا ناوبر و مسئول تسلیحات نظامی تشکیل می دهند.

تسلیحات یا همان موشک های کروز Kh-55SM در این بمب افکن در شش محفظه حمل می شوند. برای هدایت موشک ها، از سیستم پیشرفته راداری ناوبری/حمله اختاپوس که هم برای هدایت هواپیما و هم به منظور هدایت سلاح ها به کار برده می شود، استفاده می شود. این سیستم اطلاعات و مختصات محوری لازم را برای موشک های کروز شلیک شده به خوبی فراهم می آورد. همچنین این سیستم نقشه ای دیجیتالی را از سطح زمین قبل از پرتاب موشک به آن تحویل می دهد که عمل هدایت را دقیق تر می کند. همچنین این هواپیما می تواند با موشک های کوتاه برد کروز و یا حتی موشک های ضد تشعشع نیز تجهیز شود. بال های متغیر این هواپیما کلاً می تواند در سه حالت 20 درجه برای فرود، 35 درجه برای کروز یا گشت زنی عادی در آسمان و 65 درجه برای پرواز در سرعت های بالا قرار گیرد. در حالتی که بال ها کاملاً به عقب برگشته اند، از سطح داخلی بال ها فلپ هایی به صورت عمودی روی هر بال بلند می شوند که نقش ایجاد ثبات را در سرعت های بالا ایفا می کنند. این هواپیما برای دفاع از خود از انواع موشک های حرارتی مادون قرمز، مغشوش کننده رادار و پرتاب کننده فلر یا همان گوی های آتشین گمراه کننده موشک حرارتی برخوردار است. در انتهای مخروطی دم هواپیما، چترهای فرود آن قرار داده شده اند که به کاهش سرعت در هنگام فرود کمک می کنند. با انجام عملیات ارتقاء بر روی این هواپیما، انتظار می رود که تا سال 2020 تا 2025 در خدمت باقی مانده و پرواز نمایند.

منبع: وبلاگ ایر

هواپیمای SR-71 و تکنولوژِی به کار رفته در موتورهای آن

شما هم اگر مطلب خاصی را می خواهید , در خواست کنید

هواپیمای SR-71 و تکنولوژِی به کار رفته در موتورهای آن

در اوایل دهه شصت میلادی، یعنی همان زمانی که کارائی ضعیف هواپیمای U-2 بر همگان آشکار گردید، ایالات متحده آمریکا تصمیم به جایگزین سازی هواپیمایی کاراتر، قدرتمند تر و با قابلیت های بالاتر به جای هواپیمای U-2 گرفت. نتیجه تمام تحقیقات و بازنگری ها، هواپیمایی موسوم به SR-71 و در حقیقت همان پرنده سیاه محصول شرکت لاکهید شد که به راستی در آن سال ها می توان آن را هواپیمایی «جلوتر از زمان» نامید. هواپیمای لاکهید مارتین اس آر-71  که لقب آن بلک برد یا پرنده سیاه است، ترسناک ترین و مخوف ترین هواپیمایی است که تا کنون به دست بشر ساخته شده است. این هواپیمای جاسوسی، یکی که از سریع ترین هواپیماهای در حال خدمت جهان نیز می باشد، در ابتدا از آن به نام یا کد YF-12A یاد می شد. این هواپیما از دو موتور پرات اند ویتنی J-58 توربوجت به قدرت حدود 14.740 کیلوگرم برای پرواز بهره می برد. این هواپیما محصول سال شصت و چهار میلادی و با طراحی سر مهندس شرکت لاکهید، یعنی کلی جانسون است. طول بال های آن به 17 متر و طول خود هواپیما به 32 متر می رسد. این هواپیما در صورت تسلیح کامل می تواند 77 تن وزن در هنگام برخاست خود از زمین داشته باشد که اندازه قابل توجهی است.حداکثر سرعت آن به 3,200 کیلومتر بر ساعت رسیده و سقف پروازی آن 80,000 پا یا 25 کیلومتر می باشد. حداکثر برد این هواپیما 4,800 کیلومتر است و بالهای آن تماماً از تیتانیوم مقاوم در برابر حرارت ساخته شده است. کلاً تعداد تولیدشده از هواپیمای بلک برد به حداکثر 35 فروند می رسد.

ضمناً خدمه این هواپیما از دو نفر تشکیل می شود. خلبانان برای پرواز در چنین هواپیمایی نباید از 25 سال کمتر و از 35 سال سن بیشتر داشته باشند. این هواپیما، نه تنها جایگزینی برای U-2، بلکه تحولی نوین در عصر خود به شمار می آمد، چرا که مهندسی و طراحی پیشرفته آن موجب شده بود کشورهای دیگر تا مدت ها متحیر و شگفت زده بمانند. این هواپیما، برای اولین بار از موتورهایی ملقب به «توربو-رم جت» استفاده می کرد که پیشرانه ای مرکب از دو موتور توربوجت و رم جت بود؛ دلیل استفاده از این موتورها چنین بود که به علت اینکه این هواپیما می بایست در سرعت بالایی، در حدود 4 برابر سرعت صوت به عملیات و یا کروز و گشت زنی بپردازد، باید به همین دلیل چون موتورهای توربوجت به کار رفته در جنگنده های معمولی توانایی کارکرد در سرعت های بالا را نداشتند، موتورهایی از نوع رم جت باید  به کار می رفتند.

اما اشکال کار در اینجا بود که موتورهای رم جت برای روشن شدن و عمل نمودن، به سرعت های بالای 1 ماخ احتیاج داشت و طبیعتاً در صورت به کاربردن چنین موتوری، این هواپیما می بایست از هواپیمایی مادر برای رسیدن به چنین سرعت هایی بهره می برد و برای فرود نیز مشکلاتی در سر راه بود و در حقیقت، هدف از ساختن این هواپیما، هواپیمایی مستقل از هر منبع و قابل عملیات در هر سرعتی بود. در نتیجه، از این جا بود که کارشناسان به فکر یافتن راه چاره برای این مشکل افتادند که تنیجه همان ابداع موتور «توربو رمجت» بود. در نتیجه ی فکر به وجود آوردن چنین پیشرانه پیچیده ای، این مسولیت سنگین به شرکت با سابقه پرات اند ویتنی واگذار شد که سرانجام اولین موتور توربو رمجت جهان با کد J-58 که این موتور در حقیقت همان هسته مرکزی کل پیشرانه ی به کار رفته است، وارد عرصه خدمت گردید.

در موتورهای توربو  رمجت، در حقیقت موتوری توربوجت در داخل محفظه ای لوله ای شکل که همان ساختار اصلی موتور رمجت باشد، جای گذاری می شد. طرز کار آن نیز بدین گونه بود که درچه هایی در داخل محفظه ی موتور قرار داشتند که جریان عبوری هوا را از حالت های: 1- گذر از داخل هسته موتور یا همان موتور توربوجت یا 2- گذر از کنار هسته موتور کنترل می کردند. در سرعت های پایین، این دریچه ها بسته شده و جریان هوا ناچار از داخل موتور توربوجت عبور کرده در نتیجه هواپیما قادر به سرعت گیری و تولید نیرو برای برخاست و رسیدن به ارتفاع و سرعت مناسب می شد، تا زمانی که شرایط لازم برای روشن شدن موتور رمجت فراهم شود.

پس از بدست آوردن شرایط مناسب، درچه ها باز شده و هوا از کنار موتور توربو جت عبور کرده و به دلیل به وجود آمدن پدیده رم افکت در سرعت های بالا، هوا متراکم شده و به انتهای موتور یا در حقیقت همان قسمت پس سوز هدایت می شد. قسمت انتهای موتور در سرعت های پایین نقش پس سوز و در سرعت های بالا نقش محفظه احتراق موتور رمجت را ایفا می کرد. در این قسمت، هوای متراکم منفجر شده و دقیقاً همانند یک موتور رمجت در سرعت های بالا تولید نیرو می کرد، و همین ابداع، باعث شد که هواپیمای SR-71 به هواپیمایی با «سیستم پس سوز قابل عمکرد مداوم» تبدیل شود، یعنی درست بر خلاف هواپیماهای دیگر که در صورت استفاده از پس سوز، نمی بایست مدت زمان آن از پنج دقیقه تجاوز نماید، زیرا در غیر این صورت خروجی موتور ذوب شده و موتور از کار کردن باز می ایستاد.

البته برای ایجاد ویژگی استفاده از پس سوز تمام وقت، تدابیر ویژه ای برای خنک سازی لحظه به لحظه ی موتور اندیشیده شده بود. در این جا لازم است به نکته توجه شود که ابتکار زیادی نیز در ورودی های موتور این هواپیما به کار رفته بود. اگر به ورودی های موتور این هواپیما بنگریم، شیئی مخروطی شکل را مشاهده می کنیم که در حقیقت همین قطعه است که موتور را از حالت توربوجت به رمجت و بالعکس تبدیل و مقدار جریان ورودی به موتور را کنترل   می کند و اولین سیستم ورودی متحرک در جهان است که در حالت برخاست جلو آمده و در سرعت های بالا عقب می رود و بدین صورت امواج ضربه ای ناشی از حرکت با سرعت بالا را نیز کنترل کرده و هوای ساب سونیک یا زیر سرعت صوت را اگر چه خود هواپیما با سرعت بالاتر از سرعت صوت پرواز کند، وارد موتور می نماید.در سیستم این موتور، به دلیل حرارت بسیار زیاد، سوخت عادی مصرفی در موتورهای جت معمولی قابل استفاده نیست، به همین دلیل از سوختی ویژه با نام JP-7 استفاده می کنند که با استفاده از روش های مخصوص شیمیکال محترق گشته و قابل استفاده می گردد.

 هواپیمای SR-71 به مدت بیش از سی سال با بالاترین سرعت به میزان 3.724 کیلومتر برساعت، رکورددار سرعت در تمامی جهان بود. این هواپیما، هم اکنون تنها برای کاربرد های تحقیقاتی در مورد لایه های فوقانی جو توسط سازمان هوا فضایی ناسا مورد استفاده قرار می گیرد و در حقیقت از سوی نیروی هوایی ایالات متحده، هواپیمایی بازنشسته محسوب می شود، اگرچه تاکنون، با فناوری پیشرفته ی به کار رفته در آن، رقیبی در خور رقابت با بلک برد یافت نشده است.

هورنت، بزرگترین زنبور سرخ جهان

هواپیمای هورنت، جنگنده ای مافوق صوت ساخت شرکت مشترک شرکتهای بوئینگ، جنرال الکتریک در ساخت موتور، نورث روپ در طراحی و ساخت بدنه و هیوز در تولید رادار است که در مدل های مختلف تک یا دو نفره عرضه می شود. مهم ترین ویژگی این هواپیما، توانایی ناونشینی آن است که در حقیقت، به منظور ایفای نقش یک جنگنده محافظ ناو طراحی گشت.

حفاظت از ناوگان های دریایی، همواره در طول تاریخ از اهمیت فوق العاده ای برخوردار بوده و است و به همین دلیل، هم اکنون نیز می بینیم که چندین و چند هواپیما، تنها برای انجام وظیفه حفاظت از کشتی های عظیم الجثه و حفاظت از ناوهای هواپیمابر طراحی شده اند و سرمایه گذاری های فراوانی بر روی آنان شده است. از معروفترین هواپیماهای ناونشین نیز می توان هواپیماهای فانتوم و F-14 تامکت را نام برد که کارنامه درخشانی داشته اند. اما، در حال حاضر، بیشترین تمرکز ناوهای هواپیما برای حفاظت اصولی، بر روی هواپیمای اف-18 هورنت است که ستون فقرات نیروی هوایی-دریایی آمریکا را تشکیل می دهد. علاوه بر این، این هواپیما قادر به انجام عملیات و برخاست و نشست در فرودگاه های عادی نیز هست. ویژگی های قابلیت مانور فراوان، نسبت قدرت به وزن بالا و سیستم های الکترونیکی پیشرفته از این هواپیما جنگنده ای بی همتا ساخته است.

نکته بسیار جالب توجه این است که این هواپیما با تمام مزایایش، اولین هواپیمایی بود که در جنگ خلیج فارس توسط یک فروند میگ 25 ساقط شده و سقوط کرد. این هواپیما، در حقیقت دارای کم ترین هزینه های نگهداری است و همچنین، خلبانان آن از عملکرد خوب آن، همیشه اظهار رضایت کرده اند. این هواپیما هم اکنون، در اختیار نیروی دریایی آمریکا، نیروهای هوایی کانادا، مالزی، کویت، فنلاند و سویس است. قابلیت شگفت انگیز این هواپیما این است که به ندرت توسط رادارهای دشمن تشخیص داده می شود و حتی در صورت شناسایی نیز می تواند از معرکه جان سالم بدر برد و اگر احتمالاً توسط موشکی از طرف دشمن مورد اصابت قرار گرفت، قادر است که خدمه خود به سلامت به زمین برساند. در ماموریت های هوایی، این جنگنده می تواند بازه گسترده ای از موشک های هوا به هوای مشهور را مانند AIM-9، AIM-7 و AIM-120 را حمل کرده و از آنها در نبرد های هوایی نزدیک و متوسط بهره برد. این هواپیما علاوه بر اینکه ماموریت های هوایی را با شایستگی تمام به انجام می رساند، دارای توانایی های فوق العاده ای نیز در حمله به اهداف زمینی است و قادر به حمل بمب ها و موشک های گوناگونی از جمله بمب های JDAM و یا موشک های خانواده AGM یا موشک های ماوریک و هارپون می باشد و مسئله سری در اینجا، این است که در موقعیت های مخصوص، این هواپیما می تواند به بمب های هسته ای B-57 یا B-61 نیز مجهز شده و از آن ها برای منهدم ساختن اهداف زمینی سود برد. رادارهای این هواپیما، از مرغوبترین و با کیفیت ترین رادارهای به کار رفته در هواپیماهای جنگنده جهان هستند که قابلیت هایی چون نگاه به بالا و پایین، دوربرد بودن و کارا بودن در هر شرایط اب و هوایی و پروازی را برای این هواپیما فراهم می کند. همین ویژگی های منحصر به فرد این هواپیماست که از آن جنگنده ای ساخته است که بیش از دو دهه خدمت درخشان در نیروهای هوایی متعدد را در کارنامه خود دارد و همچنین، معمول ترین عضو یک ناو هواپیمابری آمریکایی، همین هواپیمای ارزشمند است.

ناگفته نماند که نمونه بزرگتری از این هواپیما نیز موجود است که عموماً با نام سوپر هورنت شناخته می شود و دارای دهنه بال وسیع تر و ورودی های موتور مستطیلی شکل است و اغلب با کد ئی یا اف شناخته می شود. همچنین این جنگنده، از سیستم پرواز با سیم بهره می جوید که عملیات غلتش، پیچ و عمدتاً مانورهای هوایی را به خوبی بهبود بخشیده است. این هواپیما، با بهره گیری از موتورهای جدید توربوفن ساخت شرکت معظم جنرال الکتریک، می تواند به کششی برابر با 36,000 پوند دست یافته و به حداکثر سرعتی نزدیک به دو برابر صوت دست یابد. برادر بزرگتری این هواپیما، یعنی سوپر هورنت، از موتورهای جدیدتری با کشش بالاتر، البته به دلیل وزن سنگینترش، استفاده می نماید و همچنین، در هواپیمای سوپر هورنت، دو پایلون یا مقر تسلیحات اضافی نیز نسبت به هواپیمای هورنت تعبیه شده است. در این جا، باید این نکته نیز ذکر شود که بالاترین سرعت یک هواپیما، عامل موثری برای سنجیدن توانایی های یک هواپیما محسوب نمی شود و این قابلیت انجام مانورهای سنگین و بدون صدمه دیدن از عهده دشمن بر آمدن است که اقتدار یک هواپیما را نمایان می سازد که هورنت دارای چنین ویژگی است.

سوخو24 فنسر، بمب افکن سبک وزن روسی

هواپیمای بمب افکن سبک وزن سوخو 24 فنسر، از جمله هواپیماهای نظامی بسیار سری کشور روسیه بود که تا مدت زیادی پس از تولیدش ناشناس مانده و حتی تصاویر بسیار نا مفهوم و نا مشخصی نیز از آن منتشر می شد که همگی دلیل بر سری بودن این برنامه داشتند. خود بنده که در مجله ماشین حدود 15 سال پیش مقاله ای را در مورد این هواپیما مطالعه می کردم، به مخفی بودن برنامه این هواپیما اشاره شده و تصاویر نیز بسیار ناواضح و با کیفیت پایین بودند.

این هواپیما، بمب افکنی در کلاس بمب افکن آمریکایی F-111 و یا هواپیمای F-15 ایگل می باشد که توانایی انجام حمله به اهداف زمینی را به خوبی داراست و در اصل برای همین منظور نیز طراحی گشته است. فنسر که لقب برگزیده برای این بمب افکن می باشد، از نظر لغوی به معنای شمشیرباز می باشد. این هواپیما تا حدودی نیز می تواند در نبرد های هوا به هوا مداخله کند و در هر آب و هوایی و در تمام شبانه روز به عملیات بپردازد. در این هواپیما، دو خدمه وجود دارد که یکی سرخلبان و دیگری مسئول تسلیحات می باشد و شیوه قرارگیری صندلی های آنان نیز به جای پشت سرهم، در کنارهم قرار گرفته است. یکی از ویژگی های تا حدودی کم نظیر این هواپیما خاصیت بال های متغیر آن می باشد که بسته به شرایط پروازی و سرعت هواپیما، باز یا به سمت عقب جمع می شود. این بمب افکن از سیستم های راداری پیشرفته ای برای موقعیت یابی هدف بهره می برد و قادر است حدود 8 تن تسلیحات مختلف از جمله توپ، انواع موشک ها و بمب ها را حمل نماید.

فنسر با دارابودن سقف پروازی حدود 16 کیلومتر، حداکثر سرعتی معادل 2.300 کیلومتر بر ساعت و بردی معادل 3.500 کیلومتر، می تواند در زمره هواپیماهای بمب افکن دوربرد بسیار مؤثر قرار گیرد. این بمب افکن از موتورهای توربوفن AL-21F3 با قدرت 25.000 پوند با پس سوز بهره می برد که ورودی های هوای این موتورها در نزدیکی و در طرفین کاکپیت خلبان قرار گرفته اند. این ورودی ها شکلی مستطیلی داشته و تا انتهای بدنه امتداد یافته و به دو اگزوز خروجی موتور ختم می شوند. این هواپیما در مدل های مختلفی عرضه می شود. مدل A این هواپیما، طرح اولیه ای از آن بود که به منظور آزمایش و انجام تحقیقات و رفع کاستی های آن در تعداد محدود تولید گردید. مدل سوخو 24 فنسر B دارای بدنه لوله شکل است که تشخیص آن را آسان تر می سازد. در مدل C نیز بهبود های در جنگ افزارهای الکترونیکی صورت گرفته است. مدل D این هواپیما، قادر به انجام سوخت گیری هوا به هوا می باشد که برد آن را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهد، و اما آخرین مدل فنسر، مدل E می باشد که نمونه ای شناسایی برای ناوگان های دریایی است و حتی قادر به حمل تسلیحات ضد کشتی نیز می باشد.

کلیه این مدل ها با طولی حدوداً 25 متر و طول دو سر بال حدود 17 متر در حالت بسته، در کلاس جنگنده بمب افکن های متوسط محسوب می شوند. همچنین ناگفته نماند که وزن خالی این هواپیما حدود 19 تن و  حداکثر وزن برخاستی معادل 40 تن می باشد که تقریباً 11 تن آن را تسلیحات و سایر تجهیزات تشکیل می دهند. لازم به ذکر است پس از اینکه این هواپیما به صورت بسیار مؤثر و گسترده در جنگ تحمیلی علیه کشورمان به کار گرفته شد، جمهوری اسلامی ایران اقدام به خرید تعداد نامعلومی از این هواپیمای توانا نمود و خوشبختانه این بمب افکن هم اکنون در خدمت نیروی هوایی کشورمان می باشد.

میگ 25 و 31، سریعترین جنگنده های عملیاتی جهان

به راستی که تاثیر گذار ترین و مشهورترین هواپیمای سال های دهه شصت، همان جنگنده شناسایی میگ 25 فاکس بت بوده است که در طول تاریخ پروازی خود، چند رکوردی را نیز برجای گذاشت. این هواپیما، ظاهراً هواپیمایی بود که بیشترین دلهره را برای غرب به وجود آورده و باعث شده بود که آنان هم به فکر چاره و تولید هواپیماهای قدرتمندتر و مقتدرتر بیفتند، به طوری که خلبانی آمریکایی اظهار کرده بود که در آن زمان، یعنی سال 1973، این هواپیما، بهترین رهگیر در حال تولید سراسر جهان بود.

همانطوری که در عنوان ذکر شده است، این جنگنده، با بهره گیری از دو موتور توربوجت تومانسکی R-15D-300، توانست که رکورد جهانی سرعت را با یک هواپیمای جنگنده تولید انبو شکسته و به سرعت 3 برابر صوت دست یابد. رکورد شکنی دیگر این جنگنده، توانایی رسیدن به ارتفاع 118 هزار پایی یا 36 کیلومتری از سطح دریا و انجام عملیات در این ارتفاع است که این توانایی ها، قدرت این جنگنده را برای رهگیری سریع هواپیماهای دشمن و انجام ماموریت های شناسایی و تصویر برداری از ارتفاع بالا، دو چندان می نماید. کشش موتورهای این هواپیما، عدد اعجاب آور 11.200 کیلوگرم می باشد که نیرویی فوق العاده برای پیشرانش یک هواپیمای جنگنده است. اما این جنگنده را با تعاریف بالا بسیار جالب توجه تصور نکنید. این هواپیما، رهگیری بسیار سست و غیر مانور پذیر است و می توان گفت که هیچ قابلیتی در یک جنگ نزدیک ندارد و حتی هواپیماهای بسیار ناتوان نیز به راحتی می توانند این هواپیما را از صحنه نبرد به در کنند. تحمل شتاب جی این هواپیما حداکثر 3 جی یا مقداری کمتر در مقایسه با، به طور مثال، هواپیمای اف-14 تامکت با تحمل 9 جی می باشد که نشان از ضعف ساختاری این جنگنده دارد.

در صورت انجام یک دور بسیار سریع در آسمان، حتی این احتمال می رود که موشک های متصل به بال هواپیما به راحتی جدا شده و در آسمان رها گردند. در حقیقت، ماموریت خلبانان این هواپیما تنها این بود که پس از برخاست، خلبان اتوماتیک را روشن کرده و منتظر دستور بمانند، سپس موشکی را به سمت هدفی مشخص از فاصله دور شلیک کرده و به پایگاه برگردند. این جنگنده، با اینکه سریع ترین جنگنده عملیاتی جهان می باشد، اما سرعت هایی چون سه برابر صوت و ارتفاع 36 کیلومتری را تنها برای مدت کوتاهی مانند دو دقیقه می تواند تحمل نماید، چون در غیر این صورت خلبان باید بدون هواپیمایش به فرودگاه بازگردد! این هواپیما، با وزن حدود 30 تن، هواپیمایی بسیار سنگین وزن می باشد و می توان گفت از آن حتی نشانه کوچکی نیز از چالاکی دیده نمی شود. موتورهای توربوجت این هواپیما، سوخت را به سرعت می بلعند و از این جهت، برد این هواپیما کاهش می یابد. از نظر فضا و حجم، موتورهای این هواپیما آن قدر حجیم و بزرگ اشت که بیشتر به موتور یک راکت شبیه است تا یک جنگنده رهگیر، که این موضوع، از ورودی ها و خروجی های فوق العاده بزرگ این جنگنده آشکار است. اما جالب اینکه اولین هواپیمایی که در جنگ خلیج فارس مورد اصابت قرار گرفت، یک فروند هواپیمای اف ای-18 هورنت بود که موشکی شلیک شده از هواپیمای میگ 25 عراقی آن را ساقط نمود. این جنگنده، بارها در سال های قبل از انقلاب جمهوری اسلامی، به حریم هوایی ایران تجاوز کرده و دیوار صوتی را به وفور در آسمان ایران شکسته است. اما چون نه تنها در ایران بلکه در هیچ کشور جهان جنگنده ای قادر به رهگیری این هواپیما نبود، در نتیجه کاری از دست مقامات بر نمی آمد، اما پس از مدتی که ایران هواپیماهای اف-14 تامکت را همراه با موشک دوربرد فینیکس تحویل گرفت، دیگر میگ های 25 حتی یک بار هم جرأت نکردند که وارد آسمان ایران شوند، چون هواپیماهای اف-14 ایران با شلیک یک موشک فینیکس آنان را از فاصله 200 کیلومتری منهدم می ساختند.

جالب اینکه عملیات جوشکاری در این هواپیما با دست انجام می گرفت و در سیستم های الکترونیکی آن، هنوز از لامپ های خلاء استفاده می شد. اما با این اوصاف، هواپیمای میگ 25 با نمونه بزرگتری به نام میگ 31 فاکس هاوند جایگزین شد که در حقیقت نمونه ارتقا یافته از آن بوده و حقیقتاً توانایی های بیشتری نسبت به آن را دارا بود. این هواپیما، یعنی میگ 31 را می توان هواپیمایی کاملاً جدید نامید، اگرچه شکل ظاهری آن بسیار شبیه به میگ 25 می باشد. این هواپیما، برعکس نسل قبلی خود، از موتورهای توربوفن D-30F6 بهره می جوید که این موتورها، برای تامین هوای خود به ورودی های حتی بزرگتر از فاکس بت و همچنین خروجی های بزرگتر احتیاج دارند. فاکس هاوند دارای رادار قدرتمندی با توانایی تعقیب 10 هدف همزمان و برد 120 کیلومتر می باشد. میگ 25 که برای رهگیری هواپیمای SR-71 خفاش سیاه آمریکایی طراحی و تولید شده بود، هیچ گاه نتوانست به این آرزوی خود جامه عمل بپوشاند. ناگفته نماند که هم اکنون بزرگترین پرواز دهنده میگ 25 ناتوان، کشور هندوستان می باشد.

هر آنچه که درباره دیوار صوتی می خواهید بدانید

در مقاله ها و متونی که به موضوع هوانوردی مربوط می شوند، شاید عبارت «شکست دیوار صوتی» را دیده و مایل به دانستن مطالبی در مورد این زمینه نیز باشید. در این مقاله، تمامی مطالب مربوط به دیوار صوتی و چگونگی شکست آن و موارد مرتبط بررسی و مطالعه خواهند شد.

هواپیماهای سری ایکس در کنارهم، پیشگامان فراصوت

 در اعصار آغازین دوران هوانوردی ابتدایی، هواپیما ها بیشتر با سرعت های بسیار پایین نسبت به هواپیما های امروزی پرواز می کردند که حتی به بیشتر از 300 کیلومتر در ساعت نمی رسید؛ در حالی که چنین سرعتی، سرعت مطلوب برای تیک آف یا برخاست یک هواپیمای جنگنده امروزی است و رسیدن به چنین سرعتی، ابداً مستلزم تلاش بسیار و فشار آوردن بیش از حد به موتور نمی باشد. اما رفته رفته، سرعت هواپیما ها حتی با موتورهای پیستونی به گاه بالای 650 کیلومتر بر ساعت رسیده و از آن زمان بود که دانشمندان علوم آیرودینامیک دریافتند که در با افزایش سرعت، به تدریج میزان پسا افزایش پیدا کرده و در سرعت معینی، دیگر هواپیما قادر به سرعت گرفتن نبوده گاه نیز استال می شوند. در آن زمان، علت این موضوع بدین گونه بیان شد که با افزایش سرعت، به تدریج سرعت گردش انتها یا نوک پره های پروانه ی موتور، به سرعت صوت نزدیک شده و سرانجام در حداکثر سرعت یک هواپیمای پیستونی که حدود 950 کیلومتر می باشد، سرعت انتهای پره ها از سرعت صوت گذشته و پسا یا درگ بسیاری ایجاد می شود که خود مانع سرعت گرفتن بیشتر هواپیماست. در چنین سرعت هایی، پروانه موتور هواپیماهای پیستونی، نه تنها تراست یا نیروی کشش تولید نمی کند، بلکه در اثر سرعت بسیار زیاد، تبدیل به یک دیسک یا دایره توپر چرخنده می شود که جز ایجاد درگ و پسا، کار دیگری انجام نمی دهد. آیرودینامیست های آن زمان این حد را یک محدوده سرعت یا همان دیوار صوتی در نظر گرفته و بسیاری از آنان نیز بر این عقیده بودند که گذشتن از دیوار صوتی و پشت سر گذاشتن آن، کاریست غیر ممکن؛ اما با ورود به عصر جت و پیشرفت علم آیرودینامیک، همه ما شاهد هستیم که این کار برای جنگنده های امروزی کاری بس سهل و آسان است.

هواپیمای بل X-1 نخستین هواپیمایی که از سرعت صوت گذشت

حال، پس بررسی تاریخچه آن، بهتر است به اصل موضوع بپردازیم و نخست، ببینیم که خصوصیات صوت و دیوار صوتی چیست و چرا گذر از آن نیازمند قدرت و کشش و توانایی زیادی است. صوت، در شرایط عادی (دما، فشار و ... معمولی) در سطح دریا دارای سرعتی معادل 332 متر بر ثانیه یا 1,195 کیلومتر بر ساعت می باشد که این سرعت، با افزایش ارتفاع و کاهش فشار و تراکم هوا، کاهش یافته و در ارتفاعات بالاتر، صوت فواصل را با سرعت کمتری می پیماید. این مسئله بدین صورت است که صوت همانطور که می دانیم، از طریق ضربات ملکول های هوا به یکدیگر و انتقال انرژی آن ها فضا را طی می کند و هرچه تعداد مولکول ها در یک حجم معین بیشتر باشند، انتقال انرژی زودتر صورت پذیرفته و صوت با سرعت بیشتری انتقال می یابد؛ چنانکه سرعت صوت در مایعات بیشتر از هوا و در جامدات بسیار بیشتر از مایعات و هوا و معادل 6000 کیلومتر بر ساعت است. پس در نتیجه افزایش ارتفاع، تعداد ملکول ها در یک حجم معین کاهش یافته و صوت با سرعت کمتری فضا را می پیماید. دیوار صوتی، شیئی فیزیکی و قابل روئیت نیست؛ بلکه، به دلیل اینکه گذشتن از سرعت صوت نیازمند توان بسیار بالای موتور و آیرودینامیک بسیار خوب می باشد، این حد را یک مانع برای رسیدن به سرعت های بالاتر دانسته و از آن به نام دیوار صوتی یاد می کنند. عدد ماخ، در حقیقت همان نسبت سرعت شی پرنده یا همان هواپیما به سرعت صوت محیط است که به احترام دانشمندی آلمانی که برای اولین بار چنین مقیاسی را در نظر گرفت، آن را «ماخ» نام نهادند. پس عدد ماخ، کمیتی متغیر است و بسته به خصوصیات هوا مانند دما و فشار، تغییر کرده و کاهش یا افزایش می یابد.

هواپیمای بل X-1 نخستین هواپیمایی که از سرعت صوت گذشت

اما حال که با عدد ماخ آشنا شدیم، به مهمترین و اصلی ترین عامل ایجاد دیوار صوتی یعنی همان «امواج ضربه ای یا Shockwaves» پرداخته و دلیل ایجاد درگ و پسای زیاد را در سرعت های نزدیک سرعت صوت، بررسی خواهیم کرد. امواج ضربه ای یا شاک ویو ها، در حقیقت همان عامل اصلی ایجاد دیوار صوتی هستند. امواج ضربه ای، تغییری ناگهانی در فشار و دمای یک لایه از هواست که می تواند به لایه های دیگر منتقل شده و به صورت یک موج فضا را بپیماید. برای درک بهتر مطلب، وقتی که سنگی در آب انداخته می شود، موج های در آب به وجود می آیند که به سمت خارج در حال حرکتند. این امواج، نتیجه افزایش سرعت یا اعمال نیرو به لایه ای از ملکول های آب است که قادر به انتقال به لایه های دیگر نیز می باشد، و امواج ضربه ای نیز، همان امواج درون آب هستند، با این تفاوت که آن ها در سیالی دیگر به جای آب به نام هوا، تشکیل می شوند. در سرعت های نزدیک سرعت صوت، فرضیه غیر قابل تراکم بودن هوا رد شده و ضریب تراکم هوا به 16% در می رسد، که مقداری غیر قابل چشم پوشی است. در این سرعت ها هوای جلوی بال یا لبه حمله به شدت متراکم گشته و دما و فشار آن به طرز قابل توجهی افزایش می یابد، همین مسئله، یکی از عوامل ایجاد امواج ضربه ای است. هواپیما با حرکت خود در هوا، نظم فشار هوای محیط را بر هم می زند و همانند قایقی که در آب در حال حرکت است، امواجی از آن ساطع شده و به دلیل اینکه این امواج با سرعت صوت حرکت می کنند و هواپیما زیر سرعت صوت در حال سیر است، از آن دور می شوند. اما کم کم، با نزدیک شدن به سرعت های ترانسونیک و حدود سرعت صوت، این امواج فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و در جلوی بال متراکم می شوند. در مناطقی از بدنه هواپیما که سطوح ناموزونی نسبت به جهت حرکت هواپیما دارد، سرعت گذر هوا افزایش یافته و بر اساس اصل برنولی، با افزایش سرعت سیال، فشار آن کاهش می یابد.

هواپیمای بل X-1 نخستین هواپیمایی که از سرعت صوت گذشت

در چنین سرعت هایی، هوای اطراف این سطوح به سرعت صوت می رسد، گرچه هواپیما هنوز به سرعت صوت نرسیده باشد. در نتیجه رسیدن بعضی سطوح به سرعت صوت، امواج ضربه ای تولید شده و درگ یا پسای فراوانی را قبل از رسیدن به سرعت صوت تولید می کنند، که همین مسئله گذر از دیوار صوتی را مشکل می نماید. به سرعتی که در آن حداقل یکی از سطوح هواپیما به سرعت صوت رسیده باشد، گرچه این پدیده در مورد خود هواپیما صادق نباشد، عدد ماخ بحرانی یا Critical Mach Number می گویند. عدد ماخ بحرانی را می توان به سرعتی که نمودار پسا در مقابل سرعت سیر صعودی می گیرد، نیز تعریف نمود. در این سرعت، فرامین هواپیما کم کم شروع به درست جواب ندادن کرده و حالتی شبیه به کوبیدن بر روی بال توسط امواج ضربه ای به وجود می آید که با گذر از دیوار صوتی، فرامین هواپیما به حالت طبیعی خود باز می گردند. بنابراین، در سرعتی که هواپیما به عدد ماخ بحرانی خویش می رسد، پسا به دلیل ایجاد امواج ضربه ای به طور قابل توجهی افزایش می یابد، پس، باید تلاش بر آن باشد تا عدد ماخ بحرانی هر چه بیشتر با بهبود ویژگی های آیرودینامیکی افزایش یابد، چون اگر این اتفاق در سرعت های پایین تر رخ دهد، هواپیما نیز باید از سرعت پایین تری جدال با افزایش پسا را شروع کند. حال ببینیم که چرا با تولید امواج ضربه ای، پسا افزایش می یابد. قانونی در مبحث دیوار صوتی بیان می کند که هر جریان هوایی که از یک موج ضربه ای بگذرد، موج ضربه ای انرژی کنتیکی یا جنشی سرعتی آن را گرفته و در خور تبدیل به گرما و افزایش فشار می کند، در نیتجه سرعت جریان هوای گذرنده از موج ضربه ای به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. با کاهش سرعت جریان هوا در جلوی بال ها در سرعت های نزدیک سرعت صوت، تلاش پیشرانه یا موتورهای هواپیما باید چند برابر شود تا اثر کاهش سرعت در اثر موج ضربه ای را خنثی نماید. در صورتی که عدد ماخ بحرانی هواپیمایی پایین باشد، در سرعت های پایین باید نیروی رانشی هواپیما چند برابر شود که مصرف سوخت فوق العاده ای را برای گذر از دیوار صوتی به دنبال خواهد داشت؛ اما، در صورت بالا بودن عدد ماخ بحرانی، هواپیما فقط مدت کوتاهی نیازمند قدرت و کشش بسیار زیاد برای شکستن دیوار صوتی می باشد.

هواپیمای X-1 با ترکیب رنگ نارنجی اش، به راحتی قابل تشخیص است

با اعمال نیروی فراوان رانشی، سرانجام هواپیما بر مشکل پسای زیاد فائق آمده و از دیوار صوتی می گذرد. در نتیجه این عمل، امواج تولید شده توسط هواپیما از آن جا مانده و پشت سر هواپیما حرکت می کنند. در این حالت، وضعیت به حالت عادی بازگشته و پسای ایجاد شده به وضعیت نرمال باز می گردد. بعضی از هواپیما ها از تمام نیروی پس سوزشان یا 100% قدرت موتور برای گذر از دیوار صوتی و یا سرعت 1,195 کیلومتر بر ساعت استفاده می کنند، در حالی که در سرعت های بسیار بالاتر، تنها از 30% قدرت موتور برای رانش به جلو بهره می جویند. با دقت در این مثال، می توان به خوبی افزایش درگ و پسا و قدرت فروان لازم برای غلبه بر آن در سرعت های نزدیک به سرعت صوت را درک و تجزیه و تحلیل نمود. امواج ضربه ای توسط هواپیما در سرعت صوت، بسیار قدرتمند می باشند، چنانکه در صورت پرواز هواپیما نزدیک به زمین و گذر آن از دیوار صوتی، امواج ضربه ای با منتهای قدرت به اجسام زمینی مانند شیشه های منازل و ساختمانها برخورد نموده و باعث شکستن آن ها می شود، یا حتی اگر شخصی در معرض امواج ضربه ای به طور مستقیم قرار گیرد، احتمال از دست دادن شنوایی و پاره شدن پرده گوش بسیار است. از امواج ضربه ای، در بمب ها و تسلیحات دیگر نیز استفاده می شود. بمب ها با یک افزایش دما و فشار ناگهانی در لایه هایی از هوا، امواج ضربه ای به وجود آورده که از طریق هوا انتقال یافته و باعث شکستن شیشه ها و تخریب دیوار ها نیز می شود. اگر شخصی در فاصله ای نسبتاً نزدیک در فضایی تهی از هوا و خلاء، حتی نزدیک یک بمب  ده تنی ایستاده باشد، بر فرض منفجر کردن بمب، آسیبی به وی نخواهد رسید، چون هوایی برای انتقال امواج ضربه ای وجود ندارد.

هواپیمای X-1 در حقیقت یک بمب افکن جنگ جهانی دوم بود که به موتورهای راکت مجهز شده بود

به دلیل تولید امواج ضربه ای در سرعت های حدود سرعت صوت، خلبانان سعی می کنند فقط مدت کوتاهی در چنین سرعت هایی ترانسونیک پرواز کرده و به زودی از دیوار صوتی گذر کنند، چون پرواز در این سرعت ها نیروی بسیار زیاد موتور در نیتجه افزایش فوق العاده میزان مصرف سوخت را در پی دارد. اما حال ببینیم صدایی انفجار مانند که در هنگام شکستن دیوار صوتی تولید می شود نتیجه چیست. امواج حاصله از حرکت هواپیما یا صدای تولید شده در اثر حرکت، هر بار در سرعت های زیر سرعت صوت از هواپیما دور شده و به گوش شنونده می رسد. اما با رسیدن هواپیما به سرعت صوت، این صداها دیگر فرصت دور شدن از هواپیما را نداشته و کلاً در جلوی هواپیما جمع می شوند. با گذر از سرعت صوت، صدایی چند ده برابر شده از حرکت هواپیما با هم به گوش شنونده می رسد که مانند یک انفجار شدید یا صدای رعد و برقی بسیار قدرتمند می باشد. شاید در تصاویر هواپیماهای در حال گذر از دیوار صوتی، هاله ای سفید رنگ را در اطراف هواپیما مشاهده کرده باشید. در هنگام گذر از دیوار صوتی، اگر هواپیما نزدیک به زمین و در محیطی مرطوب با درصد بخار آب زیاد باشد، بخار آب هوا در اثر امواج ضربه ای فشرده شده و ابر سفیدی را برای چند ثانیه پدید می آورند که همان هاله سفید رنگ قابل روئیت در تصاویر است. اما از امواج ضربه ای در موتورهای جت نیز استفاده می شود. بدین گونه که، هوا ورودی در موتورهای جت، حتی اگر هواپیما با سرعت های بالای صوت پروزا نماید، باید زیر سرعت صوت باشد تا قابلیت احتراق را در موتور داشته باشد.

نخستین بار، چاک ییگر با هواپیمای بل X-1 دیوار صوتی را شکست

بنابراین، اکثراً در ورودی موتورهای هواپیماهای جنگنده مخروطی را به شکل کامل یا نصف مانند هواپیماهای میگ 21 یا اف 104 ستارفایتر  می بینیم، که فلسفه ایجاد این مخروط تولید عمدی امواج ضربه ای است. در صورت تولید امواج ضربه ای، هوای عبوری از میان آن با سرعت کاهش یافته یا زیر صوت وارد موتور می شود و فرآیند احتراق به طور کامل انجام می پذیرد. برای انجام پرواز های مافوق صوت، اغلب هواپیماهای جنگنده از مقطع بال های ویژه ای که عدد ماخ بحرانی را به حداکثر می رسانند، استفاده می نمایند و مقطع بال ها معمولاً بسیار نازک و متقارن می باشد. به عقب برگشتگی بال های هواپیماهای مدرن نیز در نتیجه تلاش برای افزایش عدد ماخ بحرانی بوده چرا که آزمایش های تونل باد نشان داده که با به عقب برگشتگی بال ها به میزان چند درجه عدد ماخ بحرانی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، تا جایی که هواپیماهای مسافربری سریع السیر مانند بوئینگ 747 که در حدود سرعت صوت یا حدود 980 کیلومتر بر ساعت پرواز می کنند، نیز به بال هایی به عقب برگشته مجهزند. در برخی از هواپیماها، مانند هواپیمای اف 14 تامکت، از سیستم بال های متغیر استفاده شده که در این سیستم، در سرعت های پایین که از عدد ماخ بحرانی خبری نیست بال ها گسترده می شوند و برای فراوانی تولید می کنند، ولی رفته رفته با نزدیک شدن به سرعت صوت، کامپیوتر موجود در این سیستم خود زاویه لازم برای افزایش عدد ماخ بحرانی را محاسبه کرده و بال را متناسب با زوایه آن تغییر داده و به عقب بر می گرداند. این سیستم به دلیل هزینه های بالا و سنگینی بیش از حد آن، دارای استفاده محدودی می باشد. هواپیماها کلاً از نظر سرعت نسبت به سرعت صوت به چند دسته زیر تقسیم می شوند:

• هواپیماهای زیر سرعت صوت یا مادون صوت با محدوده سرعت 350 تا 950 کیلومتر بر ساعت، Subsonic

• هواپیماهای حدود سرعت صوت با محدوده سرعت 950 تا 1200 کیلومتر بر ساعت، Transonic

• هواپیماهای سرعت صوت با محدوده سرعت دقیقاً سرعت صوت نسبت به محیط، Sonic

• هواپیماهای بالای سرعت صوت یا مافوق سرعت صوت با محدوده سرعت 1 ماخ تا 5 ماخ، Supersonic

• هواپیماهای با سرعت بسیار بیشتر از سرعت صوت با محدوده سرعت 5 ماخ و بالاتر، Hypersonic

لازم به ذکر است، اولین بار، خلبانی آزمایشی آمریکایی به نام چاک ییگر، با انجام اصلاحاتی بر روی یک بمب افکن قدیمی آن را به چهار موتور موشکی مجهز کرده و بر فراز بیایانی در آمریکا، پس از جدا شدن از هواپیمای مادر، به پرواز در آورد. پس چند ثانیه پرواز هواپیمای پرتقالی رنگ ملقب به X-1 به صورت گلاید، خلبان چهار موتور موشکی خود را روشن کرده و پس از چند لحظه صدایی رعد آسا در آسمان شنیده شد که همان نتیجه شکستن دیوار صوتی برای اولین بار در جهان بود. در این آزمایش، این هواپیما به سرعت 16/1 ماخ دست یافت، و با ورود به عصر جت، رویای شکستن دیوار صوتی و پا گذاشتن به سرعت صوت نیز به واقعیتی بسیار قابل لمس مبدل گشت.