هواپيماها چقدر شبيه پرندگان هستند؟
تفاوت پرواز پرندگان شكاري با ساير پرنده‌ها
پرندگان شكاري مانند عقاب‌ها، قرقي‌ها، سنقرها، سارگپه‌ها، كركس‌ها، كوركورها و شاهين‌ها از جمله پرندگاني هستند كه مي‌توانند مسافت زيادي را بدون بال زدن طي كنند. اگر به ساختار بال‌هاي آنها دقت كنيد، اولين چيزي كه خواهيد ديد بال‌هاي عريض و نوك تيز است. در حاليكه در پرندگاني مثل قرقاول، كبك و اردك، بال‌ها كوتاه و لبه آنها تقريباً گرد است. بديهي است كه ساختمان بال‌ها و نحوه پروازي كه بدان‌ها اشاره شد، منجر به تفاوت محسوس ميان قدرت و مسافت پروازي پرندگان شكاري مي‌شود. پرواز هواپيماها نيز در اصل حاصل الگوبرداري از پرندگان بالاخص پرندگان شكاري است كه با بال‌هاي باز در آسمان اوج مي‌گيرند. جالب اينجاست كه اين الگوبرداري هنوز كه هنوز است تكميل نشده و شاهد اين مدعي نيز ساخت جديدترين و آئروديناميك‌ترين نسل هواپيماهاي شكاري است.
اما سوال اينجاست كه چرا ساختمان بال‌ها و نحوه پرواز پرندگان شكاري با ساير پرنده‌ها فرق دارد؟
پاسخ به اين سوال ساده است: چگونگي زندگي، سيستم تغذيه و شرايط محيط‌زيست مهمترين عامل اين تفاوت آشكار است.
راز و رمز پرواز
زماني كه يك پرنده بال مي‌زند، نخست نيروي مقاومت هوا به زير بال‌هايش فشار وارد مي‌كند و در اصل همين نيرو است كه پرنده را به بالا مي‌كشد. اما هنگام حركت به جلو، نيروي مقاومت هوا كه در جلو و زير بال‌ها وجود دارد، همراه با حالت خاص بال زدن، باعث مي‌شود كه هوا با فشار به عقب رانده شود و در نتيجه پرنده به جلو حركت و در عين حال به بالا صعود كند.
تفاوت پرنده و هواپيما در اين است كه در هواپيما بال‌ها ثابت هستند ولي در پرندگان بال‌ها به بالا، پايين و حتي عقب حركت مي‌كنند يعني در اصل نيروي حركتي پرنده، حاصل بال زدن است اما در هواپيما بال‌ها به شكلي طراحي شده‌اند كه هوا را سريعتر در قسمت بالاي بال‌ها جابجا كنند. در نتيجه زمانيكه هوا سريعتر جابجا مي‌شود، فشار هوا نيز بالطبع كاهش پيدا مي‌كند. فشار بالاي بال‌هاي هواپيما كمتر از فشار زير بال‌ها است. اين تفاوت فشار در جاي خود نيرويي بر بال‌ها وارد مي‌كند كه در عمل باعث مي‌شود تا بال‌ها به سمت بالا كشيده شوند.
plane2
از طرف ديگر حالت و شكل بدن پرندگان كاملاً دوكي شكل (Aerodynamic) است و بال آنها به خاطر وضعيت مقعر و سطح وسيعي كه بواسطه حضور پرها در آن ايجاد مي‌شود، مي‌تواند مثل هواپيما فشار هوا را در سطح بالاي بالاها كاهش دهند ولي بالعكس در زير بال‌ها حداكثر فشار را داشته باشند. پس راز پرواز پرنده‌ها در اصل حاصل عوامل مكانيكي ناشي از رابطه متقابل پرها و فشار هوا است و عين همين مساله منتهي با تفاوت‌هايي خاص در هواپيما نيز صدق مي‌كند. در هواپيما اين طراحي خارق‌العاده حاصل از ذهن بشر است كه جاي كمبودهاي طبيعي را گرفته است.
يك مثال ساده
يك تكه كاغذ را بالاي دهان خود نگه داريد و بر بالاي آن بدميد. دميدن شما باعث مي‌شود كه هوا در بالاي آن به سرعت جريان پيدا كند اما هوا در پايين به اين سرعت حركت نمي‌كند پس كم‌كم مي‌بينيد كه كاغذ بلند مي‌شود. اين امر مشابه همان اتفاقي است كه در هواپيما مي‌افتد، سرعت بالاي هواپيما در حين پرواز نيز به همين خاطر است چرا كه اگر سرعت اينقدر نباشد، امكان پروازي وجود ندارد. سرعت جريان هوا در بالا و پايين بال هواپيما با يكديگر فرق دارد و به همين دليل است كه بال هواپيما بلند مي‌شود. از اين تاثير در زبان علمي تحت عنوان «اثر برنولي» (Bernoulli Effect) ياد مي‌شود. برنولي دانشمندي بود كه راز اختلاف فشار را بر بالا و پايين بال يا در اصل همان عامل حركت رو به بالا را كشف كرد.
طراحي منحصربفرد
اگر به بال هواپيما دقت كنيد، متوجه شكل خاصي مي‌شويد كه به اين شكل خاص (Airfoil) مي‌گويند. اين واژه در حقيقت اشاره دارد به همان سطح بال هواپيما كه براي برخاستن از زمين و حفظ كنترل بوسيله‌ي جريان هوا طراحي شده است. همانطور كه پيش‌تر هم اشاره شد، اين فشار است كه عامل حركت هواپيما است. فشار زيادي كه در زير بال ايجاد مي‌شود آن را به سمت بالا يعني جايي كه در عمل فشار كمتر است، مي‌راند يا اصطلاحاً هل مي‌دهد.
بعضي هواپيماها عيناً الگوبرداري شده از پرندگان بالاخص پرندگان شكاري هستند. هواپيماي (Gulfstream G650) و هواپيماي (Dassault Falcon 7X) كه انتهاي بال آنها رو به بالا است نمونه‌اي از الگوبرداري از سر شاهپرهاي پرندگان شكاري هستند. اين بال‌هاي نوك تيز در اصل باعث انعطاف‌پذيري بيشتر هواپيما مي‌شوند. در سر بال‌هاي اين هواپيماها نه‌تنها جريان‌هاي گردابي هوا از بين مي‌رود بلكه در عين حال طول بال ۸ درصد كوتاهتر و استحكام بال نيز چند برابر مي‌شود.
نوك بال‌هاي داسو فالكن ۷ ايكس مثل پرندگان شكاري رو به بالا است.نوك بال‌هاي داسو فالكن ۷ ايكس مثل پرندگان شكاري رو به بالا است.
بعضي از بمب‌افكن‌ها هم بر اساس چنين الگوبرداري‌هايي طراحي شده‌اند. (B2 Spirit) يك نوع بمب‌افكن رادارگريز است كه به آن شبح مي‌گويند. اين بمب‌افكن يك هواپيماي چندمنظوره است كه شركت بوئينگ به همراه كمپاني (Northrop Grumman) طراحي كرده و ۴۴.۷۵ ميليارد دلار هزينه كل اين پروژه بوده است. اگر از سمت جانبي به آن نگاه كنيد، شباهت محسوسي ميان آن و قرقي‌ها (Hawks) مي‌بينيد. قرقي‌ها پرندگاني با بال‌هاي كوتاه و گردن و دم دراز هستند كه نسبت به ساير اعضاي خانواده قوش‌ها كوچكتر هستند. پرواز فوق سريع، فرم خاص دوكي بدن و نوك رو پايين اين پرنده عيناً ويژگي‌هايي است كه در اين بمب‌افكن خاص نيز الگوبرداري شده است.
تحقيقات دانشمندان دانشگاه كاليفرنياي جنوبي نشان داده كه هر چقدر زاويه بال هواپيماها مثل پرندگان بيشتر و بدنه آنها چاق‌تر باشد، نه‌تنها بهتر و سبك‌تر پرواز مي‌كنند بلكه حتي از نظر مصرف سوخت نيز كارآمدتر هستند. همانطور كه مشاهده مي كنيد، شباهت ميان پرندگان و هواپيماها تنها در ظاهرشان نيست بلكه در عمل اين واقعيت‌هاي فيزيكي هستند كه بهترين شكل در هواپيماهاي مدرن در حال الگوبرداري هستند.
منبع: ديجي كالا
هواپيماها چقدر شبيه پرندگان هستند؟
تفاوت پرواز پرندگان شكاري با ساير پرنده‌ها
پرندگان شكاري مانند عقاب‌ها، قرقي‌ها، سنقرها، سارگپه‌ها، كركس‌ها، كوركورها و شاهين‌ها از جمله پرندگاني هستند كه مي‌توانند مسافت زيادي را بدون بال زدن طي كنند. اگر به ساختار بال‌هاي آنها دقت كنيد، اولين چيزي كه خواهيد ديد بال‌هاي عريض و نوك تيز است. در حاليكه در پرندگاني مثل قرقاول، كبك و اردك، بال‌ها كوتاه و لبه آنها تقريباً گرد است. بديهي است كه ساختمان بال‌ها و نحوه پروازي كه بدان‌ها اشاره شد، منجر به تفاوت محسوس ميان قدرت و مسافت پروازي پرندگان شكاري مي‌شود. پرواز هواپيماها نيز در اصل حاصل الگوبرداري از پرندگان بالاخص پرندگان شكاري است كه با بال‌هاي باز در آسمان اوج مي‌گيرند. جالب اينجاست كه اين الگوبرداري هنوز كه هنوز است تكميل نشده و شاهد اين مدعي نيز ساخت جديدترين و آئروديناميك‌ترين نسل هواپيماهاي شكاري است.
اما سوال اينجاست كه چرا ساختمان بال‌ها و نحوه پرواز پرندگان شكاري با ساير پرنده‌ها فرق دارد؟
پاسخ به اين سوال ساده است: چگونگي زندگي، سيستم تغذيه و شرايط محيط‌زيست مهمترين عامل اين تفاوت آشكار است.
راز و رمز پرواز
زماني كه يك پرنده بال مي‌زند، نخست نيروي مقاومت هوا به زير بال‌هايش فشار وارد مي‌كند و در اصل همين نيرو است كه پرنده را به بالا مي‌كشد. اما هنگام حركت به جلو، نيروي مقاومت هوا كه در جلو و زير بال‌ها وجود دارد، همراه با حالت خاص بال زدن، باعث مي‌شود كه هوا با فشار به عقب رانده شود و در نتيجه پرنده به جلو حركت و در عين حال به بالا صعود كند.
تفاوت پرنده و هواپيما در اين است كه در هواپيما بال‌ها ثابت هستند ولي در پرندگان بال‌ها به بالا، پايين و حتي عقب حركت مي‌كنند يعني در اصل نيروي حركتي پرنده، حاصل بال زدن است اما در هواپيما بال‌ها به شكلي طراحي شده‌اند كه هوا را سريعتر در قسمت بالاي بال‌ها جابجا كنند. در نتيجه زمانيكه هوا سريعتر جابجا مي‌شود، فشار هوا نيز بالطبع كاهش پيدا مي‌كند. فشار بالاي بال‌هاي هواپيما كمتر از فشار زير بال‌ها است. اين تفاوت فشار در جاي خود نيرويي بر بال‌ها وارد مي‌كند كه در عمل باعث مي‌شود تا بال‌ها به سمت بالا كشيده شوند.
plane2
از طرف ديگر حالت و شكل بدن پرندگان كاملاً دوكي شكل (Aerodynamic) است و بال آنها به خاطر وضعيت مقعر و سطح وسيعي كه بواسطه حضور پرها در آن ايجاد مي‌شود، مي‌تواند مثل هواپيما فشار هوا را در سطح بالاي بالاها كاهش دهند ولي بالعكس در زير بال‌ها حداكثر فشار را داشته باشند. پس راز پرواز پرنده‌ها در اصل حاصل عوامل مكانيكي ناشي از رابطه متقابل پرها و فشار هوا است و عين همين مساله منتهي با تفاوت‌هايي خاص در هواپيما نيز صدق مي‌كند. در هواپيما اين طراحي خارق‌العاده حاصل از ذهن بشر است كه جاي كمبودهاي طبيعي را گرفته است.
يك مثال ساده
يك تكه كاغذ را بالاي دهان خود نگه داريد و بر بالاي آن بدميد. دميدن شما باعث مي‌شود كه هوا در بالاي آن به سرعت جريان پيدا كند اما هوا در پايين به اين سرعت حركت نمي‌كند پس كم‌كم مي‌بينيد كه كاغذ بلند مي‌شود. اين امر مشابه همان اتفاقي است كه در هواپيما مي‌افتد، سرعت بالاي هواپيما در حين پرواز نيز به همين خاطر است چرا كه اگر سرعت اينقدر نباشد، امكان پروازي وجود ندارد. سرعت جريان هوا در بالا و پايين بال هواپيما با يكديگر فرق دارد و به همين دليل است كه بال هواپيما بلند مي‌شود. از اين تاثير در زبان علمي تحت عنوان «اثر برنولي» (Bernoulli Effect) ياد مي‌شود. برنولي دانشمندي بود كه راز اختلاف فشار را بر بالا و پايين بال يا در اصل همان عامل حركت رو به بالا را كشف كرد.
طراحي منحصربفرد
اگر به بال هواپيما دقت كنيد، متوجه شكل خاصي مي‌شويد كه به اين شكل خاص (Airfoil) مي‌گويند. اين واژه در حقيقت اشاره دارد به همان سطح بال هواپيما كه براي برخاستن از زمين و حفظ كنترل بوسيله‌ي جريان هوا طراحي شده است. همانطور كه پيش‌تر هم اشاره شد، اين فشار است كه عامل حركت هواپيما است. فشار زيادي كه در زير بال ايجاد مي‌شود آن را به سمت بالا يعني جايي كه در عمل فشار كمتر است، مي‌راند يا اصطلاحاً هل مي‌دهد.
بعضي هواپيماها عيناً الگوبرداري شده از پرندگان بالاخص پرندگان شكاري هستند. هواپيماي (Gulfstream G650) و هواپيماي (Dassault Falcon 7X) كه انتهاي بال آنها رو به بالا است نمونه‌اي از الگوبرداري از سر شاهپرهاي پرندگان شكاري هستند. اين بال‌هاي نوك تيز در اصل باعث انعطاف‌پذيري بيشتر هواپيما مي‌شوند. در سر بال‌هاي اين هواپيماها نه‌تنها جريان‌هاي گردابي هوا از بين مي‌رود بلكه در عين حال طول بال ۸ درصد كوتاهتر و استحكام بال نيز چند برابر مي‌شود.
نوك بال‌هاي داسو فالكن ۷ ايكس مثل پرندگان شكاري رو به بالا است.نوك بال‌هاي داسو فالكن ۷ ايكس مثل پرندگان شكاري رو به بالا است.
بعضي از بمب‌افكن‌ها هم بر اساس چنين الگوبرداري‌هايي طراحي شده‌اند. (B2 Spirit) يك نوع بمب‌افكن رادارگريز است كه به آن شبح مي‌گويند. اين بمب‌افكن يك هواپيماي چندمنظوره است كه شركت بوئينگ به همراه كمپاني (Northrop Grumman) طراحي كرده و ۴۴.۷۵ ميليارد دلار هزينه كل اين پروژه بوده است. اگر از سمت جانبي به آن نگاه كنيد، شباهت محسوسي ميان آن و قرقي‌ها (Hawks) مي‌بينيد. قرقي‌ها پرندگاني با بال‌هاي كوتاه و گردن و دم دراز هستند كه نسبت به ساير اعضاي خانواده قوش‌ها كوچكتر هستند. پرواز فوق سريع، فرم خاص دوكي بدن و نوك رو پايين اين پرنده عيناً ويژگي‌هايي است كه در اين بمب‌افكن خاص نيز الگوبرداري شده است.
تحقيقات دانشمندان دانشگاه كاليفرنياي جنوبي نشان داده كه هر چقدر زاويه بال هواپيماها مثل پرندگان بيشتر و بدنه آنها چاق‌تر باشد، نه‌تنها بهتر و سبك‌تر پرواز مي‌كنند بلكه حتي از نظر مصرف سوخت نيز كارآمدتر هستند. همانطور كه مشاهده مي كنيد، شباهت ميان پرندگان و هواپيماها تنها در ظاهرشان نيست بلكه در عمل اين واقعيت‌هاي فيزيكي هستند كه بهترين شكل در هواپيماهاي مدرن در حال الگوبرداري هستند.
منبع: ديجي كالا
آموزش زبان انگلیسی در کرج