◄ هواپیما چطور ترمز می کند؟

با توجه به سرعت زیاد یک هواپیما، نحوه کاهش دادن آن در زمان های حرکت بر روی زمین (Taxing)، انصراف از برخاستن RTO (Rejected Take Off) یا (Take Off Abort)، در طول پرواز (Inflight) و همچنین فرود آمدن (Landing)، از مسائل قابل بحث و بررسی است که خروجی آن منجر به تعریف ساز و کارهای عملکرد انواع ترمزها در هواپیما می شود. به کار بردن عبارت انواع ترمزها صرفا به دلیل کارآمد بودن هر یک، منطبق بر شرایطی است که هواپیما در آن قرار دارد. بر همین اساس در مطلب پیش رو قصد داریم تا با زبانی ساده، نگاهی اجمالی به این ساختار داشته باشیم.

همانند یک خودرو، هواپیما نیز از یک سامانه ترمز برخوردار است که خلبان می تواند با هدف کاهش سرعت (Deceleration) در زمان هایی که هوایپما بر روی زمین است، از آن استفاده کند. در زبان ساده،  ساختار این ترمزها که بر روی چرخ های هواپیما (Landing Gear) قرار دارد، از یک بخش متحرک (Rotating) و یک بخش ثابت (Stationary) تشکیل می گردد. در اغلب هواپیماها با فشار دادن نوک پدال هایی که در زیر پای خلبان تعبیه شده است، بخش متحرک در حال چرخش به واسطه چرخ ها، طی فعل و انفعالاتی به بخش ثابت نزدیک شده و با تولید نیروی اصطکاک (Friction Force) باعث تبدیل انرژی مکانیکی (Mechanical Energy) ناشی از حرکت، به انرژی گرمایی (Heating Energy) ناشی از اصطکاک و در نهایت کاهش سرعت هواپیما می شود.

از همین نویسنده:

کدام هواپیما، هواپیمای خوبی است؟

از این ترمزها همانطور که پیش تر نیز به آن اشاره شد، در راستای کنترل و کاهش سرعت هواپیما بر روی زمین استفاده می شود. در این میان استفاده از آن ها به تنهایی در هواپیماهای کوچک با وزن کم رایج بوده و در هواپیماهای بزرگتر با توجه به وزن و سرعتی که دارند فاقد کارایی مورد نظر هستند. به دلیل وزن و سرعت، در صورتی که در هواپیماهای بزرگتر صرفا از این نوع ترمزها استفاده شود، - همانند زمان فرود - منجر به افزایش دمای ترمز، آتش گرفتن و در گاهی اوقات ترکیدن لاستیک ها (Tire Burst) نیز خواهد شد. بر همین اساس در این هواپیماها نیاز به نوع دیگری از ترمزها است تا در کنار این سیستم، از کارایی مورد نیاز برخوردار باشند.   

با توجه به عملکرد موتور هواپیما که بر طبق قانون سوم نیوتون کار می کند (هر عملی عکس العملی دارد)، هوایی که از انتهای موتور با فشار خارج شده، بر روی هوای ساکن تاثیر گذاشته و در نهایت درست مثل یک بادکنک که آن را باد و رها می کنیم، باعث حرکت رو به جلوی هواپیما می شود؛ به این نیرو، رانش (Thrust) می گویند. در این میان با تعریف ساز و کاری می توان هوای خروجی از بخش انتهایی موتور را به جلو هدایت و از آن برای کاهش سرعت هواپیما استفاده کرد.

این کار توسط معکوس کننده رانش (Thrust Reverser) انجام می شود؛ بدین صورت که در موتورهای توربو فن با باز شدن دریچه هایی از بخش انتهایی یا کناری موتور و در موتورهای ملخی (Propeller Engine) با تغییر گام ملخ (Propeller Pitch) این اتفاق رخ می دهد. از چنین فرایندی اغلب در هواپیماهای بزرگ استفاده می شود تا با توجه به وزن و سرعت قابل توجهی که در زمان فرود دارند، بتوان در زمان کم، بازدهی کاهش سرعت هواپیما را افزایش داد.

با توجه به عدم نیاز به معکوس کننده رانش در طول پرواز، از زمانی که هواپیما زمین را ترک می کند و به پرواز در می آید، در اصطلاح منطق عملکرد سیستمی آن وارد حالت پرواز (Flight Mode) می شود. در این حالت به واسطه ساز و کاری که به آن قفل شدن دریچه های معکوس کننده رانش (Reverse Lock Door) می گویند، دیگراین سیستم کار نخواهند کرد.

به همین ترتیب زمانی که هواپیما فرود می آید، منطق عملکرد سیستمی آن وارد حالت زمین (Ground Mode) شده و معکوس کننده را از وضعیت قفل خارج (Unlock) می کند. البته شایان ذکر است که برخی هواپیماها نظیر توپولف TU154 در حالت پرواز نیز می توانند از این فرایند در راستای کاهش سرعت خود، درست پیش از زمان فرود استفاده کند.

همچنین گفتن این موضوع خالی از لطف نیست که اغلب هواپیماها با استفاده از معکوس کننده رانش امکان حرکت رو به عقب (Rearward) را نیز بر روی زمین دارند. از طرفی به خاطر امکان کاهش سرعت توسط معکوس کننده در زمان حرکت بر روی زمین (Taxing) و در مقابل گران بودن قطعه ترمز نصب شده بر روی چرخ ها، در بعضی از هواپیماها مانند فوکر 100، با توجه به دستورالعمل های استاندارد عملیات پروازی SOP (Standard Operation Procedure) این هواپیما، از معکوس کننده ها می توان برای کنترل سرعت بر روی زمین استفاده کرد.

همانطور که اشاره شد در اغلب هواپیماها، معکوس کننده رانش فقط در زمانی کارایی دارد که هواپیما بر روی زمین است. بر همین اساس به سیستم دیگری نیاز است تا بتوان با بهره گیری از آن نسبت به کنترل و کاهش سرعت، در طول پرواز اقدام کرد که عموما در زمان هایی که خلبان نیاز دارد علاوه بر کاهش ارتفاع (Descent)، کاهش سرعت نیز انجام دهد، کاربرد دارد. بنابراین در اینجا از ترمزهای آیرودینامیکی (Aerodynamical Brake) استفاده می کنیم که پایه و اساس عملکردی آن ها، قوانین آیرودینامیکی هستند.

در تعاریف آیرودینامیکی، به هواپیما نیروهایی وارد می شود؛ نیروی جلو برنده که پیش تر به آن اشاره شد از جمله مهم ترین این نیروهاست که نیروی بازدارنده (Drag) در خلاف جهت آن و رو به عقب قرار می گیرد. این نیرو در زبان ساده ناشی از مقاومت هوا (Air Resistance) بوده و از زمان شروع به حرکت هواپیما، متناسب با میزان نیروی جلو برنده، تولید می شود. بر همین اساس می توان با بکارگیری ساختارهای آیرودینامیکی باعث افزایش آن در طول پرواز و همچنین پس از فرود با هدف کاهش سرعت هواپیما، کرد.

از رایج ترین این ساختارها می توان به ترمزهای آیرودینامیکی اشاره کرد که وابسته به طراحی هواپیما، بر روی بال ها و یا انتهای دم نصب می شوند. در صورتی که بر روی بال ها تعبیه شود، مهار کننده نیروی بالا برنده (Lift Spoiler) یا (Lift Damper) نام دارد که علاوه بر کاهش سرعت، نیروی بالا برنده (Lift) که توسط بال ها تولید می شود را کاهش می دهد. در واقع این ساختار، همان صفحاتی هستند که عموما پس از فرود، از روی بال ها باز می شوند. بکار بردن واژه عموما، بدین خاطر است که از آن ها در طول پرواز نیز می توان استفاده کرد. حال آنکه اگر در انتهای دم نصب شود، مانند هواپیمای BAE146، آن را ترمز هوایی (Air Brake) می نامند که تنها منجر به افزایش نیروی بازدارنده می شود. از جمله ترمزهای هوایی دیگر که پس از فرود در اکثر هواپیماهای نظامی و همچنین شاتل فضایی استفاده می شود، می توان به چتر بازدارنده (Drag Chute) اشاره کرد که در اصل همان چتری است که به منظور کاهش سرعت، باز می شود. 

* کارشناس هوانوردی