◄ مقدمه ای بر مهندسی وزن در هواپیما

پرواز یک هواپیما بر اساس موارد متعددی انجام می شود که بی شک وزن (Weight) یکی از شاخص ترین آن هاست؛ چرا که به جرات می توان گفت از عوامل مستقیم تاثیر گذار بر ایمنی پرواز است. چنین موضوعی از چند دیدگاه قابل بحث و بررسی است که از مهم ترین آن ها می توان به حصول اطمینان از عدم داشتن اضافه وزن (Extra Weight) که منجر به در اصطلاح Over Weight شدن هواپیما می شود، اشاره کرد؛ بدین معنا که وزن در صنعت هوانوردی فراتر از صرفا یک مقدار کمی (Quantity) است و می تواند از عوامل دیگر تاثیر گیرد.

آشنایی با موتور هواپیما

بر همین اساس در مطلب پیش رو قصد داریم تا ضمن پرداختن به تعریف کلی وزن، به این موضوع بپردازیم که چرا در بعضی مواقع در یک هواپیما برخلاف داشتن ظرفیت و جای خالی، از آن استفاده نشده و گاهی حتی باعث  تخلیه بار و پیاده کردن مسافر، با اینکه مسافر بلیت تهیه کرده است نیز می شود.

هر هواپیمایی از تعداد تعاریف وزنی متعددی داد که به شرح ذیل هستند:

وزن خالی پایه ای

هر هواپیمایی پس از ساخته شدن، دارای وزنی ناشی از اجزای تشکیل دهنده و متعلقاتی مانند روغن استفاده شده در موتورها، کپسول های اطفای حریق و...  است که «وزن خالی پایه ای هواپیما» (Aircraft Basic Empty Weight) نام دارد. در صورت عدم انجام به روز رسانی و ارتقا (Modification) که باعث تغییرات وزنی هواپیما می شود، ثابت خواهد ماند.

از همین نویسنده:

• چرا تا توقف کامل هواپیما، نباید صندلی های خود را ترک کنیم؟

• هواپیما چطور ترمز می کند؟

• کدام هواپیما، هواپیمای خوبی است؟

وزن عملیاتی خشک

با اضافه کردن وزن خدمه پروازی (Flight Crew)، کترینگ (Catering)، آب قابل شرب (Potable Water) و غذا و نوشیدنی (Food & Beverages) به وزن خالی پایه ای، «وزن عملیاتی خشک هواپیما» (Aircraft Dry Operating Wight) به دست خواهد آمد. از آنجایی که در پرواز تعداد و میزان موارد برشمرده متغیر است، از همین رو به تمامی آن ها «وزن متغیر» (Variable Load) گفته می شود.

Basic Empty Weight + Variable Load = Dry Operating Weight

وزن ترافیکی

به مجموع وزن مسافر (Passenger)، چمدان (Baggage) و بار (Cargo)، وزن ترافیکی (Traffic Load) گفته می شود؛ همچنین Pay Load عبارت دیگری است که برای نامیدن این وزن استفاده می شود. با توجه به این که وزن ترافیکی برای شرکت هواپیمایی درآمد زا است، به آن Revenue Load، و در مقابل به وزن ساختاری هواپیما و متعلقات آن، Non-Revenue Load گفته می شود.

به حداکثر وزن ترافیکی هواپیما Allowed Traffic Load گفته می شود. بر همین اساس در صورتی که هواپیمایی دارای وزن ترافیکی کمتر از Allowed Traffic Load باشد، از عبارت Under Load استفاده می شود. برای مثال اگر Allowed Traffic Load یک هواپیما 4500 کیلوگرم باشد و در مقابل تنها 3500 کیلوگرم وزن ترافیکی به همراه داشته باشد، Under Load محسوب می شود.

وزن سوخت صفر

تا اینجا تمامی وزن های تعریف شده، فاقد وزن سوخت مورد نیاز هواپیما برای انجام پرواز هستند. لذا بر همین اساس به مجموع آن ها «وزن سوخت صفر» (Zero Fuel Weight) گفته می شود. همچنین اگر هواپیما در حداکثر وزن ترافیک خود قرار داشته باشد، در نهایت به مجموع اوزان، «حداکثر وزن سوخت صفر» (Maximum Zero Fuel Weight) گفته می شود.

Dry Operating Weight + Traffic Load = Zero Fuel Weight

Basic Empty Weight + Variable Load + Traffic Load = Zero Fuel Weight

وزن برخاستن

با اضافه کردن سوخت مورد نیاز به وزن سوخت صفر، «وزن برخاستن»  (Take Off Weight) به دست می آید. شایان ذکر است که تعریف ارائه شده برای وزن برخاستن به دلیل ساده سازی، بدون در نظر گرفتن سوختی است که هواپیما در زمان حرکت بر روی زمین (Taxi) تا رسیدن به باند نیاز دارد که به آن Taxi Fuel گفته می شود. بر همین اساس به وزن هواپیما درست پیش از روشن کردن موتورها و حرکت کردن Ramp Weight گفته می شود که می تواند بیشتر از وزن برخاستن باشد که دلیل آن مصرف Taxi Fuel است. همچنین اگر هواپیما در بیشترین وزن سوخت صفر خود باشد و از حداکثر ظرفیت سوخت گیری خود نیز استفاده کند، در «حداکثر وزن برخاستن» (Maximum Take Off Weight) قرار خواهد گرفت که در ادامه به بررسی آن می پردازیم.

Zero Fuel Weight + Ramp Fuel = Take Off Weight

Zero Fuel Weight + Ramp Fuel – Taxi Fuel = Take Off Weight

همانطور که گفته شد اگر تمامی وزن هایی که در نهایت منجر به تعریف وزن برخاستن می شوند در حداکثر میزان خود قرار داشته باشند، وزن برخاستن نیز در حداکثر میزان خود قرار خواهد گرفت. این موضوع از دیدگاه هایی قابل بحث و بررسی است که در واقع بر اساس چه معیارهایی یک هواپیما در حداکثر وزن برخاستن خود تعریف می شود.

 اولین دیدگاه، حداکثر وزن سازه ای (Maximum Structural Wight) هواپیماست که می تواند آن را تحمل کند و وابسته به فاز پروازی که در آن قرار دارد، متفاوت است. با توجه به این موضوع که فاز پروازی مورد بررسی ما، برخاستن است، در ادامه به بسط دادن این موضوع در زمان برخاستن می پردازیم که MTOW (Maximum Structural Take Off Weight) نام دارد. به عبارتی به سنگین ترین وزنی که یک هواپیما می تواند با آن بلند شود MTOW گفته می شود و اگر وزن ما بیشتر از آن باشد، هواپیما دچار آسیب های سازه ای (Structural Damage) خواهد شد. این موضوع زمانی اتفاق می افتد که Ramp Weight هواپیما که پیشتر به آن اشاره شد، در زمان شروع Taxi از MTOW بیشتر باشد و در زمان Taxi با سوزاندن Taxi Fuel منجر به مساوی شدن وزن با MTOW و یا کمتر شدن آن نسبت به MTOW نشود.

در این میان بر خلاف اینکه MTOW حداکثر وزن برخاستن هواپیما تعریف می شود، خود توسط عامل دیگری دچار محدودیت بوده که در ارائه دیدگاه بعدی قابل بحث و بررسی است. این عامل «عملکرد پروازی هواپیما» (Aircraft Flight Performance) نام دارد که از جمله موارد تاثیرگذار بر میزان آن می توان به عوامل محیطی (Environment Factor) مانند دما، فشار و رطوبت اشاره کرد؛ همچنین ارتفاع فرودگاه از سطح دریا، طول و شیب باند از جمله مهم ترین این عوامل هستند.

چنین موضوعی باعث تعریف حداکثر وزن برخاستن دیگری از نقطه نظر عملکرد پروازی هواپیما می شود که PLTOW (Performance Limited Take Off Weight) یا Maximum Regulated Take Off Weight نام دارد. به عبارتی شاید صرفا با در نظر گرفتن دیدگاه اول، هر هواپیمایی بتواند با قرار گرفتن در وضعیت MTOW در هر جایی بدون هیچ محدودیتی بلند شود و پرواز کند اما با اعمال عوامل محیطی که از نگاه دیدگاه دوم قابل بحث و بررسی هستند، دچار محدودیت هایی می شود که می تواند منجر به کاهش PLTOW نسبت به MTOW شود. بدین معنا که دیگر نتواند با وزنی معادل MTOW حتی برخلاف اینکه ظرفیت بارگیری آن را دارد، بلند شود.

عواملی چون بالا بودن دما (High Temperature) و ارتفاع فرودگاه از سطح دریا (High Elevation) که در اصطلاح به آن ها Hot & High گفته می شود، از جمله مهم ترین ها هستند که باعث کاهش قابل توجه PLTOW نسبت به MTOW می شود؛ حال چه برسد به آنکه دیگر عوامل نظیر بالا بودن رطوبت (High Humidity)  و کم بودن فشار هوا (Low Pressure) را نیز به آن ها اضافه کنیم.

بر همین اساس کافیست تا برای مثال پرواز یک هواپیما دچار تاخیر (Delay) شده تا منجر به تغییر وضیعت به شرایط برشمرده شود؛ برای مثال پروازی که قرار بوده در دمای صبح انجام شود، به ظهر کشیده شود! در این میان هواپیما دیگر قادر به بلند شدن با وزنی که با آن در صبح می توانست بلند شود، نخواهد بود و برای جبران آن یا باید از وزن خود کاهش دهد یا اینکه صبر کند تا با رسیدن عصر و نزدیک شدن شرایط دمایی به صبح، پرواز را انجام دهد.

این موضوعی است که با توجه به اقلیم کشور عزیزمان ایران، به خصوص در فصول گرم سال، قابل مشاهده است. از همین رو انتخاب هواپیمای مناسب برای مسیر در نظر گرفته شده توسط واحد مهندسی عملیات (Flight Operation Engineering) - در شرایطی که محدودیت ناوگان هواپیما به خاطر مسائلی چون تحریم وجود ندارد -، برنامه ریزی کردن زمان مناسب پرواز توسط واحد بازرگانی و دادن مجوز فروش بلیت با علم به محدودیت های عملکرد پروازی هواپیما و همچنین تلاش برای راس ساعت انجام شدن آن پرواز از جمله مواردی هستند که می توانند به قرار دادن هواپیما در ایده آل ترین وضعیت پروازی خود، کمک کنند. گفتن این نکته نیز خالی از لطف نیست که در صورتی که به هر دلیلی هواپیما از وضعیت ایده آل خود خارج شود – مانند مثال تاخیر که به آن اشاره شد – چاره ای جز کاهش وزن هواپیما با اقداماتی نظیر کاهش بار، پیاده کردن مسافرانی که در لحظه آخر بلیت تهیه کرده اند در راستای قرار دادن هواپیما در شرایط مجاز وزنی PLTOW نسیت.

* کارشناس هوانوردی