چتر ترمز چگونه جنگنده‌های چند ده تنی را در چند ثانیه متوقف می‌کند؟

چترهای ترمز با مهار فیزیک پسا و بهره‌گیری از فناوری مواد فوق‌مقاوم، انرژی‌جنبشی عظیم جنگنده‌های چند ده‌تنی را خنثی کرده و فرود ایمن آن‌ها را تضمین می‌کنند.

به گزارش فارس، در دنیای پرشتاب هوانوردی نظامی، جایی که سرعت و مانورپذیری حرف اول را می‌زند، فرود آوردن و متوقف ساختن یک جنگنده غول‌پیکر چالشی مهندسی به همان اندازه پیچیده است.

تصور کنید یک پرنده آهنین با وزنی بین ۱۵ تا ۳۰ تن، با سرعتی بالغ بر ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت چرخ‌هایش را روی باند فرودگاه مماس می‌کند. انرژی جنبشی عظیمی که در این لحظه در کالبد جنگنده ذخیره شده است، باید در کسری از زمان و در مسافتی بسیار کوتاه مستهلک شود تا از بروز هرگونه فاجعه جلوگیری گردد.

با وجود پیشرفت‌های شگرف در توسعه ترمزهای هیدرولیکی پیشرفته، دیسک‌های کربنی مقاوم در برابر حرارت و اسپویلرهای آیرودینامیکی که روی بال‌ها تعبیه می‌شوند، اتکای صرف به سیستم ترمز چرخ‌ها همیشه پاسخگو نیست. در شرایط بحرانی عملیاتی، از جمله فرود در پایگاه‌های تاکتیکی با باندهای کوتاه، یا نشستن روی باندهای خیس، برفی و یخ‌زده، سیستم‌های ترمز سنتی به مرزهای فیزیکی خود می‌رسند. اینجاست که یک فناوری مکانیکی-آیرودینامیکی اصیل و در عین حال به شدت تکامل‌یافته وارد میدان می‌شود: سیستم چتر ترمز.

شرح چگونگی عملکرد چتر‌ترمز از منظر علمی

عملکرد سامانه چتر ترمز، که در اصطلاح فنی هوانوردی به آن Drogue Parachute می‌گویند، بر پایه یک اصل بنیادین در فیزیک سیالات یعنی افزایش ناگهانی و کنترل‌شده نیروی پسای آیرودینامیکی استوار است. خلبان به محض لمس باند، مدار الکترونیکی یا هیدرولیکی رهاسازی را فعال می‌کند. با باز شدن چتر در جریان هوای به شدت متراکم پشت خروجی موتورهای جنگنده، مساحت درگیر با هوا به صورت تصاعدی افزایش می‌یابد.

از منظر علمی، نیروی پسا تابعی مستقیم از چگالی هوا، ضریب پسای چتر، مساحت سطح مقطع آن و از همه مهم‌تر، توان دوم سرعت جنگنده در لحظه باز شدن است. وابستگی این نیرو به توان دوم سرعت به این معناست که دقیقاً در همان ثانیه‌های اولیه فرود که سرعت جنگنده در اوج قرار دارد و ترمزهای چرخ کمترین کارایی را به دلیل خطر لغزش دارند، چتر ترمز بیشترین نیروی بازدارنده را تولید کرده و هواپیما را با قدرتی معادل ده‌ها تن به عقب می‌کشد.

شرح چگونگی عملکرد چتر ترمز به زبان ساده

به زبان ساده، چتر ترمز مثل یک سد قدرتمند در برابر جریان هوا عمل می‌کند. قدرت کشش این چتر به چند عامل فیزیکی بستگی دارد، اما مهم‌ترینِ آن‌ها سرعت جنگنده است.

چون این نیروی بازدارنده با سرعت هواپیما رابطه نمایی (توان دوم) دارد، دقیقاً در لحظه تماس با باند که جنگنده بالاترین سرعت را دارد، چتر بیشترین زور خود را می‌زند! در این ثانیه‌های طلاییِ اولیه، استفاده از ترمز چرخ‌ها بسیار خطرناک است و باعث لیز خوردن هواپیما می‌شود. بنابراین، چتر ترمز مثل یک دست غول‌پیکر نامرئی وارد عمل شده و با قدرتی معادل ده‌ها تن، جنگنده را به عقب می‌کشد تا سرعتش برای ترمزگیریِ ایمن با چرخ‌ها کم شود.

علوم مواد، عبور از مرزهای مقاومت

برخلاف چترهای نجات معمولی که برای فرود نرم انسان طراحی شده‌اند، چتر ترمز یک جنگنده یک ترکیب فناورانه پیچیده علم مواد و مهندسی سازه است. این سیستم باید بتواند شوک دینامیکی فوق‌العاده وحشتناکی را در لحظه استقرار در هوای ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت تحمل کند.

برای دستیابی به این سطح از مقاومت، مهندسان از ترکیبی از پیشرفته‌ترین آلیاژها و پلیمرها استفاده می‌کنند. محفظه نگهدارنده چتر که معمولاً در ریشه دم عمودی جنگنده نصب می‌شود، از آلیاژهای تیتانیوم و آلومینیوم درجه هوافضا ساخته می‌شود تا در برابر حرارت خروجی اگزوز موتورها کاملاً ایمن بماند.

فرآیند باز شدن با یک چتر راهنمای کوچک آغاز می‌شود که توسط یک فنر به بیرون پرتاب شده و با گیر افتادن در جریان هوا، چتر اصلی را از غلاف بیرون می‌کشد.

خود چتر اصلی از الیاف فوق‌پیشرفته‌ای نظیر کولار و نایلون‌های فشرده صنعتی بافته می‌شود. نکته کلیدی در طراحی این چترها، استفاده از ساختار روزنه‌دار یا نواری است. اگر چتر ترمز یکپارچه باشد، جریان هوای محبوس شده باعث ایجاد نوسانات شدید و در نهایت پارگی پارچه می‌شود. اما با تعبیه شکاف‌های مهندسی‌شده، بخشی از هوا با سرعت مشخصی از میان چتر عبور کرده و ضمن حفظ نیروی پسا، پایداری ساختار را کاملاً تضمین می‌کند.

در نهایت، بندهای مهار از جنس الیاف آرامید، نیروی چند تنی این ترمز هوایی را به شاسی اصلی بدنه هواپیما منتقل می‌کنند.

برتری‌های تاکتیکی در میدان نبرد

از منظر عملیات نظامی، ادغام این سیستم در جنگنده‌ها دستاوردهای غیرقابل انکاری دارد. نخستین و بارزترین مزیت، کاهش ۴۰ تا ۶۰ درصدی مسافت مورد نیاز برای توقف است. این ویژگی به نیروی هوایی اجازه می‌دهد تا اسکادران‌های خود را در پایگاه‌های موقت جنگی، جاده‌های تغییر کاربری یافته، یا باندهایی که در اثر بمباران بخش زیادی از طول آن‌ها از بین رفته است، مستقر کند.

علاوه بر این، چتر ترمز یک محافظ بی‌نظیر برای قطعات مصرفی جنگنده است. در فرودهای سنگین، دیسک‌های ترمز می‌توانند به دماهای بالای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد برسند که خطر ذوب شدن قطعات و انفجار لاستیک‌ها را به شدت بالا می‌برد. با انتقال بار اصلی کاهش سرعت به چتر، عمر مفید این قطعات گران‌قیمت به مراتب افزایش می‌یابد.

مزیت سوم که در اقلیم‌های سردسیر حیاتی است، پایداری سمتی است. در باندهای یخ‌زده یا به شدت خیس، ترمز شدید با چرخ باعث سر خوردن هواپیما و خروج از باند می‌شود. چتر ترمز با اعمال نیروی کشش دقیقاً در امتداد محور طولی هواپیما، به عنوان یک لنگر هوایی عمل کرده و جنگنده را در یک خط کاملاً مستقیم نگه می‌دارد.

عصر پنهان‌کاری، تکامل چترها در نسل پنجم

شاید تصور شود در عصر جنگنده‌های پنهان‌کار که سطح بیرونی آن‌ها برای فرار از امواج رادار کاملاً یکپارچه طراحی می‌شود، چترهای ترمز جایگاهی ندارند؛ اما فناوری همچنان راه خود را پیدا کرده است.

به عنوان مثال، در برنامه‌های توسعه جنگنده‌های نسل پنجم مانند F-35، مهندسان برای رفع نیاز کشورهای سردسیر، راهکارهای نوین ارائه داده‌اند. نسخه سفارشی ارتش نروژ از جنگنده F-35 به یک غلاف ویژه از جنس فیبر کربن مجهز شده است که بین دو دم عمودی قرار می‌گیرد.

این غلاف به گونه‌ای طراحی شده که سطح مقطع راداری (RCS) هواپیما را افزایش ندهد و در عین حال به آن اجازه دهد در زمستان‌های سخت قطب شمال به راحتی فرود بیاید. سامانه‌های رهاسازی در این نسل کاملاً هوشمند شده‌اند و سنسورها می‌توانند بلافاصله پس از رسیدن سرعت به آستانه ایمنی، چتر را به صورت خودکار از هواپیما جدا کنند.

سهمیه بنزین به خانوار می‌رسد؛ حتی بدون خودرو ماهانه ۳۰ لیتر

تماشاخانه

خجو؛ زنی میان دو دریا، دور از خانه / روایت یک زن صیاد از جنگ جنوب : «این دریا با آن دریا فرق دارد»

بحران لکه‌های نفتی در قشم / چطور به ساحل ایران آمده‌اند؟ بوی بد و محیط زیست در خطر

فیلم های دیگر