چگونه هواپیما طی بادهای شدید توسط خلبان هدایت می شود
علمی و تکنولوژی › علمی
- 98/09/23
پاییز نه تنها شرایط چالش‌برانگیزی را با خود برای خلبان‌ها به‌همراه می‌آورد؛ بلکه موقعیت‌های بسیار مطلوبی را نیز برایشان مهیا می‌کند. پاییز، فصلی است که مهارت‌های خلبانی خود را نشان می‌دهند؛ هر تیک‌آف و هر فرود نیازمند نهایت تمرکز و مهارت است. پس چرا بادهای شدید باعث ایجاد تربولانس می‌شوند؟ کراس‌ویند چیست و چه مشکلاتی برای خلبان ایجاد می‌کنند؟ و اینکه آیا هنگام تکان‌های شدید هواپیما باید نگران شد؟ برای پاسخ این پرسش‌ها تا پایان با ما همراه باشید.تربولانس
به‌طور حتم زمانی‌که به شرایط طوفانی در پرواز می‌اندیشید به یاد تربولانس می‌افتید. با اینکه همیشه این اتفاق نمی‌افتد؛ اما معمولا وقتی هوا طوفانی است پروازها ناملایم‌تر می‌شوند. برای توضیح این موضوع باید به اساس فیزیکی پرواز برگردیم و ببینیم که هواپیما نیروی بالابرش را چطور تأمین می‌کند. برخلاف باور عموم، موتور نیروی بالابر را تأمین نمی‌کند. این نیرو به کمک جریان هوا روی بال‌ها ایجاد می‌شود. موتورها منحصرا نیروی پیشرانه به جلو را تأمین می‌کنند تا جریان هوا به بال‌ها برسد. خلبان‌ها به‌منظور افزایش این نیرو ترجیح می‌دهند در باد تیک‌آف کنند و فرود آیند. جریان هوای بیشتر یعنی لازم نیست روی زمین سریع حرکت کنیم.
با افزایش جریان هوا، نیروی بالابر نیز افزایش می‌یابد. بااین‌حال، همیشه در آسمان جریان هوا ثابت نیست. تغییرات در سرعت و مسیر باد یعنی در یک لحظه نیروی بالابر زیاد و در لحظه دیگر نیروی بالابر کم است. حالا این جریان را در هر ثانیه صد برابر کنید و آنجا است که تربولانس رخ می‌دهد. هرچه تفاوت تغییرات در نیروی بالابر بیشتر باشد، تکان‌های ناگهانی نیز بزرگ‌تر خواهند بود. برای کمک به آرام‌تر کردن این تکان‌ها، بال‌ها مانند سیستم تعلیق خودرو عمل می‌کنند. زمانی‌که از شیب یک خیابان پایین می‌رویم، سیستم تعلیق بالا و پایین می‌شود تا تکان‌هایی را که به مسافران وارد می‌شود ملایم‌تر کند. در یک هواپیما، بال‌ها طوری طراحی شده‌اند که با خم شدن همان تأثیر تعلیق را داشته باشند.
از نظر خلبان‌ها، تربولانس‌های شدید تنها باعث دردسر هستند. ما می‌دانیم که هواپیماها طوری طراحی شده‌اند که هر نیروی بادی را تحمل کنند. تهدید بزرگ‌تر از جانب وسایل سست یا مسافران داخل هواپیما است. در کروز مسئله مهم مربوط‌به روشن کردن علائم کمربند و اطمینان از این است که همه مسافران در سر جای خود ایمن باشند. سپس سرعت را به‌صورت عادی کم می‌کنند تا هم هواپیما بتواند تکان‌ها را بهتر کنترل کند و هم خلبانان حواسشان به سرعت باد باشد. اگر مراقبت پرواز اعلام کند که جریان هوا ملایم‌تر است، می‌توانند ارتفاع پرواز را تغییر دهند. با وجود این، اغلب اگر در یک ارتفاع خاص تکان‌ها شروع شوند، در تمام ارتفاع‌ها نیز این تکان وجود دارد. در چنین موقعیت‌هایی تا شرایط بهتر شود باید از آن جان سالم به در ببرند.
کراس ویندها یا بادهای جانبی
تیک آف
همان‌طور که در بالا گفتیم، هواپیماها تمایل به تیک‌آف و فرود در باد دارند. با وجود این، چه اتفاقی می‌افتد اگر باد در هیچ یک از جهات باند نوزد و درعوض از بالا و کنار بیاید؟ این همان چیزی است که کراس‌ویند می‌نامند و در این شرایط برای تیک‌آف و فرود از تکنیک‌های مختلفی استفاده می‌کنند. در طول یک تیک‌آف کراس‌ویند، از آنجا که سرعت به‌صورت عمود بر باند رو به افزایش است، هواپیما تاثیراتش را کاملا احساس می‌کند. نخست تأثیر خروس بادنما (Weathercocking).
آیا تابه حال خروس بادنما بالای ساختمان‌ها را دیده‌اید که جهت باد را نشان می‌دهند؟ دم هواپیما چنین تأثیری را دارد. زمانی‌که سرعت هواپیما در جهت باند افزایش می‌یابد، باد خلاف جهت به دم برخورد می‌کند (۱. در تصویر زیر). این نیرو دماغه هواپیما را به‌سمت باد می‌چرخاند. برای رویارویی با این اتفاق، از پدال زیر پاها استفاده می‌کنند تا سکان روی دم را به‌کار بیندازند. این سکان که کارکردش درست شبیه سکان قایق است، جریان باد را وادار می‌کند تا دم را به عقب، در مسیر باد هول دهد (۳). با تنظیم مقدار نیروی سکان می‌توانیم کنترل حرکت هواپیما به‌سمت باند را به دست بگیریم. (۴)
اگرچه این تکنیک برای مستقیم نگه داشتن دماغه هواپیما بسیار کاربردی است اما نمی‌تواند دیگر نیروهای وارده را هدایت کند. همان‌طور که در بالا دیدیم این جریان باد است که باعث بلند شدن بال می‌شود. بالا رفتن یک بال نسبت به دیگری باعث می‌شود آن بال بالاتر از دیگری باشد (۲). برای مواجهه با این شرایط، فرمان را می‌چرخانند تا شهپر را روی بال‌ها فعال کنند با این هدف که بال بالاتر را از بالا رفتن سریع نگه دارد (۳). با نگه داشتن فرمان حین تیک‌آف، بال‌ها را هم‌سطح نگه می‌دارند.
خلبان‌ها با ترکیب این دو تکنیک به‌صورت هم‌زمان، می‌توانند هواپیما را مستقیم و بال‌ها را در راستای باند به حرکت درآورند. زمانی‌که هواپیما روی باند می‌چرخد و بلند می‌شود، فشار روی سکان ملایم‌تر است و هواپیما می‌تواند داخل باد wheathercocking را انجام دهد.
فرود
اگر تیک‌آف به نظرتان جالب بود، باید بگوییم که در فرود است که کار واقعا سخت می‌شود. اساسا، به همان اندازه که نیرو به هواپیما وارد می‌شود به همان اندازه نیز تکنیک باید به کار گرفته شود، درست در جهت عکس. اگر تابه‌حال یک هواپیمای در حال فرود در موقعیت کراس‌ویند را دیده باشید، متوجه شده‌اید که رو به باند نیست بلکه به یک طرف مایل است. به این حالت «خرچنگی» می‌گویند. خلبان‌ها به این دلیل که هواپیما را در مسیری مستقیم روی زمین هدایت کنند، عمدا زاویه دماغه را به‌سمت باد کج می‌کنند. این حرکت در هوا مشکلی ندارد اما زمانی‌که هواپیما با زمین تماس پیدا می‌کند چه اتفاقی می‌افتد؟ بسته به نوع هواپیما چند انتخاب برای فرود وجود دارد. در راهنمای آموزش راهبری هواپیما (که توسط شرکت تولیدکننده نوشته شده است) تکنیک‌های تأیید شده را با جزئیات نوشته‌اند.
در هواپیمای بویینگ ۷۸۷ (و ۷۷۷) متداول‌ترین تکنیک، تکنیک de-crab طی پاشنه‌نشینی است. در این موقعیت، هدف از این تکنیک نگه داشتن بال‌ها در یک سطح هنگام نزدیک شدن به زمین، در عین نگه داشتن حالت خرچنگی در باد است. در عین حال که هواپیما به زمین نزدیک می‌شود، خلبان‌ها خیلی عادی پاشنه‌نشینی می‌کنند. این کار، دماغه را بلند می‌کند و سرعت فرود را کاهش می‌دهد. خلبان، پیش از اینکه چرخ‌های اصلی، زمین را لمس کنند، به سکان عمودی فشار وارد می‌کنند تا دماغه را صاف و آن را با خط وسط باند هم‌ردیف کند.
اگر کمی به‌نظر گیج‌کننده می‌آید، نیروی دوم در تیک‌آف را به یاد آورید: بلند شدن ناهموار. در عین اینکه دماغه صاف می‌شود، بال بالاتر نسبت به بال دیگر در باد سریع‌تر حرکت می‌کند و نیروی بالابر بیشتری تولید می‌کند. برای مقابله با این موضوع، خلبان باید با چرخاندن چرخ کنترل، شهپر را به کار بگیرد. این یعنی خلبان هم‌زمان که فرمان کنترل را به عقب می‌کشد آن را به‌سمت باد می‌چرخاند و با پاهایش پدال‌های سکان را فشار می‌دهد. همه این‌ها باسرعت ۲۵۷ کیلومتر بر ساعت اتفاق می‌افتند.
گرادیان باد (Windshear)
گرادیان باد یکی از عوامل بادهای بسیار شدید است. گرادیان باد به‌معنای تغییر ناگهانی سرعت و/یا جهت باد است. حالا ممکن است فکر کنید این دقیقا شبیه همان چیزی است که در بخش تربولانس گفتیم. اما گرادیان باد به مراحلی از پرواز که بسیار نزدیک زمین است اطلاق می‌شود. حالا دیگر می‌دانیم که نیروی بالابر ازطریق عبور جریان هوا بر بال‌ها تأمین می‌شود. اگر آن جریان هوا بسیار سریع تغییر کند، نیروی بالابر می‌تواند ناگهان افزایش یا، بدتر از آن، کاهش یابد. اگر این اتفاق نزدیک زمین بیفتد نتیجه می‌تواند بسیار ناخوشایند باشد.
بنابراین خلبان‌ها در شرایط گرادیان باد چه کار می‌کنند؟ آن‌ها روند تفکرشان را به سه مرحله تقسیم می‌کنند: پرهیز، اقدامات احتیاطی و ریکاوری.
پرهیز:
ابتدا دانش نظری ما از سیستم‌های هوایی، ما را از پتانسیل شرایط گرادیان باد آگاه می‌سازد. طوفان تندری، جبه‌های هوا، جریان جتی و امواج کوهستان، همگی پتانسیل ایجاد گرادیان باد را دارند.اگر شرایط گرادیان باد اعلام شود یا طوفان تندری در فرودگاه برپا باشد، خلبانان تصیم می‌گیرند تیک‌اف را به تعویق بیندازند یا تا زمانی‌که باد آرام بگیرد وارد الگوی انتظار شوند. شرایطی این‌چنینی هستند که باعث می‌شوند خلبان‌ها درباره میزان سوختی که باید حمل کنند تصمیم بگیرند.
اقدامات احتیاطی:
هنگام تیک‌آف، مواجهه با گرادیان باد درست پس از بلند شدن می‌تواند باعث ایجاد مشکلات جدی شود. در بیشتر تیک‌آف‌ها برای سلامت موتور، هواپیماها به‌ندرت از تمام نیرویی استفاده می‌کنند که موتور می‌تواند تولید کند. اما در شرایط گرادیان باد، خلبان‌ها می‌خواهند هرچه زودتر از زمین بلند شوند. برای این کار، بیشتر هواپیماها از نهایت قدرت موجود همراه‌با بالاترین تنظیمات برآافزا استفاده می‌کنند. این کار برای بالا بردن امنیت انجام می‌شود. زمانی‌که به فرودگاه مقصد نزدیک می‌شوند، برج مراقبت با دادن اطلاعات به‌روز‌شده‌ی هوا، آن‌ها را از آخرین وضعیت هوایی مطلع می‌کند. همچنین رادارهای هوایی مناطق طوفانی را نشان می‌دهند. اگر شرایط برای فرود امن باشد، خلبانان نهایت استفاده را از وسایل خودکار می‌کنند تا بتوانند پارامترهای مهم پرواز را مانند سرعت هوا و ارتفاع به‌خوبی تحت کنترل بگیرند.
ریکاوری:
ورود به شرایط گرادیان باد با «هشدار گرادیان باد» تأیید می‌شود: یک زنگ هشدار همراه‌با «گرادیان باد، گرادیان باد، گرادیان باد» یا انحرافات غیرقابل‌قبول مسیر پرواز. این انحرافات با تغییرات شرایط پرواز، عبارت‌اند از سرعت هوا بزرگ‌تر از ۱۵ گره، ارتفاع بیشتر از ۵ درجه پیچ (Pitch)، فرود یا بالارفتن بیش از ۹ کیلومتر بر ساعت و انحرافات قابل‌توجه از شیب‌های عمودی مسیر. واکنش خلبان‌ها به شرایط گرادیان باد استفاده از مانور فرار از گرادیان باد است. اساسا این به‌معنای به‌کارگیری تمام قدرت موتور و جدا شدن از مسیر و برگشتن به ارتفاع امن است.
نتیجه گیری
بادهای شدید مسئول بیشتر تربولانس‌هایی هستند که طی پرواز رخ می‌دهند اما هواپیماهای تجاری آن‌قدر قوی ساخته می‌شوند که دربرابر بدترین گرادیان بادها نیز مقاوم باشند. با اینکه پرواز در شرایط طوفانی دردسرهای خودش را دارد، اما بهترین استعدادهای خلبانان را شکوفا می‌کند. تمام خلبان‌ها برای بدترین شرایط هوایی به‌خوبی تعلیم دیده‌اند. بااین‌حال خلبان‌ها نمی‌توانند هر قدر که خواستند در باد تیک‌آف کنند یا فرود آیند چراکه این کار همیشه ممکن نیست. زمانی‌که باد به‌صورت عمودی به باند می‌وزد تکنیک‌های خاصی برای سالم نگه داشتن هواپیما روی باند وجود دارد. این روزها پرچالش‌ترین و در عین حال خوشایندترین روزها برای خلبانان است. این شرایط از قبل پیش‌بینی می‌شوند بنابراین خلبان‌ها برای الگوی تکرار، چرخش و رفتن به فرودگاه دیگر سوخت اضافی برمی‌دارند. حتی طی شرایط گرادیان باد هم خلبان‌ها همیشه راه‌حلی در آستین‌شان دارند.
