آزمایش بال‌های بلند و باریک؛ گام تازه ناسا و بوئینگ برای هواپیماهای آینده + ویدیو

ناسا و شرکت بوئینگ با هدف بهینه‌سازی مصرف سوخت، افزایش آسایش مسافران و ارتقای عملکرد آیرودینامیکی، آزمایش‌های مشترکی را برای توسعه بال‌های بلندتر و باریک‌تر هواپیماهای تجاری آینده انجام داده‌اند.

به گزارش سرویس وسائل نقلیه تک‌ناک، این نوع بال‌ها باعث می‌شوند هوا راحت‌تر از اطراف بال عبور کند، مصرف سوخت کاهش یابد و پرواز برای مسافران نرم‌تر و آرام‌تر شود. با وجود این، چنین طراحی‌ بدون مشکل نیست و ساخت این بال‌ها نیاز به فناوری‌های پیشرفته دارد تا بتوان لرزش‌ها و فشارهای واردشده به بال را به‌ درستی کنترل کرد و ایمنی هواپیما حفظ شود.

کارشناسان می‌گویند که بال‌های بلند و باریک کمک می‌کنند که هواپیماهای آینده راحت‌تر در هوا حرکت کنند و انرژی کمتری مصرف شود، اما همین موضوع باعث می‌شود که این بال‌ها در حین پرواز نرم‌تر و منعطف‌تر شوند. اگر این انعطاف‌پذیری به‌درستی کنترل نشود، ممکن است بال‌ها دچار لرزش یا حرکات خطرناک شوند و امنیت پرواز را به خطر بیندازند.

ناسا و بوئینگ در قالب همکاری «تکامل فناوری بال تطبیقی یکپارچه»، به‌ تازگی آزمایش‌های گسترده‌ای را در تونل باد انجام داده‌اند. تمرکز این آزمایش‌ها، بررسی یک مدل بال با نسبت منظری بالا بوده است؛ مدلی که با هدف دستیابی به مزایای بهره‌وری سوخت، بدون گرفتار شدن در مشکلات آیروالاستیک طراحی شده است.

جنیفر پینکرتون، مهندس هوافضای ناسا در Langley Research Center اعلام کرد که بال‌های بسیار انعطاف‌پذیر، در معرض تحریک‌های شدیدتری نسبت به بال‌های کوتاه‌تر قرار دارند. به گفته او، بارهای ناشی از تندبادها و مانورهای پروازی می‌توانند حرکات بزرگ‌تری در بال ایجاد کنند و همین موضوع، کنترل سازه را پیچیده‌تر می‌سازد. او تأکید کرد که هدف پژوهشگران، بهره‌گیری از مزیت بازده سوخت بال‌های بلندتر و هم‌زمان، کنترل پاسخ آیروالاستیک آنها است.

بخوانید: نگاهی اجمالی به آینده هواپیماهای مسافربری ایرباس

یکی از خطرهای اصلی بال‌های بلند و باریک، پدیده‌ای به نام «فلاتر بال» است. در این حالت، جریان هوا با بدنه بال درگیر می‌شود و باعث می‌شود که بال شروع به لرزش کند. اگر این لرزش‌ها شدت بگیرند، می‌توانند خیلی سریع بزرگ‌تر شوند و در بدترین حالت باعث آسیب جدی یا حتی شکست بال شوند.

جنیفر پینکرتون این پدیده را بسیار شدید و خطرناک توصیف کرد و گفت که بخشی از آزمایش‌های ناسا و بوئینگ دقیقاً برای شناسایی همین مشکل انجام می‌شود. هدف آزمایش‌ها این است که رفتار بال در شرایط مختلف به‌خوبی شناخته شود تا در پروازهای واقعی، از بروز چنین لرزش‌های خطرناکی جلوگیری شود و ایمنی هواپیماهای آینده افزایش یابد.

به همین دلیل، پژوهشگران تلاش کرده‌اند اثر تندبادها را کمتر کنند، فشارهایی که هنگام گردش یا تغییر مسیر به بال وارد می‌شود را کنترل نمایند و لرزش‌های فلاتر را کاهش دهند. کنترل این عوامل نه‌تنها باعث امن‌تر شدن پرواز می‌شود، بلکه مصرف سوخت را پایین‌تر می‌آورد و پرواز آرام‌تر و راحت‌تری را برای مسافران فراهم می‌کند.

انجام چنین آزمایش‌هایی با یک هواپیمای تجاری در اندازه واقعی، در محیط کنترل‌شده ممکن نیست، چرا که هیچ تونل بادی توانایی جای دادن یک هواپیمای کامل را ندارد. به همین دلیل، آزمایش‌ها در تونل دینامیک ترانسونیک مرکز لنگلی ناسا انجام شد؛ تأسیساتی که بیش از ۶۰ سال سابقه مشارکت در طراحی هواپیماهای تجاری، نظامی، پرتابگرها و فضاپیماها دارد.

این تونل باد، دارای بخشی آزمایشی با ارتفاع و عرض ۴.۸ متر است، که امکان آزمایش مدل‌های بزرگ‌مقیاس را فراهم می‌کند. ناسا و بوئینگ برای ساخت مدل آزمایشی، با شرکت NextGen Aeronautics همکاری کردند. این شرکت، مدلی پیچیده را طراحی و تولید کرد که شبیه یک هواپیما بود که از وسط به دو نیم تقسیم شده است و یک بال ۴ متر داشت.

پیشنهادی: آینده ایمنی پرواز با ایربگ هوشمند هواپیما

پژوهشگران، این مدل را به دیواره تونل باد متصل و آن را به ۱۰ سطح کنترلی متحرک در لبه پشتی بال مجهز کردند. آنها با تنظیم این سطوح، جریان هوا را هدایت کردند و نیروهایی را که باعث لرزش بال می‌شد، کاهش دادند. ابزارها و حسگرهای تعبیه‌شده در داخل مدل نیز نیروهای واردشده و واکنش‌های سازه‌ای را به‌ طور دقیق اندازه‌گیری کردند.

این مدل، نسبت به نمونه کوچک‌تری که در همکاری پیشین ناسا و بوئینگ با عنوان پروژه SUGAR توسعه یافته بود، پیشرفت قابل توجهی به حساب می‌آید. پاتریک اس. هینی، پژوهشگر ارشد ناسا در این پروژه اعلام کرد که مدل قبلی تنها دو سطح کنترلی فعال داشت، اما مدل جدید از ۱۰ سطح کنترلی بهره می‌برد و اهداف کنترلی گسترده‌تری را دنبال می‌کند.

بخوانید: پیشرفت شتابان جنگنده نسل ششم F-47 بوئینگ

نخستین مرحله آزمایش‌ها در سال ۲۰۲۴ انجام شد و داده‌های پایه‌ای را برای مقایسه با شبیه‌سازی‌های محاسباتی ناسا فراهم کرد. مرحله دوم آزمایش‌ها در سال ۲۰۲۵، با استفاده از پیکربندی‌های جدید سطوح کنترلی انجام شد و نتایج آن، کاهش چشمگیر لرزش بال در شرایط تندباد را نشان داد.

پس از پایان آزمایش‌ها، کارشناسان ناسا و بوئینگ اکنون در حال تحلیل داده‌ها هستند و قصد دارند نتایج را با جامعه هوانوردی به اشتراک بگذارند. این یافته‌ها می‌توانند به شرکت‌های هواپیمایی و سازندگان تجهیزات اصلی کمک کنند تا درباره به‌کارگیری این فناوری‌ها در نسل آینده هواپیماهای تجاری تصمیم‌گیری کنند.

به گفته هینی، تحلیل‌های اولیه نشان می‌دهد که سامانه‌های کنترلی توسعه‌یافته توسط ناسا و بوئینگ، بهبودهای عملکردی قابل توجهی را به نمایش گذاشته‌اند. او بیان کرد که تیم پژوهشی در ماه‌های آینده، تحلیل داده‌ها را ادامه خواهد داد و نتایج نهایی را منتشر می‌کند.

این پژوهش‌ها، در چارچوب پروژه «فناوری پیشرفته حمل‌ونقل هوایی» ناسا و زیر نظر اداره مأموریت پژوهش‌های هوانوردی این سازمان انجام می‌شود؛ پروژه‌ای که هدف آن، توسعه فناوری‌ها و قابلیت‌های نوین برای سامانه‌های هواگردی آینده است