فهرست مطالب
مهندسان MIT با توسعه ابزاری مبتنی بر فیزیک، مسیر برخورد صاعقه به هواپیما را پیش‌بینی می‌کنند تا حفاظت هدفمند و ایمن بدون افزایش وزن غیرضروری فراهم شود.
به گزارش تکناک، پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست (MIT) ابزاری نوین مبتنی بر اصول فیزیک توسعه داده‌اند که قادر است پیش‌بینی کند صاعقه چگونه با طراحی‌های مختلف هواپیما تعامل دارد و به مهندسان امکان می‌دهد هواپیماهای آینده را با ایمنی بیشتر طراحی کنند.
این فناوری با تولید نقشه‌های منطقه‌بندی، مشخص می‌کند هر بخش از هواپیما (بر اساس احتمال برخورد صاعقه به آن بخش) به چه سطحی از حفاظت در برابر صاعقه نیاز دارد. پروژه که بخشی از بودجه آن توسط شرکت بوئینگ، یکی از بزرگ‌ترین غول‌های صنعت هوافضا، تامین شده، قرار است از همان مراحل اولیه طراحی، سیستم‌های محافظتی صاعقه را به شکل بهینه در هواپیماهای آینده ادغام کند.
کارمن گرا-گارسیای، استاد گروه هوافضا در MIT، می‌گوید: «امروزه هواپیماهایی طراحی می‌شوند که شکل و ساختارشان از آنچه ما به آن عادت کرده‌ایم بسیار متفاوت است و نمی‌توانیم داده‌های قبلی را به‌طور مستقیم برای این طراحی‌های نوین به‌کار ببریم، زیرا بسیار متفاوت‌اند.»
پیشنهادی: تویوتا برای شرکت ispace ماه‌نورد طراحی می کند
سیستم حفاظت هوشمند
روزانه بیش از ۷۰ هواپیما توسط صاعقه مورد اصابت قرار می‌گیرند، اما مسافران به ندرت متوجه این اتفاق می‌شوند، چرا که هواپیماهای مدرن طوری طراحی شده‌اند که ضربه‌های الکتریکی را مهار کرده و میلیون‌ها ولت برق را با ایمنی کامل از مسافران و تجهیزات دور کنند. با این حال، با حرکت صنعت هوافضا به سوی طراحی‌های نوآورانه (از جمله کامپوزیت‌های سبک، بال‌های تقویت‌شده با خرپا و هواپیماهای با بدنه ترکیبی) برای کاهش هزینه‌های سوخت و وزن، روش‌های محافظتی سنتی دیگر پاسخگو نخواهند بود.
گرا-گارسیای توضیح می‌دهد: «روش‌های مبتنی بر فیزیک، جهانی هستند و به نوع هندسه یا ساختار هواپیما وابسته نیستند. این همان مسیر پیش‌روست که بتوانیم منطقه‌بندی تاثیر صاعقه را انجام داده و هواپیماهای آینده را با ایمنی کامل محافظت کنیم.»
بخوانید: اثرات مخرب فضاپیماها؛ لایه اوزون دوباره در خطر
هر شبیه‌سازی هزاران مسیر احتمالی برخورد صاعقه به هواپیما را رصد می‌کند و بر اساس سرعت هوا، ارتفاع و هندسه هواپیما، مسیر احتمالی عبور جریان‌ها از سطح هواپیما را پیش‌بینی می‌کند. این پروژه نقشه‌ای رنگی از مناطق مختلف ارائه می‌دهد که مشخص می‌کند کدام بخش‌ها در معرض شدیدترین جریان قرار دارند و به حفاظت بیشتری نیاز خواهند داشت.
مطلب پیشنهادی: احتمال مرگ بر اثر برخورد سیارک بیشتر است یا صاعقه؟
در طراحی‌های سنتی، مهندسان هواپیما را به سه منطقه اصلی صاعقه تقسیم می‌کنند که هرکدام سطح مشخصی از جریان را باید تحمل کند؛ این تقسیم‌بندی بر اساس دهه‌ها داده‌های واقعی از هواپیماهای بال و بدنه لوله‌ای استاندارد شکل گرفته است. اما رویکرد جدید، منطقه‌بندی را به‌طور مستقیم از اصول فیزیک استخراج می‌کند و نیازی به داده‌های پرواز تاریخی ندارد، که آن را برای طراحی‌های نوآورانه و بدنه‌های غیرمتعارف، پیش از اولین پرواز، قابل استفاده می‌کند.
پیش‌بینی مسیر برخورد صاعقه به هواپیما
ناتانائل جنکینز، دانشجوی دکترا در رشته هوافضا و نویسنده اصلی این مطالعه، تشریح کرد: «محافظت از هواپیما در برابر صاعقه بار اضافی قابل توجهی ایجاد می‌کند. تعبیه مش یا ورقه مسی در سراسر بدنه هواپیما باعث افزایش وزن می‌شود.» او توضیح داد که اعمال بالاترین سطح حفاظت در همه بخش‌های هواپیما منجر به سنگینی بیش از حد آن خواهد شد. «بنابراین، منطقه‌بندی به معنای یافتن تعادل بین بهینه‌سازی وزن و حفظ حداکثر ایمنی است.»
برای سنجش دقت رویکرد خود، مهندسان نقشه‌های منطقه‌بندی مبتنی بر اصول فیزیک را با داده‌های موجود حفاظت از صاعقه در هواپیماهای سنتی مقایسه کردند و دریافتند که تطابق نزدیکی وجود دارد و مدل از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار است.
بخوانید: مراکز داده هوش مصنوعی گوگل به فضا می روند
گام بعدی تیم تحقیق، به‌کارگیری این ابزار برای طراحی‌های پیشرفته و آینده‌نگر، از جمله بال‌های تقویت‌شده با خرپا و بدنه‌های ترکیبی است، جایی که الگوهای جریان هوا و هندسه کاملا متفاوت رفتار می‌کنند.
پژوهشگران همچنین بر این باورند که مدل توسعه‌یافته می‌تواند برای فناوری‌های دیگر در معرض خطر صاعقه، از جمله توربین‌های بادی، مفید باشد. توربین‌های دریایی که بلندتر و بیشتر در معرض قرار دارند، تاکنون تا ۶۰ درصد از پره‌های خود را بر اثر صاعقه از دست داده‌اند و سازگار کردن این مدل با چنین سیستم‌هایی می‌تواند به افزایش پایداری و طول عمر آنها کمک کند.
گرا-گارسیای در بیانیه‌ای مطبوعاتی اظهار داشت: «این سیستم‌ها با بسیاری از چالش‌های مشابه محیط‌های جریان گاز مواجه‌اند. موضوع پیچیده‌تر است و ما همین روش‌شناسی را برای این حوزه نیز اعمال خواهیم کرد.»
نتایج این مطالعه در نشریه معتبر IEEE Access به چاپ رسیده است.
