هواپیمای فراصوت

هواپیمایی با توانایی حرکت با سرعتی بیش از سرعت صوت

هواپیمای فراصوت، هواپیمایی است که قادر به پرواز فراصوت است و می‌تواند سریع‌تر از سرعت صوت پرواز کند (۱ ماخ و بیشتر). هواپیماهای قادر به پرواز با سرعت فراصوت، در نیمهٔ دوم قرن بیستم توسعه یافتند. هواپیماهای فراصوت، برای اهداف تحقیقاتی و نظامی مورد استفاده قرار گرفته‌اند، اما تا کنون تنها دو مدل هواپیمای فراصوت توپولف تو-۱۴۴ (نخستین پرواز در ۳۱ دسامبر ۱۹۶۸) و کنکورد (نخستین پرواز در ۲ مارس ۱۹۶۹) برای استفاده غیرنظامی به‌عنوان هواپیماهای مسافربری وارد خدمت شده‌اند. جت‌های جنگنده رایج‌ترین نمونه از هواپیماهای فراصوت هستند.

برهم‌کنش امواج ضربه‌ای از دو هواپیمای فراصوت که برای نخستین بار توسط ناسا با استفاده از روش شلیرن در سال ۲۰۱۹ عکسبرداری شد.

هواپیماهایی که با سرعت بالاتر از ۵ ماخ پرواز می‌کنند اغلب با عنوان هواپیمای ابرصوت شناخته می‌شوند.

تاریخچهویرایش

نخستین هواپیمایی که با سرعت فراصوت در پرواز به‌صورت مستقیم، پرواز کرد، هواپیمای آزمایشی آمریکایی بل ایکس-۱ بود که از یک موشک رانش ۶٬۰۰۰ پوندی با انرژی اکسیژن مایع و اتانول نیرو می‌گرفت. اکثر هواپیماهای فراصوت، هواپیماهای نظامی یا آزمایشی بوده‌اند.

تحقیقات هوانوردی در طول جنگ جهانی دوم منجر به ساخت نخستین هواپیمای راکتی و جت شد. متعاقباً چندین ادعا مبنی بر شکستن دیوار صوتی در طول جنگ مطرح شد. با این حال، نخستین پرواز ثبت‌شده با بیش از سرعت صوت، توسط یک هواپیمای سرنشین‌دار در پرواز مستقیم، در ۱۴ اکتبر ۱۹۴۷ انجام شد. این هواپیمای آزمایشی راکتی تحقیقاتی با نام بل ایکس-۱ توسط خلبان چاک ییگر به پرواز درآمد. نخستین هواپیمای تولید انبوهی که دیوار صوتی را شکست، اف-۸۶ کانادا سیبر بود. بود.[۱] به گفتهٔ دیوید مسترز، در ۲۱ اوت ۱۹۶۱، سرعت یک فروند داگلاس دی‌سی-۸ (با شماره سریال N9604Z) در طی یک پرواز آزمایشی در پایگاه نیروی هوایی ادواردز، با یک شیرجهٔ کنترل‌شده، از ۱ ماخ فراتر رفت.[۲] این پرواز نخستین پرواز فراصوت توسط یک هواپیمای غیرنظامی به‌جز کنکورد یا توپولف تو-۱۴۴ بود.[۲]

در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰، مطالعات طراحی بسیاری برای هواپیماهای مسافربری فراصوت انجام شد و در نهایت دو نوع هواپیمای توپولف تو-۱۴۴ ساخت شوروی (۱۹۶۸) و کنکورد انگلیسی-فرانسوی (۱۹۶۹) وارد خدمت شدند. با این حال، موانع سیاسی، زیست‌محیطی و اقتصادی و یک سقوط مرگبار کنکورد، مانع از استفادهٔ کامل از پتانسیل تجاری آن‌ها شد.

اصول طراحیویرایش

پرواز فراصوت، چالش‌های فنی قابل‌توجهی را به همراه دارد، زیرا آیرودینامیک پرواز فراصوت، به‌طور چشمگیری با پرواز با سرعت‌های فروصوت، (یعنی پرواز با سرعت کمتر از صوت) متفاوت است. به‌طور خاص، با عبور هواپیما از فراصوتی، نیروی پسار به‌شدت افزایش می‌یابد که به قدرت موتور بسیار بیشتر و بدنه‌های پایدارتری نیاز است.

بال‌هاویرایش

برای پایین نگه داشتن کشش، طول بال‌ها باید محدود باشد، که همچنین باعث کاهش راندمان آیرودینامیکی هنگام پرواز آهسته می‌شود. از آنجایی که یک هواپیمای فراصوت باید با سرعت نسبتاً آهسته بلند شود و فرود آید، طراحی آیرودینامیکی آن باید بین الزامات هر دو انتهای محدودهٔ سرعت باشد.

یک رویکرد برای حل این سازش، استفاده از یک بال با هندسهٔ متغیر است که معمولاً با عنوان «بال متحرک» شناخته می‌شود.

گرمایشویرایش

مشکل دیگر، گرمای ایجادشده در اثر اصطکاک جریان هوا بر روی هواپیما است. اکثر هواپیماهای فروصوت، از آلیاژهای آلومینیوم مانند دورآلومین استفاده می‌کنند که ارزان و عملکرد مناسبی دارند اما در دماهای بالا به سرعت استحکام خود را از دست می‌دهند. این موضوع، حداکثر سرعت هواپیمای فراصوت را به حدود ۲٫۲ ماخ محدود می‌کند.

بیشتر هواپیماهای فراصوت، از جمله بسیاری از هواپیماهای جنگنده، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بیشتر پرواز خود را در سرعت‌های فروصوت بگذرانند و فقط برای مدت‌های کوتاهی مانند رهگیری هواپیمای دشمن، از سرعت صوت فراتر روند. تعداد کمتری مانند هواپیمای شناسایی لاکهید اس‌آر-۷۱ بلک‌برد و هواپیمای مسافربری فراصوت کنکورد برای حرکت مداوم با سرعت‌های بالاتر از سرعت صوت، طراحی شده‌اند.

موتورهاویرایش

برخی از هواپیماهای فراصوت اولیه، برای تأمین نیروی رانش لازم به نیروی موشک متکی بودند. این‌گونه موشک‌ها سوخت زیادی مصرف می‌کردند و بنابراین زمان پرواز کوتاه بود. توربوجت‌های اولیه، مصرف سوخت بیشتری داشتند اما نیروی رانش کافی نداشتند و در برخی از هواپیماهای آزمایشی هم یک توربوجت برای پرواز با سرعت کم به همراه یک موتور موشک برای پرواز فراصوت، نصب شده بود. اختراع پس‌سوز، که در آن سوخت بیشتری در اگزوز جت سوزانده می‌شود، این نوع روش‌ها را منسوخ کرد. موتور توربوفن هوای سرد اضافی را در اطراف موتور عبور می‌دهد و راندمان سوخت آن را بیشتر می‌کند و هواپیماهای فراصوت امروزه توسط توربوفن‌های مجهز به پس‌سوز نیرو می‌گیرند. یک نوع دیگر از منابع تولید انرژی برای پروازهای پرسرعت، رم‌جت است.

پرواز فراصوتویرایش

یک هواپیمای فراصوت، باید در هنگام پرواز فراصوت و فروصوت، به‌طور پایدار عمل کند، بنابراین طراحی آیرودینامیکی این هواپیماها، پیچیده‌تر است.

یکی از مشکلات پرواز فراصوت پایدار، تولید گرما در پرواز است. در سرعت‌های بالا، گرمایش آیرودینامیکی ممکن است رخ دهد، بنابراین یک هواپیمای فراصوت، باید طوری طراحی شود که در دماهای بسیار بالا نیز کار کند. دورآلومین، ماده‌ای که به‌طور سنتی در ساخت هواپیما استفاده می‌شود، در دماهای نسبتاً پایین شروع به از دست دادن قدرت و تغییر شکل می‌کند و برای استفادهٔ مداوم در سرعت‌های بالاتر از ۲٫۲ تا ۲٫۴ ماخ نامناسب است. موادی مانند تیتانیوم و فولاد زنگ‌نزن امکان عملیات در دماهای بسیار بالاتر را فراهم می‌کند. به‌عنوان مثال، اس‌آر-۷۱ بلک‌برد می‌تواند به‌طور مداوم با سرعت ۳٫۱ ماخ پرواز کند که می‌تواند منجر به افزایش دما در برخی از قسمت‌های هواپیما به بالای ۳۱۵ درجهٔ سانتی‌گراد شود. (یا ۶۰۰ درجهٔ فارنهایت).

.

پرواز اَبَرصوتویرایش

پرواز با سرعت بالاتر از حدود ۵ ماخ، اغلب به‌عنوان سرعت اَبَرصوت شناخته می‌شود. در این هواپیماها مشکلات کشش و گرمایش حادتر است. ساختن موادی که بتوانند نیروها و دماهای ناشی از مقاومت هوا در این سرعت‌ها را تحمل کنند دشوار است.

انفجار صوتیویرایش

انفجار صوتی، صدایی است که با امواج ضربه‌ای ایجاد می‌شود که هرگاه جسمی که در هوا حرکت می‌کند سریع‌تر از سرعت صوت حرکت کند. ی در نقاط مختلف هواپیما سرعت یا کم کند. در منطقه حدود ۱ ماخ، برخی مناطق ممکن است جریان فراصوت را تجربه کنند در حالی که برخی دیگر مادون صوت هستند. این‌های صوتی مقادیر قابل توجهی انرژی صوتی تولید می‌کنند که صدایی شبیه به یک انفجار یا صدای تندر و آذرخش در گوش انسان می‌دهد.[۳]

یک انفجار صوتی ناشی از هواپیماهای فراصوت بزرگ، می‌تواند بسیار بلند و حیرت‌آور باشد، و ممکن است باعث آسیب جزئی به برخی سازه‌ها شود.

پرواز اَبَرپیمایشیویرایش

پرواز ابرپیمایشی یا سوپرکروز، پروازی با سرعت فراصوت پایدار یک هواپیمای فراصوت با بار مفید، مسافر یا بار تسلیحاتی است که به‌طور مؤثر انجام می‌شود.. بسیاری از هواپیماهای نظامی معروف فراصوت که قادر به پرواز ابرپیمایشی نیستند، فقط می‌توانند پرواز با سرعت ۱ ماخ را در فواصل کوتاه، معمولاً با استفاده از پس‌سوز، حفظ کنند. هواپیماهایی مانند اس‌آر-۷۱ بلک‌برد برای حرکت با سرعت فراصوت با فعال کردن پس‌سوز طراحی شده‌اند.

یکی از شناخته‌شده‌ترین نمونه‌های هواپیمای قادر به پرواز ابرپیمایشی، کنکورد بود. با توجه به خدمات طولانی خود به‌عنوان یک هواپیمای تجاری، کنکورد رکورد بیشترین زمان صرف‌شده در پرواز ابرپیمایشی را دارد که بیشتر از مجموع پروازهای ابرپیمایشی همهٔ هواپیماهای دیگر است.[۴]

ترابری فراصوتویرایش

 
یک کنکورد از نمای پایین

هواپیماهای ترابری فراصوت (SST) یک هواپیمای غیرنظامی است که برای جابجایی مسافران با سرعتی بیشتر از سرعت صوت طراحی شده‌است. تنها هواپیماهای غیرنظامی فراصوت تجاری، شامل توپولف تو-۱۴۴ ساخت شوروی بود که نخستین بار در سال ۱۹۶۸ پرواز کرد و آخرین بار در سال ۱۹۷۸ مسافران را جابجا کرد و ناسا نیز در سال ۱۹۹۷، آن را از هرگونه استفاده کنار گذاشت.

دیگر هواپیما از این نوع، کنکورد است که توسط شرکت فرانسوی-بریتانیایی کنکورد تولید شد و نخستین بار، در سال ۱۹۶۹ پرواز کرد و تا سال ۲۰۰۳ در خدمت بود. از سال ۲۰۰۳، هیچ هواپیمای فراصوتی در حال خدمت نیست.

برخی از پروژه‌های SST دیگر، عبارت‌اند از:

جت تجاری فراصوتویرایش

 
Aerion SBJ

جت‌های تجاری فراصوت (SSBJ) یک کلاس پیشنهادی از هواپیماهای فراصوت کوچک هستند. هیچ نمونه‌ای از آن‌ها هنوز پرواز نکرده‌است.

بمب‌افکن‌های راهبردی فراصوتویرایش

یک بمب‌افکن راهبردی باید بتواند مقدار زیادی بمب یا یک بمب بزرگ را در مسافت‌های طولانی حمل کند. معمولاً وزن خالی این هواپیماهای بزرگ، بیش از ۲۵٬۰۰۰ کیلوگرم است. برخی از این هواپیماها نیز برای نقش‌های مرتبط مانند شناسایی استراتژیک و حمله ضدکشتی طراحی شده‌اند.

معمولاً این هواپیماها از سرعت فراصوت خود، برای اجرای مأموریت بمباران خود استفاده می‌کند و در بیشتر مسیر پرواز خود، به‌صورت فروصوت حرکت می‌کند تا در مصرف سوخت صرفه‌جویی کند.[۵]

تعداد کمی از بمب‌افکن‌های راهبردی فراصوت وارد خدمت شده‌اند. قدیمی‌ترین مدل از آن‌ها کانویر بی-۵۸ هاسلر، برای نخستین بار در سال ۱۹۵۶ و جدیدترین آن‌ها، راکول بی-۱ لنسر، در سال ۱۹۸۳ برای نخستین بار، پرواز کرد. اگرچه این هواپیما و چند نوع مشابه دیگر هنوز در حال استفاده هستند، اما هیچ‌کدام در خط تولید باقی نمانده‌اند.

برخی از هواپیماهای بمب‌افکن فراصوت، عبارت‌اند از:

هواپیماهای شناسایی راهبردیویرایش

برخی از بمب‌افکن‌های راهبردی فراصوت، مانند سوخو تی-۴ نیز قادر به انجام نقش شناسایی هستند (اگرچه این مدل هواپیما، یک نمونه اولیه باقی ماند).

لاکهید اس‌آر-۷۱ بلک‌برد به‌طور خاص برای این نقش، طراحی شده بود و توسعه‌یافته، از هواپیمای شناسایی لاکهید ای-۱۲ بود که نخستین بار، در سال ۱۹۶۲ پرواز کرد.

جت‌های جنگنده/تهاجمی فراصوتویرایش

جنگنده‌های فراصوت، اکثریت هواپیماهای فراصوت را تشکیل می‌دهند و برخی از آن‌ها مانند میگ-۲۱، لاکهید اف-۱۰۴ استارفایتر و داسو میراژ ۳ در تعداد زیادی تولید شده‌اند.

بسیاری از جنگنده‌های فراصوت و هواپیماهای مشابه نسل چهارم و پنجم در چندین کشور از جمله روسیه، چین، ژاپن، کره جنوبی، هند و ایالات متحده در دست توسعه هستند.

ایالات متحدهویرایش

اتحاد جماهیر شوروی / روسیهویرایش

سوئدویرایش

بریتانیاویرایش

فرانسهویرایش

چینویرایش

هندوستانویرایش

آلمانویرایش

  • EWR VJ 101 (1963)

مصرویرایش

فرانسه/بریتانیاویرایش

ژاپنویرایش

اسرائیلویرایش

آلمان/ایتالیا/بریتانیاویرایش

آفریقای جنوبیویرایش

تایوانویرایش

  • AIDC F-CK-1 Ching-kuo (1989)

آلمان/ایتالیا/اسپانیا/بریتانیاویرایش

ایرانویرایش

کره جنوبیویرایش

پاکستانویرایش

هواپیمای تحقیقاتی فراصوتویرایش

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. "Jacqueline Cochran and the Women's Airforce Service Pilots." National Archives and Records Administration: The Dwight D. Eisenhower Presidential Library, Museum, and Boyhood Home. Retrieved: July 10, 2013.
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ Wasserzieher, Bill (August 2011). "I Was There: When the DC-8 Went Supersonic". Air & Space Magazine. Archived from the original on 2014-05-08. Retrieved 3 February 2017.
  3. May, Mike (2002). "Crackin' Good Mathematics". American Scientist. Archived from the original on January 22, 2016.
  4. "Defence & Security Intelligence & Analysis - IHS Jane's 360". janes.com. July 25, 2000. Archived from the original on August 6, 2010. Retrieved 2015-09-04.
  5. "Boom Technology's Supersonic jet with 1,700mph top speed ready for test flight". The Indian Hawk | Indian Defence News. Retrieved 2020-07-14.