هواپیماها برای پرواز در ارتفاعات بالا، چطور طراحی شده اند؟ - مجله آرنا

امروزه سفرهای هوایی، به امری رایج و متداول تبدیل شده اند. لذت بردن از یک وعده غذا که کیفیت غذاهای رستوران را دارد، تماشای فیلم روی صفحه نمایش بزرگ و خوابیدن روی تخت را می توان در پروازهای امروزی تجربه کرد. چند ساعت بعد که از خواب بیدار می شوید، با یک فنجان اسپرسوی داغ از شما پذیرایی می گردد و با پیاده شدن از هواپیما آماده می شوید که روز خود را شروع کنید. اما آیا تا به امروز واقعاً فکر کرده اید که در آن روی سکه چه اتفاقی می افتد؟ چطور می توانید در هواپیمایی بنشینید که هوای بیرون آن منفی 60 درجه سانتی گراد است؟ هواپیمایی که با سرعت 885 کیلومتر در ساعت حرکت می کند، مطمئناً پیشرفته تر از چیزی است که شما تصور می کنید. با مجله آرنا همراه باشید تا از چندوچون این ماجرا بیشتر به شما بگوییم.

یه یاد داشته باشید برای مقایسه قیمت تمامی بلیط های هواپیما از آژانس های هوایی معتبر و جستجوی بلیط ارزان هواپیما به مقصد مورد نظر خود، می توانید از بزرگ ترین موتور جستجوی پرواز در مجله آرنا استفاده کرده و با اطمینان کامل از فروشنده های معتبر خرید کنید.

اتمسفر زمین

اتمسفر زمین حدود 483 کیلومتر ضخامت دارد که به پنج لایه اصلی تقسیم می گردد. با این حال، بیشتر هواپیماهای تجاری در دو لایه پایینی موسوم به تروپوسفر و استراتوسفر پرواز می کنند.

تروپوسفر، نزدیک ترین لایه به سطح زمین است و وقتی هواپیما وارد این لایه می گردد، با هر 300 متر ارتفاع گرفتن به طور میانگین دمای هوا حدود 2 درجه سانتی گراد کاهش می یابد. این بدان معنا است که در ارتفاع کروز (11,277 متر)، هوای بیرون هواپیما می تواند به منفی 60 درجه برسد. علاوه بر این، تقریباً تمام بخار آب موجود در جو زمین در این لایه واقع شده است و به همین دلیل است که بخش اعظم تغییرات آب وهوا در همین لایه رخ می دهد.

با ورود هواپیما به لایه تروپوسفر، فشار هوا نیز کاهش می یابد و متعاقباً میزان اکسیژن در خون پایین می آید و در نتیجه نفس کشیدن به میزان چشمگیری سخت می گردد. اگر اکسیژن خون خیلی کم گردد، خطر وقوع هیپوکسی یا کم اکسیژنی وجود دارد و فرد گیج می گردد و به تدریج هوشکمک خود را از دست می دهد که اگر این فرایند ادامه یابد، فرد بیهوش می گردد و سپس ایست قلبی و مرگ رخ خواهد داد. به همین دلیل است که کوهنوردان در هنگام صعود به قله اورست و در ارتفاع 8800 متری معمولاً به اکسیژن اضافی نیاز پیدا می کنند. حالا همه این شرایط را با راحتی نسبی داخل هواپیما مقایسه کنید. کم کم متوجه می شوید که این هواپیماها تا چه میزان خوب طراحی شده اند. وقتی دمای داخل کابین، 20 درجه سانتی گراد است، مسافران فقط به میزان یک پنجره با اختلاف دمای 80 درجه ای بیرون فاصله دارند. اما چطور چنین چیزی امکان پذیر است؟

داخل کابین هواپیما

از روزهای اول، طراحان هواپیما می دانستند که باید با شرایطی سخت مقابله کنند. توپچی های عقب بمب افکن های لنکستر به خاطر نفوذ باد به داخل برجک آن، اغلب در معرض دمای منفی 65 تا 75 درجه سانتی گراد قرار می گرفتند. طراحان برای رفع این مشکل، لباس های گرمکن برقی را برای این افراد تدارک دیدند که عایقی در برابر سرمازدگی بود. آن ها همچنین یک منبع اکسیژن مخصوص نیز داشتند تا در ارتفاع بالای 3000 متری از سطح زمین دچار کمبود اکسیژن نشوند. هرچند، با اینکه چنین شرایطی برای هواپیماهای نظامی قابل قبول بود، اما این موضوع را نمی توان برای هواپیماهای مسافربری پس از جنگ بیان نمود.

پیشرفت واقعی در فناوری هوانوردی در سال 1949 رخ داد، زمانی که نخستین هواپیمای جت تجاری جهان موسوم به دی هاویلند کامت از بریتانیا وارد صنعت هوایی شد. با توجه به تنظیم فشار هوا در کابین، دیگر نیازی به استفاده از اکسیژن اضافی یا پوشیدن لباس های گرمکن تا ارتفاع 12000 متری نبود. علاوه بر این، هواپیماها می توانستند در ارتفاع بالاتری پرواز کنند و پروازهای سریع تر و راحت تری را رقم بزنند. این طراحی مفهومی، صنعت هوانوردی را متحول کرد و استاندارد جدیدی به وجود آورد. تولیدکنندگان هواپیما، مفهوم تنظیم فشار در کابین را در دستور کار خود قرار داده و به توسعه آن ادامه دادند. طراحان توجه خود را دو بخش اصلی معطوف کردند: حفظ سطح اکسیژن شبیه به سطح زمین و حفظ دمای ثابت در کابین.

موتور هواپیما

تنظیم مؤثر فشار هوای کابین به دو عامل بستگی دارد: موتورها و بدنه هواپیما. موتورهای موجود در هواپیماهای مسافربری مدرن علاوه بر ایجاد نیروی رانشی برای حرکت هواپیما به سمت جلو، هوای لازم برای تنظیم فشار را نیز تأمین می کنند. با عبور هوا از بخش های مختلف موتور، فشار و متعاقب آن، دمای هوا نیز افزایش می یابد. زمانی که فشار و دما به بالاترین سطح خود می رسد، میزان تعیینی از این هوا گرفته می گردد و برای تعدادی از سیستم های هواپیما مورد استفاده قرار گیرد؛ به این هوا، بلید ایر (Bleed air) می گویند.

شاید متوجه شده باشید که در برخی هواپیماها خصوصاً در روزهای گرم، درست قبل از برخاستن هواپیما از روی باند، تهویه مطبوع کابین را خاموش می کنند؛ اگر این کار انجام نگردد، بلید ایر به سیستم تهویه فرستاده می گردد و به این ترتیب بخشی از قدرت موتور از بین می رود. پس با خاموش کردن تهویه کابین، موتورهای هواپیما انرژی بیشتری در اختیار خواهند داشت و با بلندشدن هواپیما، شرایط به حال عادی برمی گردد و تهویه روشن می گردد. بسته به نوع هواپیما، بلید ایر برای سیستم های مختلف به کار می رود که یکی از آن ها، سیستم تنظیم فشار هوا در کابین است. در هواپیمایی مثل بوئینگ 777، بلید ایر به سمت تجهیزات تهویه هوا هدایت می گردد که در شکم هواپیما واقع شده است. در این مکان است که دما و رطوبت هوا تنظیم شده و سپس از طریق سیستم تهویه به کابین فرستاده می گردد.

یکی دیگر از عناصر لازم برای تنظیم فشار هوای کابین، بدنه هواپیما است که به گونه ای ساخته می گردد تا بتواند فشار ناشی از افزایش هوا در داخل کابین را تحمل کند. جالب است بدانید بخش بیرونی بدنه هواپیما فقط دو تا چهار میلی متر ضخامت دارد. در واقع با اینکه هواپیما با داشتن لایه ای ضخیم در بدنه خود می تواند فشار داخلی بیشتری را تحمل کند؛ اما وزن بیشتر نیز از کارایی آن می کاهد. این هواپیماها با طراحی موجود می توانند فشار داخل کابین را به میزان فشار هوا در ارتفاع 2000 متری از سطح زمین حفظ کنند. به عنوان مثال، شهر مکزیکو سیتی حدوداً در ارتفاع 2200 متری و دنور 1600 متری از سطح دریا قرار دارند. اما اگر به طور مستمر هوا به داخل هواپیما پمپاژ گردد، شرایط هواپیما به مرحله ای می رسد که مثل یک بادکنک می ترکد! به همین دلیل است که هوای ورودی به هواپیما تنها نیمی از سیستم تنظیم فشار است و نیمه دیگر این سیستم، هوا را از کابین خارج می کند.

خروج کنترل شده هوا

دفعه بعد که منتظر بلندشدن هواپیما از روی باند هستید، نگاهی به بخش سمت راست در عقب هواپیماهای دیگر بیندازید. احتمالاً سوراخ کوچکی را در این قسمت خواهید دید؛ این سوراخ یکی از مهم ترین بخش های سیستم تنظیم فشار است که به آن دریچه خروجی می گویند. این دریچه که میزان هوای خروجی از هواپیما را کنترل می کند، از طریق کامپیوترهای مختلفی در داخل هواپیما کنترل می گردد. در طول بلندشدن هواپیما از روی باند، این دریچه بسته می گردد و عملاً هواپیما را مهروموم می کند. در ادامه پرواز که هواپیما به آسمان می رود، اوج می گیرد و ارتفاع کم می کند، این دریچه باز و بسته می گردد تا فشار داخل کابین را در سطح لازم، حفظ کند. حتی اگر دریچه خروجی در شرایط بسته قرار نگیرد، دریچه های اضطراری هوا که در هواپیما تعبیه شده اند، زمانی که فشار کابین به حد بحرانی می رسد، امکان خروج هوا را فراهم می کنند.

بر اساس آنچه ذکر شد، هوای بلید ایر که از موتورهای هواپیما می آید، به شدت گرم و سوزان است؛ با اینکه همه ما دوست داریم در هوای سرد، جای گرمی داشته باشیم، اما مطمئناً دل مان نمی خواهد که بسوزیم. بنابراین، تنظیم دمای هوا نیز از اهمیت بسزایی برخوردار است. در همین جا است که تجهیزات تهویه هوا وارد کار می شوند و با ترکیبی از روش های تبادل گرما، از هوای بیرون (منفی 60 درجه سانتی گراد) برای خنک کردن هوای داغ بلید ایر استفاده می کنند. پس از آنکه این هوا خنک شد و به دمای قابل قبولی رسید، به سمت واحدی هدایت می گردد که رطوبت این هوا را می گیرد. در ادامه هوا به واحد دیگری می رود و با میزانی هوای داغ مخلوط می گردد. در همین جا است که به دمای مورجهانز برای داخل کابین می رسد و وقتی این هوای تنظیم شده وارد کابین می گردد، دمای آن به حدی است که مسافران می توانند با تی شرت بنشینند و بدون هیچ دغدغه ای نوشیدنی خود را میل کنند.

بوئینگ 787 دریم لاینر

همان طور که پیش تر گفته شد، بیشتر هواپیماها برای تنظیم فشار هوای کابین، از بلید ایر استفاده می کنند. این بدان معنا است فرقی نمی کند که سیستم فیلترینگ و پاکسازی هوای این هواپیماها تا چه میزان خوب باشد، هوایی که مسافران تنفس می کنند هنوز هم از موتور هواپیما می آید. هرچند، این قضیه درباره بوئینگ 787 دریم لاینر صدق نمی کند. این هواپیمای بوئینگ طوری طراحی شده است که به جای استفاده از هوایی که از موتورها می آید، از هوایی استفاده می کند که مستقیماً از بیرون هواپیما گرفته شده است. به عبارتی، کل هوایی که مسافران بوئینگ 787 تنفس می کنند، به صورت تازه از بیرون هواپیما وارد کابین می گردد. به این ترتیب، موتورهای هواپیما در اثر روشن شدن سیستم تهویه هوا، از انرژی شان کاسته نشده و در عین حال چنین روشی باعث افزایش کارایی موتورها می گردد. هرچه کارایی موتورها بیشتر گردد، به همان میزان انتشار کربن کاهش می یابد.

هوا از طریق دو دریچه اختصاصی که درست در زیر محل اتصال جلوی بال به بدنه واقع شده است، وارد هواپیما می گردد. سپس این هوا به چهار کمپرسور هوای کابین که با برق کار می کنند، منتقل می گردد که در اینجا فشار آن تنظیم شده و در ادامه به دو مجموعه یکسان از تجهیزات تهویه هوا فرستاده می گردد. هر مجموعه دارای دو کمپرسور اختصاصی است، هرچند که یک کمپرسور برای تأمین انرژی هر مجموعه کفایت می کند. از این مرحله به بعد، تأمین هوای کابین مشابه سایر هواپیماها انجام می گیرد، به جز یک عامل مهم دیگر که رطوبت هوا است. هوا در این بوئینگ مرطوب تر از سایر هواپیماها است. شاید مسافران متوجه شده باشند که هوای کابین برخی هواپیماها، خشک تر از برخی دیگر است. در بوئینگ 787 دریم لاینر، کادر پرواز می توانند دقیقاً تعداد مسافران کابین را تعیین کنند. سیستم تهویه هوا با توجه به تعداد مسافران، رطوبت هوایی را که به کابین هدایت می گردد بهینه می کند و محیطی به وجود می آورد که شباهت بسیار زیادی با هوای زمین دارد.

شاید جالب باشد بدانید که بدنه بوئینگ 787 دریم لاینر به جای اینکه مثل سایر هواپیماها از آلومینیوم متداول باشد، از الیاف کربن ساخته شده است. این مواد نه تنها باعث سبک ترشدن هواپیما می گردد، بلکه آن را مستحکم تر نیز می کند و این بدان معنا است که می تواند فشار هوای بسیار بالاتری را در کابین تحمل کند. به این ترتیب، فشار هوای کابین (با درنظرگرفتن ارتفاع) حدود 30 درصد بیشتر از سایر هواپیماها در ارتفاع کروز مشابه است. این رقم با اینکه شاید خیلی بزرگ به نظر نرسد، اما در پروازی که بیش از 14 ساعت طول می کشد، مطمئناً می تواند تفاوت ایجاد می کند. این سه عامل در کنار یکدیگر باعث می شوند که مسافران کمتر دچار کبود آب بدن شوند، خواب بهتری داشته باشند و نسبت به پرواز با سایر هواپیماها، سرحال تر به مقصد برسند.

با اینکه شرایط آب وهوایی بسیار نامساعدی در بیرون هواپیماها حکفرما است، اما هواپیمای مدرن بوئینگ 787 دریم لاینر، محیط فوق العاده ای برای مسافران فراهم کرده است تا در پروازی 16 ساعته، سفر راحتی داشته باشند. ترکیب موتورها و بدنه هواپیما به گونه ای است که کابین بتواند فشار هوا را تنظیم و گرم کند، گویی که مسافران در شهر مکزیکو سیتی هستند. هرچه فشار هوای کابین (با درنظرگرفتن ارتفاع) بیشتر باشد، هوای کابین تازه تر و مرطوب تر می گردد و متعاقباً تجربه پرواز بسیار سالم تر و آرام تری برای مسافران رقم می خورد.

برای مشاهده فهرستی جامع از انواع بلیط هواپیما به مقصد موردنظرتان از مجله آرنا کمک بگیرید. از طریق موتور جستجوی پرواز مجله آرنا، جستجوی آسان بلیط هواپیما به مقاصد داخلی و خارجی، مشاهده و مقایسه یکجای قیمت بلیط پروازهای سیستمی، چارتری و لحظه آخری به مقصد دلخواه و همچنین انتخاب ارزان ترین گزینه فراهم شده است.