آیا این طراحی هواپیمای جدید آینده هوانوردی است؟

طراحی اولیه هواپیماهای تجاری در شش دهه گذشته تغییر چندانی نکرده است. هواپیماهای مدرن مانند بوئینگ ۷۸۷ و ایرباس A۳۵۰ همان شکل کلی بوئینگ ۷۰۷ و داگلاس دی سی-۸ را دارند که در اواخر دهه ۱۹۵۰ میلادی ساخته شدند و شکل «لوله و بال» را که هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد تثبیت کرده اند.

به گزارش فرارو به نقل از سی ان ان، این بدان خاطر است که حمل و نقل هوایی تجاری ایمنی را در اولویت قرار می‌دهد و راه حل‌های آزمایش شده را ترجیح داده و به همین خاطر طراحی سنتی را حفظ کرده است. با این وجود، از آنجایی که صنعت هوانوردی به شدت به دنبال یافتن راه‌هایی برای کاهش انتشار آلاینده‌های کربنی می‌باشد با چالش سخت‌تری در مقایسه با سایر بخش‌ها مواجه است دقیقا به این دلیل که دور شدن از فناوری‌های اصلی آن بسیار دشوار است. در نتیجه، صنعت هوانوردی به این نتیجه رسیده که ممکن است زمان آن فرارسیده باشد که چیز جدیدی را امتحان کند.

یک پیشنهاد «بدنه بال ترکیبی» است. این شکل کاملا جدید هواپیما شبیه به طراحی «بال پرواز» مورد استفاده هواپیماهای نظامی مانند بمب افکن نمادین B-2 است اما بال ترکیبی حجم بیش‌تری در بخش میانی دارد. هم بوئینگ و هم ایرباس با این ایده دست و پنجه نرم می‌کنند و هم چنین سومین بازیگر آن عرصه یعنی جت زیرو (Jet Zero) مستقر در کالیفرنیا که هدف بلندپروازانه‌ای را برای به خدمت گرفتن یک هواپیمای بال ترکیبی در سال ۲۰۳۰ میلادی تعیین کرده است.

«تام اولری» یکی از بنیانگذاران و مدیرعامل جت زیرو می‌گوید: «ما در مورد مسیر حرکت به سوی دستیابی به هدف به صفر رساندن انتشار آلاینده‌های هواپیماهای بزرگ در حال کار هستیم و بدنه هواپیمای بال ترکیبی می‌تواند ۵۰ درصد سوخت و آلایندگی کمتری مصرف و منتشر کند. این یک جهش خیره کننده رو به جلو در مقایسه با آن چیزی است که صنعت هوانوردی به آن عادت کرده است».

بال ترکیبی مفهومی تازه نیست و اولین تلاش‌ها برای ساخت هواپیماهایی با این طراحی به اواخر دهه ۱۹۲۰ میلادی در آلمان باز می‌گردد. «جک نورتروپ» طراح هواپیما و صنعتگر آمریکایی در سال ۱۹۴۷ یک طرح بال پرنده با موتور جت را طراحی کرد که الهام بخش B-2 در دهه ۱۹۹۰ میلادی بود.

ناسا می‌گوید بال ترکیبی می‌تواند مشکل افزایش مصرف سوخت را برطرف کرده و مناطق محموله بزرگ‌تری در بخش مرکزی بدنه هواپیما ایجاد کند. ناسا بال ترکیبی را از طریق یکی از هواپیماهای آزمایشی خود به نام X-48 مورد آزمایش قرار داده است. بیش از ۱۲۰ پرواز آزمایشی در فاصله سال‌های ۲۰۰۷ تا ۲۰۱۲ میلادی و دو پرواز X-48 بدون سرنشین و کنترل از راه دور قابلیت دوام این مفهوم را نشان دادند.

ایرباس در سال ۲۰۲۰ میلادی یک بال ترکیبی کوچک به طول حدود ۱.۸ متر ساخت که نشان دهنده علاقه به دنبال کردن یک هواپیمای سایز کامل در آینده است. با این وجود، اگر این شکل بسیار موثر است چرا ما هنوز به سوی ساخت هواپیما براساس آن پیش نرفته ایم؟ به گفته اولری در این میان یک چالش فنی اصلی وجود دارد که تولیدکنندگان را عقب نگه می‌دارد.

او می‌گوید: «چالش اصلی فشار یک بدنه غیر استوانه‌ای است. اگر به» لوله و بال فکر می‌کنید در آن شکل بارها را از هم جدا می‌کند در نتیجه شما با فشار بر روی لوله و بال مواجه هستید این در حالیست که بال ترکیبی اساسا آن‌ها را با یکدیگر ترکیب می‌کند و صرفا می‌توانیم این کار را با استفاده از مواد کامپوزیتی که هم سبک و هم قوی هستند انجام دهیم".

چنین شکل کاملا تازه‌ای باعث ایجاد تفاوت چشمگیر در فضای داخلی هواپیما در آینده با فضای داخلی هواپیماهای پهن پیکر امروزی خواهد شد. اولری می‌گوید: «ممکن است ۱۵ یا ۲۰ ردیف در سراسر کابین داشته باشید بسته به این که هر خط هوایی خاص آن را چگونه پیکربندی می‌کند. هم چنین، شما سفر با هواپیمایی با لوله‌ای کوتاه‌تر و پهن‌تر را تجربه خواهید کرد».

ظرفیت بالقوه ایجاد انقلاب در صنعت هوانوردی

اولری می‌گوید که نزدیک‌ترین معادل از نظر اندازه با هواپیمای با شکل تازه بوئینگ ۷۶۷ خواهد بود یک هواپیمای پهن پیکر و دو موتوره که در دهه ۱۹۸۰ میلادی معرفی شد و معمولا حدود ۲۱۰ مسافر را حمل می‌کرد. آن هواپیما هنوز به عنوان یک هواپیمای باری تولید می‌شود اما با بوئینگ ۷۸۷ به عنوان یک هواپیمای مسافربری جایگزین شد. هم چنین، دارای یک نوع نظامی مدرن به نام KC-46 است که نیروی هوایی ایالات متحده از آن برای سوخت گیری هوایی استفاده می‌کند.

جت زیرو به طور مشابه قصد دارد به طور همزمان سه نوع هواپیمای مسافربری، یک هواپیمای باری و یک سوخت رسان را توسعه دهد. شکل بال ترکیبی به اندازه‌ای به هواپیمای سوخت رسان کمک می‌کند که نیروی هوایی ایالات متحده به تازگی ۲۳۵ میلیون دلار به جت زیرو برای توسعه و تایید عملکرد مفهوم بال ترکیبی ارائه کرده است. انتظار می‌رود اولین پرواز آن تا سال ۲۰۲۷ میلادی انجام شود بدان معنا که نسخه نظامی آن هواپیما قرار است پیشرو باشد و شاید از توسعه مدل‌های تجاری پشتیبانی کند.

با این وجود، ساخت یک هواپیمای کاملا جدید از ابتدا کار بسیار بزرگی است و اهداف جت زیرو بلندپروازانه به نظر می‌رسند به ویژه با توجه به آن که فرآیند کامل صدور گواهینامه حتی برای یک نوع از هواپیماهای موجود نیز ممکن است سال‌ها به طول انجامد. یکی از مزایای جت زیرو در این زمینه آن است که آن هواپیما در ابتدا از موتورهای هواپیماهای باریک پیکر امروزی مانند بوئینگ ۷۳۷ استفاده خواهد کرد اگرچه برنامه آن است که در نهایت از پیشرانه‌ای که آلاینده تولید نمی‌کند و با نیروی هیدروژن کار می‌کند در آن هواپیما استفاده شود.

تا چه اندازه به پرواز بدون گناه (بدون انتشار آلاینده کربنی) نزدیک شده ایم؟

جت زیرو هنوز هیچ سفارشی برای هواپیماهای خود دریافت نکرده اما اولری می‌گوید خطوط هوایی به هواپیماهای آن شرکت علاقه نشان داده اند. او می‌گوید: «ما در حال حاضر با تمام خطوط هوایی بزرگ در سطح جهان صحبت می‌کنیم زیرا آنان از شنیدن در مورد دستاوردهای بهره وری هیجان زده هستند». باید دید آیا کاهش ۵۰ درصدی مصرف سوخت واقعا امکان‌پذیر است یا خیر. ناسا و ایرباس هر دو ۲۰ درصد کمتر را برای طراحی خود ذکر کردند در حالی که نیروی هوایی ایالات متحده می‌گوید یک هواپیمای بال ترکیبی می‌تواند بازده آیرودینامیکی را حداقل ۳۰ درصد نسبت به هواپیماهای سوخت رسان و هواپیماهای در حال استفاده فعلی نیروی هوایی بهبود بخشد.

«بیلی مایلز» تحلیلگر هوانوردی در شرکت مشاوره Aviation Values می‌گوید: «توجه به این نکته مهم است که در حالی که یک بدنه بال ترکیبی می‌تواند کشش را کاهش داده و راندمان سوخت را افزایش دهد مزایای واقعی آن به طراحی خاص، پیکربندی و شرایط عملیاتی بستگی دارد. آزمایش‌های آیرودینامیکی و بهینه‌سازی گسترده برای درک کامل ظرفیت‌های بالقوه این نوع از طراحی هواپیما ضروری خواهند بود. تعیین درصد کاهش مصرف سوخت بدون آزمایش‌های لازم دشوار خواهد بود».

به گفته مایلز طراحی بال ترکیبی یک ایده انقلابی است که دارای ظرفیت بالقوه است اما با تعدادی از موانع همراه خواهد بود به ویژه با افزایش پیچیدگی آیرودینامیکی که می‌تواند طراحی و آزمایش را دشوار سازد و هم چنین با مجموعه چالش‌های نظارتی و گواهینامه و شکلی که ممکن است برای زیرساخت‌های موجود فرودگاه مناسب نباشد.

هواپیمای بال ترکیبی به عنوان یک تغییر دهنده بازی در صنعت هوانوردی نویدبخش تحولات بزرگی است و ظرفیت بالقوه‌ای را برای بهبود بهره وری سوخت، افزایش ظرفیت محموله و سیستم‌های کنترلی نوآورانه ارائه می‌دهد. با این وجود، پرداختن به پیچیدگی‌های آیرودینامیکی، کسب اطمینان از یکپارچگی ساختاری، عبور از موانع نظارتی و تطبیق زیر ساخت‌های فرودگاهی چالش‌های بزرگی هستند که باید بر آن‌ها غلبه کرد تا به واقعیت تبدیل شود.