شاهکار مهندسی در هوانوردی و دریانوردی

گجت نیوز: مهندسی در تلاش است تا مشکلات را حل کند، بهینه‌سازی انجام دهد و بیشترین بهره‌وری را از سیستم‌های ساخته شده استخراج کند. طراحی هواپیما و مهندسی هوانوردی نیز از این قاعده مستثنی نیستند، چرا که هواپیماها فضای محدود و قدرت مشخصی دارند و در عین حال باید تا حد امکان کارآمد باشند.

در گذشته، اغلب هواپیماها برای تولید نیروی پیشران به یک پروانه متکی بودند، اما با ظهور یک راه‌حل مهندسی محوری در تاریخ هوانوردی، همه چیز تغییر کرد: پروانه‌های ضد چرخش (CRP). برخلاف پروانه‌های استاندارد، CRPها از دو مجموعه پره روی یک محور تشکیل شده‌اند که در جهت مخالف می‌چرخند.

پروانه ضد چرخش: افزایش قدرت و پایداری

بسیاری از هواپیماهای ملخی که امروزه ارتش ایالات متحده استفاده می‌کند، با یک پروانه کار می‌کنند. این هواپیماها با هل دادن هوا به عقب، خود را به جلو حرکت می‌دهند. این کار باعث ایجاد جریان هوای چرخشی می‌شود که به حرکت رو به جلوی هواپیما کمکی نمی‌کند و حتی می‌تواند آن را ناپایدار کند. وقتی پروانه دومی اضافه می‌شود که در جهت مخالف می‌چرخد، هواپیما می‌تواند از آن جریان هوای چرخشی برای بهبود راندمان استفاده کند. این کار علاوه بر افزایش نیروی پیشران، پایداری را نیز افزایش می‌دهد و در نهایت حدود ۶ تا ۱۶ درصد قدرت بیشتر ایجاد می‌کند.

نکته هوشمندانه در اینجا حل همزمان دو مشکل است: پایداری و راندمان. پروانه‌های ضد چرخش می‌توانند بدون نیاز به پره‌های بلندتر یا موتورهای قوی‌تر، نیروی پیشران بیشتری تولید کنند و نیروی چرخشی ناپایدارکننده‌ای را که موتورهای تک پروانه از آن رنج می‌برند، متعادل کنند. همین تعادل است که آنها را به گزینه‌ای محبوب برای هواپیماهای نظامی و باری بزرگ تبدیل کرده است.

پروانه‌های ضد چرخش در هواپیماهای افسانه‌ای

پروانه‌های ضد چرخش هرگز در هوانوردی تجاری رواج پیدا نکردند، اما ارتش‌های سراسر جهان پس از ثبت اختراع این فناوری توسط مهندس انگلیسی، فردریک دبلیو لنچستر در سال ۱۹۰۷، اغلب برای هواپیماهای بزرگ و سنگین از CRP استفاده کردند. منطقی است که انگلیسی‌ها اولین کسانی بودند که CRP را روی هواپیماهایی مانند هواپیمای گشت Avro Shackleton و Fairey Gannet نصب کردند.

این فناوری در یکی از عجیب‌ترین جت‌های جنگنده‌ای که تاکنون در ایالات متحده به پرواز درآمده نیز استفاده شده است: Convair XFY Pogo. به لطف این مهندسی هوشمندانه، سیستم دو پروانه به هواپیماها این امکان را می‌داد تا بدون نیاز به افزایش قطر پروانه‌ها، نیروی پیشران کافی تولید کنند.

سپس، شوروی وارد میدان شد و این فناوری را بیش از پیش توسعه داد. در دهه ۱۹۵۰، اتحاد جماهیر شوروی یک موتور توربوپراپ Kuznetsov NK-12 را با CRP جفت کرد تا بمب‌افکن افسانه‌ای Tupolev Tu-95 Bear را به حرکت درآورد. این هواپیما هنوز هم در سال ۲۰۲۵ می‌تواند نیروی بیشتری نسبت به هر توربوپراپ دیگری تولید کند. با این حال، پروانه‌های ضد چرخش بدون عیب هم نبودند. آنها پر سر و صدا، پیچیده و سنگین بودند. به ویژه مشکل سر و صدا، دلیل عدم استفاده از آنها در پروازهای مسافربری است.

پروانه ضد چرخش در کشتی‌ها و زیردریایی‌ها

اگرچه موتورهای جت در نهایت بر هواپیماهای ملخ‌دار سایه افکندند، پروانه‌های ضد چرخش همچنان یک مطالعه موردی جذاب در راندمان مهندسی هستند. این فناوری به مهندسی دریایی نیز راه یافت، جایی که CRPها برای کشتی‌ها و زیردریایی‌ها تطبیق داده شدند. در کاربردهای دریایی، CRPها می‌توانند راندمان را حتی بیشتر، تا ۲۰ درصد افزایش دهند. آنها همچنین این مزیت را دارند که میزان ارتعاشات و حباب‌های بخار تولید شده در آب را کاهش می‌دهند که به نوبه خود می‌تواند تخریب پروانه‌ها را کاهش دهد.

به طور کلی، این طراحی به پروانه‌هایی با قطر کوچکتر اجازه می‌دهد تا تانکرها و کشتی‌های باری بزرگ را با راندمان بیشتری به حرکت درآورند. این می‌تواند میزان سوخت مورد نیاز را حدود ۱۲ درصد کاهش دهد که باعث می‌شود کل عملیات ارزان‌تر شود.

در حالی که موتورهای جت مدرن همچنان بزرگتر و پیشرفته‌تر می‌شوند، پروانه‌های ضد چرخش هنوز هم می‌توانند با اندازه نسبتاً کوچک خود کارهای زیادی انجام دهند. چه در بمب‌افکن‌هایی که در آسمان غرش می‌کنند و چه در کشتی‌هایی که در اقیانوس حرکت می‌کنند، CRPها به عنوان یک قطعه مهندسی هوشمندانه ثابت کرده‌اند که می‌توانند یک سیستم را بدون نیاز به بازسازی کامل، بهبود بخشند.