هواپیماها چقدر شبیه پرندگان هستند؟
شباهت هواپیما و پرندگان، یکی از اولین پرسش‌ها و چالش‌های کودکانه‌ای است که بدون‌تردید زمانی در ذهن اغلب ما بازتاب داشته و سوالات بیشماری را سبب شده است. برخی از ما با پاسخ بزرگترها قانع شده‌ایم و برخی شاید حتی جواب درست را هم نگرفته و کلاً از خیر مساله گذشته‌ایم. اگر این پرسش هنوز هم گوشه‌ای از ذهن شما را قلقلک می‌دهد در ادامه با ما باشید:
تفاوت پرواز پرندگان شکاری با سایر پرنده‌ها
پرندگان شکاری مانند عقاب‌ها، قرقی‌ها، سنقرها، سارگپه‌ها، کرکس‌ها، کورکورها و شاهین‌ها از جمله پرندگانی هستند که می‌توانند مسافت زیادی را بدون بال زدن طی کنند. اگر به ساختار بال‌های آنها دقت کنید، اولین چیزی که خواهید دید بال‌های عریض و نوک تیز است. در حالیکه در پرندگانی مثل قرقاول، کبک و اردک، بال‌ها کوتاه و لبه آنها تقریباً گرد است. بدیهی است که ساختمان بال‌ها و نحوه پروازی که بدان‌ها اشاره شد، منجر به تفاوت محسوس میان قدرت و مسافت پروازی پرندگان شکاری می‌شود. پرواز هواپیماها نیز در اصل حاصل الگوبرداری از پرندگان بالاخص پرندگان شکاری است که با بال‌های باز در آسمان اوج می‌گیرند. جالب اینجاست که این الگوبرداری هنوز که هنوز است تکمیل نشده و شاهد این مدعی نیز ساخت جدیدترین و آئرودینامیک‌ترین نسل هواپیماهای شکاری است.
اما سوال اینجاست که چرا ساختمان بال‌ها و نحوه پرواز پرندگان شکاری با سایر پرنده‌ها فرق دارد؟
پاسخ به این سوال ساده است: چگونگی زندگی، سیستم تغذیه و شرایط محیط‌زیست مهمترین عامل این تفاوت آشکار است.
راز و رمز پرواز
زمانی که یک پرنده بال می‌زند، نخست نیروی مقاومت هوا به زیر بال‌هایش فشار وارد می‌کند و در اصل همین نیرو است که پرنده را به بالا می‌کشد. اما هنگام حرکت به جلو، نیروی مقاومت هوا که در جلو و زیر بال‌ها وجود دارد، همراه با حالت خاص بال زدن، باعث می‌شود که هوا با فشار به عقب رانده شود و در نتیجه پرنده به جلو حرکت و در عین حال به بالا صعود کند.
تفاوت پرنده و هواپیما در این است که در هواپیما بال‌ها ثابت هستند ولی در پرندگان بال‌ها به بالا، پایین و حتی عقب حرکت می‌کنند یعنی در اصل نیروی حرکتی پرنده، حاصل بال زدن است اما در هواپیما بال‌ها به شکلی طراحی شده‌اند که هوا را سریعتر در قسمت بالای بال‌ها جابجا کنند. در نتیجه زمانیکه هوا سریعتر جابجا می‌شود، فشار هوا نیز بالطبع کاهش پیدا می‌کند. فشار بالای بال‌های هواپیما کمتر از فشار زیر بال‌ها است. این تفاوت فشار در جای خود نیرویی بر بال‌ها وارد می‌کند که در عمل باعث می‌شود تا بال‌ها به سمت بالا کشیده شوند.
از طرف دیگر حالت و شکل بدن پرندگان کاملاً دوکی شکل (Aerodynamic) است و بال آنها به خاطر وضعیت مقعر و سطح وسیعی که بواسطه حضور پرها در آن ایجاد می‌شود، می‌تواند مثل هواپیما فشار هوا را در سطح بالای بالاها کاهش دهند ولی بالعکس در زیر بال‌ها حداکثر فشار را داشته باشند. پس راز پرواز پرنده‌ها در اصل حاصل عوامل مکانیکی ناشی از رابطه متقابل پرها و فشار هوا است و عین همین مساله منتهی با تفاوت‌هایی خاص در هواپیما نیز صدق می‌کند. در هواپیما این طراحی خارق‌العاده حاصل از ذهن بشر است که جای کمبودهای طبیعی را گرفته است.
یک مثال ساده
یک تکه کاغذ را بالای دهان خود نگه دارید و بر بالای آن بدمید. دمیدن شما باعث می‌شود که هوا در بالای آن به سرعت جریان پیدا کند اما هوا در پایین به این سرعت حرکت نمی‌کند پس کم‌کم می‌بینید که کاغذ بلند می‌شود. این امر مشابه همان اتفاقی است که در هواپیما می‌افتد، سرعت بالای هواپیما در حین پرواز نیز به همین خاطر است چرا که اگر سرعت اینقدر نباشد، امکان پروازی وجود ندارد. سرعت جریان هوا در بالا و پایین بال هواپیما با یکدیگر فرق دارد و به همین دلیل است که بال هواپیما بلند می‌شود. از این تاثیر در زبان علمی تحت عنوان «اثر برنولی» (Bernoulli Effect) یاد می‌شود. برنولی دانشمندی بود که راز اختلاف فشار را بر بالا و پایین بال یا در اصل همان عامل حرکت رو به بالا را کشف کرد.
طراحی منحصربفرد
اگر به بال هواپیما دقت کنید، متوجه شکل خاصی می‌شوید که به این شکل خاص (Airfoil) می‌گویند. این واژه در حقیقت اشاره دارد به همان سطح بال هواپیما که برای برخاستن از زمین و حفظ کنترل بوسیله‌ی جریان هوا طراحی شده است. همانطور که پیش‌تر هم اشاره شد، این فشار است که عامل حرکت هواپیما است. فشار زیادی که در زیر بال ایجاد می‌شود آن را به سمت بالا یعنی جایی که در عمل فشار کمتر است، می‌راند یا اصطلاحاً هل می‌دهد.
بعضی هواپیماها عیناً الگوبرداری شده از پرندگان بالاخص پرندگان شکاری هستند. هواپیمای (Gulfstream G650) و هواپیمای (Dassault Falcon 7X) که انتهای بال آنها رو به بالا است نمونه‌ای از الگوبرداری از سر شاهپرهای پرندگان شکاری هستند. این بال‌های نوک تیز در اصل باعث انعطاف‌پذیری بیشتر هواپیما می‌شوند. در سر بال‌های این هواپیماها نه‌تنها جریان‌های گردابی هوا از بین می‌رود بلکه در عین حال طول بال ۸ درصد کوتاهتر و استحکام بال نیز چند برابر می‌شود.
نوک بال‌های داسو فالکن ۷ ایکس مثل پرندگان شکاری رو به بالا است.
بعضی از بمب‌افکن‌ها هم بر اساس چنین الگوبرداری‌هایی طراحی شده‌اند. (B2 Spirit) یک نوع بمب‌افکن رادارگریز است که به آن شبح می‌گویند. این بمب‌افکن یک هواپیمای چندمنظوره است که شرکت بوئینگ به همراه کمپانی (Northrop Grumman) طراحی کرده و ۴۴.۷۵ میلیارد دلار هزینه کل این پروژه بوده است. اگر از سمت جانبی به آن نگاه کنید، شباهت محسوسی میان آن و قرقی‌ها (Hawks) می‌بینید. قرقی‌ها پرندگانی با بال‌های کوتاه و گردن و دم دراز هستند که نسبت به سایر اعضای خانواده قوش‌ها کوچکتر هستند. پرواز فوق سریع، فرم خاص دوکی بدن و نوک رو پایین این پرنده عیناً ویژگی‌هایی است که در این بمب‌افکن خاص نیز الگوبرداری شده است.
تحقیقات دانشمندان دانشگاه کالیفرنیای جنوبی نشان داده که هر چقدر زاویه بال هواپیماها مثل پرندگان بیشتر و بدنه آنها چاق‌تر باشد، نه‌تنها بهتر و سبک‌تر پرواز می‌کنند بلکه حتی از نظر مصرف سوخت نیز کارآمدتر هستند. همانطور که مشاهده می کنید، شباهت میان پرندگان و هواپیماها تنها در ظاهرشان نیست بلکه در عمل این واقعیت‌های فیزیکی هستند که بهترین شکل در هواپیماهای مدرن در حال الگوبرداری هستند.
