چرا هواپیماها بالچه دارند؟

آیا تا به حال از پنجره یک هواپیما به بیرون نگاه کرده اید؟ اگر اینطور است برایتان سوال پیش نیامده که آن تیزی یا زائده کوچکی که روی بال برخی از هواپیماها وجود دارد به چه منظور است و کاربردش چیست؟

زائده یا تیزی که به آن اشاره نمودیم «بالچه» نام دارد و مدتی است که روی اغلب هواپیماها به کار گرفته می شود. اما علت وجود آنها چیست؟

آنطور که رابرت گرک متخصص ایرودینامیک بوئینگ گفته این بالچه ها دِرَگ مربوط به ایجاد نیروی برا را کاهش می دهند. گرک در ادامه اظهار نمود که درک علت عملی وجود بالچه ها ساده تر از چیزی است که تصورش را نمایید.

بالچه ها به بال ها کمک می کنند که در زمان ایجاد نیروی برا بهره وری بیشتری داشته باشند و این یعنی هواپیماها انرژی کمتری را از موتور خواهند گرفت. همین مساله باعث می شود که مصرف سوخت هواپیما اقتصادی تر شود، تصاعدات کربنی اش به پایین ترین حد خود برسند و در مجموع هزینه های تحمیلی بر دوش خطوط هوایی نیز کمتر شود.

بوئینگ مدعی شده بالچه هایی که روی هواپیماهای 577 و 767 خود کار گذاشته مصرف سوخت آنها را تا 5 درصد کاهش داده و تصاعدات کربنی شان را نیز به همین میزان پایین آورده. به این ترتیب چنانچه یک ایرلاین 58 فرورند بوئینگ 767 را در ناوگان خود داشته باشد آنگاه می تواند سالانه 500 هزار بشکه در مصرف سوخت خود صرفه جویی نماید.

بالچه ها همچنین درگ القایی را هم پایین می آورند (وقتی یک شی در حال حرکت مسیر جریان هوای ورودی را تغییر دهد، نوعی نیرویی ایرودینامیکی را ایجاد می کند که به آن درگ القایی می گویند).

وقتی هواپیمایی در حال پرواز باشد، فشار هوایی که در بالای بال قرار دارد پایین تر از فشار هوای موجود در زیر آن است. در نزدیکی راس بال ها، هوای پرفشار زیر بال با هوای کم فشار روی آنها برخورد می کند و نوساناتی را به وجود می آورد.

نوسانات در سه وجه مختلف روی بال ها اعمال می شوند و هوا را به سمت بالا، روی بال ها و عقب می فرستند، که به این پدیده آخر (یعنی اعمال نیرو به عقب) درگ القایی می گویند.

اما با ابداع بالچه، هواپیماها امکان یافتند که توان وارده ناشی از نواسانات راس بال را کم کنند و مهم تر از همه اینکه درگ القایی را به کمترین میزانش برسانند. نکته دیگری که باید به آن اشاره گردد این است که درگ القایی را با بلندتر ساختن بال ها هم می توان از بین برد. قانون کلی این است: هرچه فاصله میان راس بال ها از هم بیشتر باشد، درگ القایی شان نیز کمتر خواهد بود.

اما در بسیاری از موارد این امکان برای تولید کنندگان هواپیما فراهم نیست که بال ها را بلندتر بسازند. برای مثال، هواپیماهایی که بدنه ای باریک دارند (مثلا بوئینگ 737 که برای سفرهای داخلی کوتاه و متوسط طراحی شده) معمولا در نزدیکی گیت های فرودگاهی پارک می شوند و پروازشان را هم از آنجا انجام می دهند.

چون در این پروازها معمولا به هواپیماهای کوچکی نیاز است، فضای کمتری هم برای توقف آنها در محیط های فرودگاهی وجود دارد. در نتیجه فاصله میان راس بال ها، ارتباط مستقیمی با فضای پارکینگ آنها پیدا می کند و براساس همان هم ساخته می شود.

بنابراین تولیدکنندگان هواپیما به جای آنکه بال ها را بلندتر بسازند به آنها بالچه اضافه می کنند که در واقع زائده ای عمودی است و به راس بال ها اضافه می گردد.

البته در برخی موارد به بالچه هم نیازی نیست زیرا محدودیت فضایی در فرودگاه وجود ندارد. برای نمونه هواپیمای پرفروش بوئینگ 777 که بدنه ای عریض دارد فاقد بالچه است. طبق گفته گرک این امر به آن خاطر است که 777 در پایانه های بین المللی به خدمت گرفته می شود که برای جامبوجت های بزرگ طراحی شده اند. به همین خاطر بوئینگ و کارشناسانش نتیجه گرفتند که عملکرد 777 بدون وجود بالچه ها هم در سطح مطلوب است.

بالچه ها در ابتدا توسط یکی از کارشناسان مرکز تحقیقاتی Langley متعلق به ناسا در سال 1976 میلادی طراحی شدند و از آن زمان تاکنون تولید کنندگان هواپیما نیز مرتبا تمام تلاش خود را به کار گرفتند تا طراحی و اثربخشی این سازه ها را بهبود دهند.

براساس اعلام نظر گرک، نسل نخست بالچه ها روی مدل هایی نظیر بوئینگ 747 به خدمت گرفته شد و به لطف آنها مصرف سوخت هواپیما در حدود 3 درصد نسبت به مدل های فاقد بالچه بهبود پیدا کرد.

نسل دوم بالچه ها (نظیر نمونه های به خدمت گرفته شده روی 737، 757 و 767) اما نسبت به مدل های اولیه شان به مراتب بزرگ تر هستند و انحنای بیشتری دارند. این نسل قادرند میزان مصرف سوخت یک هواپیما را تا 4 الی 6 درصد پایین بیاورند.

بوئینگ اما نسل سوم این بالچه ها را هم ارائه داده که نسبت به نسل دوم بین 1 الی دو درصد بهره وری سوخت را افزایش می دهند.