بر فراز آسمان، سریع‌تر از صوت

همیشه سریع‌ترین‌ها جذاب هستند. گذشته از موشک‌ها، از سریع‌ترین ساخته‌های بشر هواپیماهایی هستند که بیشتر تاکنون جنبه نظامی یا تحقیقاتی داشته‌اند؛ از پرنده‌هایی که دهه‌ها پیش به پرواز درآمدند تا جنگنده‌هایی که همینک آسمان را در سیطره دارند.

ایکس ۱۵ افسانه‌ای

یکی از سریع‌ترین هواپیماهای ساخته شده توسط بشر نورث آمریکن ایکس ۱۵ نام دارد.

این هواپیما که در سال ۱۹۶۷ پرواز کرد توانسته بود به سرعت ۶.۷ ماخ دست پیدا کند سرعتی دیوانه کننده و کمی بیش از هفت هزار کیلومتر در ساعت.

برای رسیدن به چنین سرعتی، مهندسان، آیرودینامیک خاصی را در نظر گرفتند و بال‌ها برای رسیدن به این سرعت گُوِه‌ای شکل طراحی شد.

این طراحی برای سرعت بالای سرعت صوت انجام شده بود. به همین دلیل هواپیما در سرعت‌های زیر صوت دچار مشکل می‌شد و برای پرواز، این پرنده را زیر یک بمب‌افکن نصب کردند و در ارتفاع ۱۴ هزار متری این هواپیما از بمب‌افکن جدا شد.

در این شرایط موتور‌های هواپیما روشن می‌شدند و ایکس ۱۵ می‌توانست تا ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری از سطح زمین اوج بگیرد.

پرنده سیاه

این شاهکار مهندسی ساخت شرکت لاکهید است و توانسته به سرعت ۳.۵ ماخ دست پیدا کند. این هواپیما به‌طور مشترک در نیروی هوایی آمریکا و ناسا مورد استفاده قرار گرفت و بیش از ۳۰ فروند از آن ساخته شد.

پرنده سیاه توانایی پنهانکاری دارد. البته در صورت شناسایی هم سرعت بالا کمک می‌کند به‌راحتی از موشک‌ها پدافندی دشمنان فرار کند. در جریان جنگ سرد چندین بار این هواپیما توسط میگ‌های ۲۵ روسی تعقیب شده بودند.

در ساخت بدنه این هواپیما از موادی استفاده شده که در برابر درجه حرارت بالا قابلیت تحمل زیادی داشته باشند. در ساخت بدنه این هواپیما از تیتانیوم و آلیاژها خاص استفاده شده بود.

مهندسان برای ورودی هوا به موتورهای این هواپیما طراحی مخروطی شکل را در نظر گرفتند. مواد مورد کمی از هم فاصله دارند. این طراحی به این دلیل بود که در سرعت بالا و حرارت بالا قطعات بدنه منبسط می‌شدند و نیاز به فواصلی بود تا این انبساط امکان پذیر باشد.

این هواپیما با یکبار سوختگیری بیش از پنج هزار کیلومتر برد دارد و می‌تواند تا ارتفاع ۲۴ هزار متری از زمین اوج بگیرد. این ارتفاع بالا در کنار سرعت زیاد سبب شد تا هیچ‌گاه هیچ هواپیمایی نتواند تهدید برای آن باشد.

میگ ۲۵

میگ ۲۵ زمانی یکی از سلاح‌های بسیار پیشرفته شوروی بود حتی به دلیل نفوذ این هواپیما به آسمان ایران، آمریکا پیشرفته‌ترین هواپیما آن زمان خود اف-۱۴ را با موشک‌های فونیکس در اختیار ایران قرار داد.

میگ ۲۵ می‌تواند به سرعت ۳.۲ ماخ دست پیدا کند. این هواپیما مجهز به موشک شده بود تا بتواند در دوران جنگ سرد هواپیماهای جاسوسی آمریکایی را شکار کند.

در ساخت بدنه این هواپیما از آلیاژهای خاصی که ترکیب فولاد و نیکل بود استفاده شده است.

این هواپیماها در جنگ ایران و عراق به دلیل ارتفاع بالا و سرعت بسیار زیاد، تقریبا در بیشتر موارد توانستند از پدافند هوایی ایران محفوظ بمانند. با این حال اعلام شده است که حدود ۹ فروند از آن توسط اف ۱۴های ارتش ایران شکار شده‌اند.

میگ‌های ۲۵ عراقی توانسته‌اند تعداد زیادی از هواپیماهای نیروی هوایی ایران را نیز شکار کنند. رکوردار آن سرهنگ محمد ریان است که توانسته با میگ ۲۵ تعداد ۱۰ هواپیمای ایرانی را بزند. البته در نهایت این خلبان عراقی توسط یک اف ۱۴ ایرانی به خلبانی جلیل زندی در سال ۱۹۸۶ هدف قرار گرفت.

روس‌ها بعدها با رفع اشکال میگ ۲۵، میگ ۳۱ را ساختند. این هواپیما ولی سرعت کمتری دارد و می‌تواند به سرعت ۲.۷ ماخ دست پیدا کند.

بل ایکس دو

این هواپیما یک نمونه آزمایشی بود و در سال ۱۹۵۵ ساخته شد و در اصل پُلی بود برای رسیدن به هواپیماهای پر سرعت بعدی. با این وجود پس از گذشت بیش از ۶۰ سال همچنان در میان پرسرعت‌ترین هواپیماهای ساخته شده قرار دارد.

این هواپیما می‌توانست به سرعت ۳.۱ ماخ دست پیدا کند.

اما چه چیزی سبب شده است پس از گذشت چندین دهه همچنان رسیدن به سرعت سه برابر صوت به این میزان سخت باشد.

به بیان ساده، سیالاتی مانند هوا که قابل فشرده شدن هستند، با امواج صوتی از مسیر جریان آگاه می‌شوند و خود را با آن مطابقت می‌دهند. حال اگر سرعت به بالای سرعت صوت برسد، پیش از آن که هوا بتواند خود را با جریان هماهنگ کند برخورد بین هواپیما و هوا رخ می‌دهد. این برخورد سبب به وجود آمدن موج‌های ضربه‌ای می‌شود که معمولا به شکسته شدن سرعت صوت معروف است. اشتباه رایج این است که شکست دیوار صوتی فقط زمانی روی می‌دهد که سرعت هواپیما از سرعت صوت بیشتر شود. اما در واقع هواپیما مادامی که با سرعت‌های مافوق صوت در حال پرواز است، چنین موج‌های فشاری را که باعث بروز صدای انفجار مانند می‌شود، ایجاد می‌کند.

از طرفی سرعت که به بالای سرعت صوت برسد، بسیاری از قوانین فیزیک سیالات وارونه عمل می‌کنند. به دلیل چنین شرایطی طراحی بال و بدنه در هواپیماهایی که سرعت بالای صوت دارند با هواپیماهای عادی متفاوت است. به دلیل شکل گرفتن موج‌های ضربه‌ای در سرعت بالای سرعت صوت، به تقویت بدنه و مهندسی بهتر در سازه هواپیما نیاز است و مصرف سوخت هم به دلیل موج‌های ضربه‌ای به شدت افزایش پیدا می‌کند.

این شرایط هرچه سرعت هواپیما اضافه می‌شود تشدید می‌شود.