ثبات و پایداری پرواز

هواپیمای برادران رایت پایداری طولی(Longitudinal Stability)نداشت و پایداری جانبی(Directional Stability)آن نیز خنثی بود در حالی که بال هواپیما زاویة هفتی(Anhedral)داشت. سیستم کنترل غلت(Roll control)هواپیما نیز تأثیر نامطلوب بر پایداری جانبی آن میگذاشت.

با در نظر گرفتن این واقعیات می توان نتیجه گرفت که دلیل موفقیت این دو برادر در سرعت و بار روی بال کم، مقاومت بالای سازه هواپیما و تمرینات بسیار آنها بود. بررسی گزارش های پروازی این دو برادر نشان میدهد که در اکثر مواقع آنها کنترل بیش از حد اعمال کرده و پرواز زمانی پایان میگرفت که در انتهای یک موج نوسانی(Oscillation)، اسکیدهای(Skids)هواپیما، تصادفاً با زمین تماس پیدا میکرد.

در اوایل عصر پرواز، قوانین مشخص و مدوّنی در مورد نحوة اعمال پایداری و ثبات در هواپیما و نیروی لازمه جهت حرکت دادن سطوح فرمان (کنترل) وجود نداشته و موفقیّت یک طرح جدید اعمال قدرت و نیروی زیاد و به موقع از جانب خلبان بستگی داشت.

همانگونه که پیشتر گفته شد، بی ثباتی آیرودینامیکی را می شد تا حدّی با اتکا به توانائیهای خلبان اصلاح کرد؛ امّا با افزایش وزن و سرعت هواپیماها، نرخ واگرایی(Divergence)از حرکت پایدار به قدری فزونی یافت که کنترل هواپیما از توان خلبان انسانی خارج شده و ایجاد پایداری و ثبات آیرودینامیکی ذاتی(Inherent Aerodinamic stability)برای هواپیما الزامی گشت.

	در جنگ اول جهانی تعداد هواپیماهای انگلیسی از بین رفته ناشی از سوانح بسیار بیشتر از هواپیماهای ساقط شده توسط دشمن بود.

تفاوت فلسفة طراحی پیشگامان اروپائی و امریکائی در نحوة اعمال این فاکتور بود. اروپائیان تأکید داشتند که یک هواپیما باید دارای پایداری ذاتی باشد (بدون ایجاد محدودیت در قابلیت مانور) به گونه ای که هواپیما بدون اعمال کنترلِ خلبان به پرواز مستقیم ادامه دهد. تا سال 1909، هواپیماهای موفق دارای مشخصات مشترک زیر بودند:

الف) دارای پیکربندی یک باله، یا دو باله بوده و این بالها از انواع کوژبال(Cambered)بودند.

ب) از سکان افقی برای کنترل زاویة تاب استفاده میکردند. البته در انواع یک باله مکان افقی عقب تر از بال اصلی و در انواع دو باله این مکان جلوتر از بال اصلی قرار میگرفت.

ج) از سکان عمودی در عقب و به منظور ایجاد پایداری جانبی(directional Stability)استفاده میکردند.

د) از مکانیزم خمش بال(Wing warping)و یا شهپر(Aileron)به منظور ایجاد کنترل و پایداری عرضی(13) و غلتشی (هماهنگ با سکان عمودی) استفاده میکردند.

در بین سالهای 1912 تا 1908 پیکربندی هواپیماها به سمت همگنتر پیشرفت کرده و هواپیماها از حالت ناهمگن اولیه (مثل هواپیمای برادران رایت) خارج شدند. برای اولین بار در سال1947 دیوار صوتی توسط هواپیمای آزمایشیX –1 نیروی هوایی ایالات متحده امریکا شکسته شد و به دنبال آن تحقیقات روی سرعتهای صوت و مافوق صوت آغاز گشت. یکی از مسائل عمده که کارشناسان با آن مواجه شدند، کاهش پایداری جانبی و حتی از دست رفتن کامل آن در سرعتهای مافوق صوت بود.

اگرچه در سرعتهای میان صوت کارایی سکان عمودی(Fin Effectiveness)درصدی افزایش مییابد، ولی در سرعتهای 4/1 ماخ به بالا شدیداً این کارایی کاهش می یابد. هر دو هواپیمای تحقیقاتیX-2, X-1A در حداکثر سرعت خود، حتّی در صورت آرامترین دور زدن نیز کاملاً از کنترل خارج میشدند. این پدیده که به جفتشدگی اینرسیایی مشهور شد، تا مدتهای مدیدی تکامل جنگنده های مافوق صوت را تحت الشعاع قرار داده بود.

واماندگی(Stall)و فر چرخش(Spin)باعث بروز خسارات جانی و مالی فراوانی گردیده بود، جای تعجب است که تا سال 1918 مطالعات کمی روی این پدیده انجام شده بود. در زمان جنگ اوّل جهانی ساکنان اطراف پایگاه های هوائی مکرراً با صحنة خاموش شدن موتور، واماندگی، فر چرخش و سقوط هواپیما روبرو می شدند.


عقیدة عموم و حتی کارشناسان بر این بود که این سوانح براثرخاموش شدن موتور پس از برخاستن است و از مخاطرات طبیعی پرواز میباشد. امّا تجزیه و تحلیلهای علمی تر بعدی مشخص کرد که این سقوط ها به دلیل طبیعت شکنندة هواپیماهای آن دوره و مسائل روانی ـ آموزشی بوده است.

سرعت واماندگی(Stall-speed)هواپیماها تنها10 الی20 مایل در ساعت (16 الی 32 Km/h ) کمتر از سرعت اوجگیری(Cilimbing speed)بود و در صورت از کار افتادن موتور، خلبان می بایست با اقدام سریع از افت سرعت جلوگیری میکرد. امّا مشکل روانی در این بین، سعی خلبان در بازگشت به فرودگاه بود. در تئوری، اگر هواپیما به ارتفاع 300 پائی(100 متری) رسیده باشد، امکان دور زدن و فرود در باند با باد پشت سر(Down Wind)وجود دارد، امّا، آمار سوانح آن دوره نشان میدهد که، صدها خلبان با وجود رسیدن به ارتفاع 300 پائی، هواپیمایشان در هنگام دور زدن دچار واماندگی شده و سقوط کرده است.

در آن دوره، اکثر خلبانان بر این عقیده بودند که در زمان دور زدن و در صورت بروز باد از پشت باید اقدام به سرش جانبی(Side slip)کرد. متأسفانه در سرش جانبی سرعت هواپیما بشدت کاهش می یابد ولی به دلیل نزدیکی با زمین، خلبان کاهش سرعت را حس نمیکند تا اینکه دچار واماندگی میشود.

تا پیش از سال 1916 و در نبود یک شیوة مدرن و مؤثر جهت اجتناب از واماندگی در هر ارتفاعی، واماندگی منجر به پدیدة فر چرخش میشد. نهایتاً خلبانان این پدیده را به عنوان یک حالت پس از واماندگی پذیرفته و روش خروج از آن با جلو دادن اهرم کنترل(Stick)رایج گشت.