چرخش مرگبار در آسمان؛ دلیل سقوط رعب‌انگیز هواپیمای برزیلی چه بود؟ (+عکس)

روز نهم آگوست (۱۹ مرداد) هواپیمایی متعلق به شرکت هواپیمایی برزیلی Voepass با ۶۲ سرنشین در نزدیکی شهر وینه‌دو در ایالت سائوپائولو سقوط کرد و تمامِ سرنشینان آن جان باختند. بررسی اولیه‌ی کارشناسان هواپیمایی پس از سقوط نشان داد که تجمع یخ روی بال‌ها در ارتفاع ۱۲۰۰۰ تا ۲۱۰۰۰ فوتی (۳٫۶ تا ۶٫۴ کیلومتر) می‌تواند یکی از دلایل احتمالی سقوط باشد، اما برای نتیجه‌گیری قطعی هنوز زود است.

همچنین، داده‌های اولیه نشان می‌دهد هواپیما قبل از سقوط در ارتفاع ۱۷۰۰۰ فوتی (۵٫۱ کیلومتر) پرواز می‌کرده است. این هواپیما از نوع دو موتوره توربوپراپ کوتاه برد به‌نام ATR 72 بود که توسط شرکت هواپیماسازی فرانسوی‌ایتالیایی ATR تولید می‌شود.

به گزارش زومیت، فیلم‌های متعددی از لحظه‌ی سقوط این هواپیما به‌سرعت در فضای مجازی پخش شد و کاربران را به حیرت واداشت. اگر فیلم لحظه‌ی سقوط این هواپیما را دیده باشید، متوجه خواهید شد که هواپیما با سرعت بسیار بالایی ارتفاعِ خود را کاهش می‌دهد، سپس با چرخش به دور خود به زمین نزدیک می‌شود. به این دو حالت‌ به‌ترتیب استال یا واماندگی (Stall) و فلت اسپین (Flat Spin) گفته می‌شود؛ رخ دادن این دو حالت بسیار غیرمعمول و عجیب است.

برای آن‌که هواپیما وارد چرخش شود، ابتدا باید پدیده‌ی استال رخ دهد و زمانی که این اتفاق می‌افتد، حتما نیرویی به نام «نیروی سمت‌گشت» (Yawing force) وجود خواهد داشت. در این مطلب، در مورد چرایی وقوع این دو حالت به هنگام سقوط هواپیما صحبت خواهیم کرد.

برای آشنایی با مفهوم استال، بال هواپیما و قسمت‌های مختلف آن مانند لبه‌ی فرار (Trailing Edge) و لبه‌ی حمله (Leading Edge) را در نظر می‌گیریم. به اولین نقطه‌ای که هوا به هنگام حرکت هواپیما با آن برخورد می‌کند، لبه‌ی حمله می‌گوییم. این لبه جلوی بال قرار دارد و معمولا تیز یا گرد طراحی می‌شود. لبه‌ی حمله، هوا را می‌شکافد و جریان هوا را روی سطح بال هدایت می‌کند.

به آخرین نقطه‌ای که جریان هوا از روی بال جدا می‌شود، لبه‌ی فرار می‌گوییم که انتهای بال قرار گرفته و معمولا نازک‌تر از لبه‌ی حمله است. این لبه به جریانِ هوای روی بال اجازه می‌دهد تا به آرامی از آن جدا شود.

خطی به نام وتر (Chord Line) در جهتِ بال و از لبه‌ی فرار به لبه‌ی حمله رسم می‌کنیم. اگر بال هواپیما به سمت چپ حرکت کند، هوا در جهت مخالف بال و از چپ به راست جریان دارد. وتر و جهت جریان هوا با یکدیگر زاویه‌ای به نام زاویه‌ی حمله (Angle of Attack) می‌سازند که به‌طور معمول اندازه‌ی آن کمتر از ۹۰ درجه است. زاویه‌ی حمله، مقدار نیروی بالابری وارد شده بر بالِ هواپیما را مشخص می‌کند.

تصویر زیر نیروهای وارد شده بر بال هواپیما به هنگام حرکت در آسمان را نشان می‌دهد. نیروی درگ یا نیروی پسار در جهت مخالف حرکت بالِ هواپیما (در اینجا به سمت راست) بر آن وارد می‌شود. این نیرو در واقع مقاومتِ سیال (هوا) در برابر حرکت جسم است. بال‌های هواپیما به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که نیروی درگ کاهش و نیروی بالابری افزایش یابد.

نیروی بالابری، نیرویی است که عمود بر جهت حرکت بالِ هواپیما، بر آن وارد می‌شود و عاملِ اصلی پرواز هواپیما‌ها است. این نیرو به‌دلیلِ اختلافِ فشار بین سطح بالایی و پایینی بال به‌وجود می‌آید. اما اختلاف فشار چگونه به‌وجود می‌آید؟ سطح بالای بالِ هواپیما انحنا دارد، بنابراین جریان هوا هنگام عبور از این قسمت با سرعت بالاتری حرکت می‌کند و مقدار فشار هوا در این قسمت، کمتر از فشارِ هوا در قسمتِ پایینِ بال است. درنتیجه‌ی این اختلافِ فشار بین بالا و پایینِ بالِ هواپیما، نیروی بالابری ایجاد و سبب حرکت هواپیما به سمت بالا می‌شود.

علاوه‌بر نیروهای درگ و بالابری، دو نیروی دیگر نیز به هنگام پرواز بر بالِ هواپیما وارد می‌شوند؛ نیروی جاذبه که مقدار آن به جرمِ هواپیما بستگی دارد و در حالتِ تعادل، با نیروی بالابری برابر است. نیروی دیگر، نیروی رانش نام دارد که موتورِ هواپیما با تولید آن، هواپیما را به جلو می‌راند.

تا اینجا با ساختار کلی بالِ هواپیما و نیروهای وارد شده بر آن به هنگام پرواز آشنا شدیم. در ادامه، توجه خود را به حرکت بالِ هواپیما به هنگام عبور جریان هوا از آن معطوف می‌کنیم. در ویدیوی زیر، هوا به صورت روان روی بال جریان دارد که به آن جریان آرام (Laminar flow) می‌گوییم. در این جریان، لایه‌های مختلفِ هوا به صورت منظم و موازی یکدیگر حرکت می‌کنند و هیچ آشفتگی یا جریان گردابی وجود ندارد.

اما با تغییر زاویه‌ی حمله چه اتفاقی رخ می‌دهد؟ با افزایش این زاویه، نیروی بالابری نیز افزایش می‌یابد. این بدان معنا است که هواپیما بیشتر به سمت بالا حرکت می‌کند. اما افزایش نیروی بالابری، تنها تا زمانی ادامه می‌یابد که هوا به سطح بال چسبیده باشد. اگر زاویه‌ی حمله بیش از حد زیاد شود، جریان هوا از سطح بال جدا می‌شود و نیروی بالابری به‌شدت کاهش می‌یابد.

با افزایش زاویه‌ی حمله بیشتر از مقداری مشخص، جریان هوا از سطح بال جدا می‌شود و به شکل آشفته و گردابی در می‌آید. جدا شدن جریان هوا از روی بال باعث کاهش شدید نیروی بالابری و افزایش ناگهانی مقاومت هوا یا نیروی درگ می‌شود. این وضعیت برای هواپیما بسیار خطرناک است. در این حالت، پدیده‌ی واماندگی یا استال رخ می‌دهد.

گفتیم هرچه زاویه‌ی حمله بزرگ‌تر شود، مقدار نیروی بالابری کاهش می‌یابد. سرانجام وقتی زاویه‌ی حمله بزرگ‌تر از مقدار مشخصی شود، نیروی بالابری به طور کامل از بین می‌رود. به این زاویه، زاویه‌ی حمله‌ی بحرانی می‌گوییم که مقدار آن در هواپیماهای مختلف، متفاوت است.

اگر وزن ناخالص هواپیما (کلِ وزن هواپیما در هر لحظه از پرواز) را تغییر دهیم چه اتفاقی می‌افتد؟ این تغییر چه تاثیری بر زاویه‌ی حمله‌ای که هواپیما در آن دچار واماندگی یا استال می‌شود، خواهد داشت؟ پاسخ این است که هیچ تاثیری ندارد. زاویه‌ی حمله‌ای که هواپیما در آن دچار واماندگی می‌شود، صرف‌نظر از تغییر وزن ناخالص هواپیما، ثابت می‌ماند. بنابراین، وزن هواپیما بر سرعت واماندگی تاثیر می‌گذارد، اما بر زاویه‌ی حمله بحرانی بی‌تاثیر است.

تا اینجا فهمیدیم افزایش زاویه‌ی حمله به بیش از مقدار بحرانی منجر به پدیده‌ی استال می‌شود. اما چرا هواپیمای برزیلی پس از استال دچار چرخش یا اسپین شد؟ در ادامه به این پرسش پاسخ می‌دهیم.

اسپین یا چرخش در هواپیما، وضعیتی اضطراری و بسیار خطرناک است که در آن هواپیما به دور محور عمودی خود شروع به چرخیدن می‌کند. این وضعیت معمولا پس از استالِ (واماندگی) تشدید‌شده رخ می‌دهد.

شهپرها اجزای کوچکی هستند که نقش بزرگی در کنترل پرواز هواپیما ایفا می‌کنند. آن‌ها با ایجاد نیروی بالابری نامتقارن در دو بال، به خلبان اجازه می‌دهند تا هواپیما را حول محور طولی خود بچرخاند و به سمت چپ یا راست متمایل شود. برخی هواپیماها با روش‌های ساده‌تری مانند کاهش قدرت و رها کردن کنترل‌ها می‌توانند از حالت چرخش نجات پیدا کنند.

در هواپیماهای چندموتوره که در آن‌ها موتورها به بال‌ها متصل شده‌اند، رهایی از چرخش معمولی بسیار سخت‌تر است، زیرا موتورها از مرکز ثقل هواپیما فاصله‌ی زیادی دارند. در این حالت، نیروی ژویروسکوپی بزرگی ایجاد و چرخش معمولی به چرخشِ تخت (Flat Spin) تبدیل می‌شود. در این چرخش، دماغه‌ی هواپیما در ارتفاع بالاتری از دماغه‌ی هواپیما در چرخش معمولی قرار می‌گیرد.

به‌طور معمول، چرخش تخت هنگامی رخ می‌دهد که قدرت موتور کاهش نیابد، شهپرها در جهت مخالف چرخش حرکت کنند و مرکز ثقل بیش از حد عقب باشد. بنابراین، شرایط زیادی وجود دارند که می‌توانند منجر به ایجاد چرخش تخت شوند.

همان‌طور که در ابتدای مطلب گفتیم، هواپیما به هنگام سقوط در ارتفاع ۱۷۰۰۰ فوتی از سطح زمین بود و طبق گزارش‌ها، در این ارتفاع احتمال یخ‌زدگی شدید وجود داشت. در این وضعیت، مقدار زیادی یخ به‌سرعت روی سطوح هواپیما مانند بال‌ها، بدنه و سیستم‌های کنترل تشکیل می‌شود. درنتیجه‌ی این یخ‌زدگی، عملکرد هواپیما به‌شدت تحت‌تاثیر قرار می‌گیرد و حتی ممکن است کنترل آن از دست خلبان خارج شود.

هواپیمای ATR 72 از «بوت‌های ضدیخ» استفاده می‌کند که به‌صورت فیزیکی یخ‌هایی را که روی بال‌ها جمع می‌شوند، می‌شکند و از بین می‌برد. درمقابل، هواپیماهای جت اغلب از گرمایی که از موتور‌ها منتقل می‌شود، برای ذوب‌کردن یخ روی بال‌ها استفاده می‌کنند. به‌گفته‌ی برخی متخصصان، هواپیماهای توربوپراپ در شرایط آب‌وهوایی شدید به خوبی هواپیماهای جت عمل نمی‌کنند.

درنهایت، احتمال می‌رود حسگرهای هواپیمای پرواز ۲۲۸۳ به‌دلیل یخ‌زدگی روی بال‌ها و بدنه‌ی هواپیما، به‌درستی کار نکرده‌اند و اطلاعات نادرستی به خلبان مخابره شده‌ است. ازاین‌رو، هواپیما وارد حالت استال و در ادامه چرخشِ تخت شد؛ لحظه‌ای بی‌بازگشت. بااین‌حال، هنوز تحقیقات در خصوص علت اصلی سقوط هواپیما در دست بررسی است و تا آن موقع، نمی‌توان به‌طور قطع درباره‌ی علت این حادثه‌ی ناگوار نظر داد.