SR-۷۱ Blackbird؛ چطور سریع‌ترین هواپیمای جهان گرما و سرمای شدید را تحمل می‌کرد؟ (+عکس)

26 سال پس از بازنشستگی از نیروی هوایی ایالات متحده و 25 سال پس از بازنشستگی از سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا)، هواپیمای SR-71 Blackbird (به طور غیررسمی با نام مستعار “هابو” [Habu]در اشاره به گونه‌ای از افعی‌های گودالی سمی بومی جزایر ریوکیو ژاپن) با حداکثر سرعت ثبت شده 3.56 ماخ (4،395.887 کیلومتر بر ساعت) همچنان سریع‌ترین هواپیمای هواتنفسی است که تاکنون ساخته شده است.

به گزارش روزیاتو، اس‌آر-71 بلک‌برد سریع‌ترین هواپیمای سرنشین‌دار تاریخ می‌باشد که از روی باند به پرواز در می‌آید. البته نورث امریکن ایکس-15 تقریبا دو برابر آن یعنی حدود 6 ماخ سرعت دارد ولی، چون به تنهایی قادر به برخاستن از باند نیست و باید از زیر بال هواپیمایی دیگر بلند شود در رده هواپیما‌های استاندارد قابل پرواز محسوب نمی‌شود.

این سرعت بسیار زیاد باعث تولید گرمای شدیدی نیز می‌شود، از آنجایی که دمای 1000 درجه فارنهایت (500 درجه سانتیگراد) به دماغه و کابین خلبان هواپیما هجوم می‌برد. به قول معروف، “اگر نمی‌توانی گرما را تحمل کنی، از آشپزخانه برو بیرون”. در این مطلب از روزیاتو به نبوغ مهندسی می‌پردازیم که بلک برد را قادر می‌سازد تا به راحتی از پسِ گرمای شدید پرواز در چنین سرعت‌هایی برآید.

چرایی و چگونگی گرما و سرما

دلیل گرمای شدید یک موضوع کاملاِ علمی است. اصطکاک ناشی از برخورد مولکول‌های هوا با لبه‌های سطحی هواپیما، انرژی بالقوه آنها را به انرژی گرمایی، یعنی گرما تبدیل می‌کند. بنابراین، هرچه سرعت پرواز بیشتر باشد، هواپیما در معرض دمای بالاتری قرار خواهد گرفت.

اما صبر کنید، چیز‌های بیشتری وجود دارد! انگار آن گرمای شدید به اندازه کافی یک چالش نبود، چالش همزمان طرف مقابل طیف دما، یعنی سرمای شدید نیز وجود دارد. “هابو” به طور معمول در ارتفاع 70،000 فوتی (21،336 متری) پرواز می‌کند، جایی که دمای بیرون آن -55 درجه سانتیگراد است، و این بدان معنی است که بخش‌هایی از این پرنده جنگی در گرمای شدید خواهند بود در حالی که قسمت‌های دیگر در معرض سرمای شدید قرار دارند.

راه حل شماره 1: رنگ آمیزی

پس، چطور کلارنس “کلی” جانسون فقید (27 فوریه 1910- 21 دسامبر 1990) و تیم او از نوابغ طراحی و مهندسی هواپیما در بخش افسانه‌ای Skunk Works لاکهید (اکنون لاکهید مارتین) این معما را حل کردند؟

آنطور که جنی ما در مقاله‌ای در ژوئن 2020 در مجله Medium توضیح می‌دهد، بخش اول راه حل به طرز مبتکرانه‌ای ساده بود (“KISS” که در عرصه نظامی مخفف عبارت Keep It Simple. Stupid به معنای «ساده طراحی کن. احمق» است).

«راه حلی که مهندسان لاکهید مارتین به آن دست یافتند به طرز شگفت انگیزی ساده بود – رنگ سیاه. بن ریچ از SkunkWorks یک درس ابتدایی از دوران مدرسه را به یاد آورد: رنگ سیاه هم گرما را ساطع می‌کند و هم گرما را جذب می‌کند، بنابراین در توزیع گرما در سطح عالی است. به همین خاطر این هواپیما به رنگ مشکی (در واقع آبی بسیار تیره) رنگ آمیزی شد و نام آن Blackbird گذاشته شد».

راه حل شماره 2: تیتانیوم

تیتانیوم به دلیل مقاومت در برابر دما‌های بالا و همچنین وزن سبک آن در مقایسه با فولاد مشهور است؛ بنابراین مهندسان Skunk Works تصمیم گرفتند تا بدنه هواپیمای بلک برد را با استفاده از آلیاژ 93 درصد تیتانیوم بسازند.

این انتخاب برای زمان خود رویکردی بسیار انقلابی بود – آژانس اطلاعات مرکزی (سیا) قرارداد تولید این هواپیما را در فوریه 1960 با لاکهید امضا کرد و بلک برد اولین پرواز خود را در 22 دسامبر 1964 انجام داد (با خلبان آزمایشی ارشد لاکهید اسکانک ورکز، رابرت جی. “باب” گیلیلند [با لقب Dutch 51]در کابین خلبان) – در آن زمان بسیار نادر بود که هواپیمایی از چنین نسبت بالایی از تیتانیوم ساخته شده باشد: این عنصر عمدتاً تنها در لبه‌های جلویی بال‌ها و دماغه به کار می‌رفت.

با این حال، تیتانیوم هنوز یک راه حل نهایی و همه چیز تمام نبود، زیرا دارای یک ضعف ذاتی بود. جنی ما از یکی از کارمندان Skunk Works، احتمالاً بن ریچ (18 ژوئن 1925- 5 ژانویه 1955؛ نام کامل بنجامین رابرت ریچ) که جانشین کلی جانسون به عنوان مدیر Skunk Works شد، چنین نقل قول می‌کند:

«گفته می‌شود که اولین دسته از قطعات آلیاژ تیتانیوم حرارت دیده آنقدر شکننده بودند که اگر آنها را از روی میز خود به پایین می‌انداختید، متلاشی می‌شدند».

بدتر از همه، مشخص شد که در خطوط مونتاژ، ابزار فولادی که معمولاً توسط کارگران استفاده می‌شدند، به ترکیب شکننده تیتانیوم نیز آسیب می‌رساند. آخرین، اما مطمئناً نه کم اهمیت‌ترین مشکل این بود که بزرگترین تامین کننده تیتانیوم در جهان در آن زمان کسی نبود جز دشمن اصلی آمریکا در دوران جنگ سرد، یعنی اتحادیه جمهوری‌های سوسیالیستی شوروی.

راه حل 3 A و 3 B: راه حل‌هایی داخل یک راه حل

راه حل معضل ابزارسازی نسبتاً ساده بود: تمام ابزار‌های جعبه ابزار مهندسان تنها برای ساخت SR-71 به طور کامل و دوباره از تیتانیوم ساخته شد.

در مورد مشکل زنجیره تامین از دولت متخاصم، “سنجاب‌های مخفی” دولت ایالات متحده تیتانیوم را از طریق شرکت‌های جعلی و کشور‌های جهان سوم به دست آوردند. نکته خنده دار اینکه، اتحاد جماهیر شوروی برنامه‌ای را حمایت لجستیکی کرد که در نهایت برای جاسوسی از آن به کار گرفته شد.