خبر های ویژه
11 اسفند 1403
علم پشت یخ‌زدایی هواپیما – یک مهندس مکانیک توضیح می‌دهد که چگونه شیمی و فیزیک پرواز را به تجربه‌ای لذت‌بخش‌تر تبدیل می‌کنند
اندرو سامرز استاد مهندسی مکانیک و تولید، دانشگاه میامی ، ویرایش به فارسی مهندس کاوه وحیدی آذر
اگر زیاد با هواپیما سفر می‌کنید، احتمالاً در فرودگاه، در انتظار سفر زمستانی، شنیده‌اید که کارمند خطوط هوایی از بلندگو اعلام می‌کند پرواز به دلیل یخ‌زدایی هواپیما کمی تأخیر خواهد داشت. اما این فرآیند چگونه کار می‌کند و چرا لازم است؟ من به‌عنوان یک مهندس مکانیک که رشد یخ و قطرات آب روی سطوح را مطالعه می‌کند، به اهمیت یخ‌زدایی هواپیماها پی برده‌ام. در واقع، یخ‌زدایی یک گام ایمنی ضروری است که شرکت‌های هواپیمایی در روزهای زمستانی انجام می‌دهند، زیرا برف و یخ می‌توانند بر فیزیک پرواز تأثیر بگذارند. چرا یخ‌زدایی لازم است؟ به‌طور خلاصه، یخ‌زدایی ضروری است زیرا برف و یخ روی بال‌های هواپیما می‌توانند نیروی بالابر را تا ۳۰ درصد کاهش دهند. بالابر، نیروی عمودی رو به بالایی است که هواپیما را در آسمان نگه می‌دارد و زمانی تولید می‌شود که هوا روی بال‌های هواپیما جریان می‌یابد. یخ و برف می‌توانند نحوه جریان هوا روی بال‌ها را تغییر دهند، که این امر بر توانایی خلبان در مانور و کنترل هواپیما تأثیر می‌گذارد. همچنین می‌تواند سرعت واماندگی را افزایش دهد، که اصلاً خوب نیست. سرعت واماندگی، کمینه سرعتی است که هواپیما برای تولید بالابر کافی جهت ماندن در هوا به آن نیاز دارد. علاوه بر این، یخ روی بال‌ها ممکن است در حین پرواز جدا شود و به flaps یا موتور آسیب بزند. به همین دلیل، یخ‌زدایی به بخش ضروری پرواز، به‌ویژه در ماه‌های زمستان، تبدیل شده است. مواد شیمیایی یخ‌زدا بیشتر مردم با مواد یخ‌زدای شیمیایی که در زمستان برای جاده‌ها استفاده می‌شوند آشنا هستند. اما نمک‌های موجود در این محصولات می‌توانند خورنده باشند، بنابراین برای هواپیماها استفاده نمی‌شوند.
تبریز امروز:
یک کارگر در حال پاشیدن مایع یخ‌زدا به دم هواپیما در فرودگاه بروکسل. عکس از ویرجینیا مایو / AP Photo
اگر زیاد با هواپیما سفر می‌کنید، احتمالاً در فرودگاه، در انتظار سفر زمستانی، شنیده‌اید که کارمند خطوط هوایی از بلندگو اعلام می‌کند پرواز به دلیل یخ‌زدایی هواپیما کمی تأخیر خواهد داشت. اما این فرآیند چگونه کار می‌کند و چرا لازم است؟
من به‌عنوان یک مهندس مکانیک که رشد یخ و قطرات آب روی سطوح را مطالعه می‌کند، به اهمیت یخ‌زدایی هواپیماها پی برده‌ام. در واقع، یخ‌زدایی یک گام ایمنی ضروری است که شرکت‌های هواپیمایی در روزهای زمستانی انجام می‌دهند، زیرا برف و یخ می‌توانند بر فیزیک پرواز تأثیر بگذارند.
چرا یخ‌زدایی لازم است؟
اپراتورها مایع ضد یخ سبز را روی بال هواپیما اعمال می‌کنند. رنگ سبز، که نشان‌دهنده مایع نوع IV است، به اپراتورها کمک می‌کند ببینند کدام قسمت‌ها را ممکن است جا انداخته باشند. Orchidpoet/E+ از طریق Getty Images
گلیکول‌ها از اتم‌های کربن، هیدروژن و اکسیژن تشکیل شده‌اند. در اینجا ساختار شیمیایی اتیلن گلیکول نشان داده شده است. Cacycle/Wikimedia Commons، CC BY-SA
یخ و برف می‌توانند نحوه جریان هوا روی بال‌ها را تغییر دهند، که این امر بر توانایی خلبان در مانور و کنترل هواپیما تأثیر می‌گذارد. همچنین می‌تواند سرعت واماندگی را افزایش دهد، که اصلاً خوب نیست. سرعت واماندگی، کمینه سرعتی است که هواپیما برای تولید بالابر کافی جهت ماندن در هوا به آن نیاز دارد.
علاوه بر این، یخ روی بال‌ها ممکن است در حین پرواز جدا شود و به flaps یا موتور آسیب بزند. به همین دلیل، یخ‌زدایی به بخش ضروری پرواز، به‌ویژه در ماه‌های زمستان، تبدیل شده است.
مواد شیمیایی یخ‌زدا
بیشتر مردم با مواد یخ‌زدای شیمیایی که در زمستان برای جاده‌ها استفاده می‌شوند آشنا هستند. اما نمک‌های موجود در این محصولات می‌توانند خورنده باشند، بنابراین برای هواپیماها استفاده نمی‌شوند.
بیشتر مردم با مواد یخ‌زدای شیمیایی که در زمستان برای جاده‌ها استفاده می‌شوند آشنا هستند. اما نمک‌های موجود در این محصولات می‌توانند خورنده باشند، بنابراین برای هواپیماها استفاده نمی‌شوند.
یخ‌زداهای هواپیما از محلولی مبتنی بر آب تشکیل شده‌اند که شامل گلیکول - یک مایع آلی بی‌رنگ و بی‌بو - به همراه افزودنی‌های مختلف است. این افزودنی‌ها ممکن است شامل یک ماده غلیظ‌کننده، ماده‌ای برای جلوگیری از خوردگی، سورفکتانت (که کشش سطحی را کاهش می‌دهد)، ماده ضدآتش و رنگ باشد.
گلیکول‌ها در کاهش نقطه انجماد آب بسیار مؤثرند و باعث می‌شوند آب به‌سختی روی سطوح یخ بزند یا یخ‌زده باقی بماند. پروپیلن گلیکول و اتیلن گلیکول دو نوع رایج هستند که معمولاً ۳۰ تا ۷۰ درصد محلول یخ‌زدا را تشکیل می‌دهند.
سال‌ها فقط از اتیلن گلیکول به دلیل هزینه پایینش استفاده می‌شد. اما از دهه ۱۹۸۰، به دلیل سمیت کمتر پروپیلن گلیکول برای حیات وحش و انسان‌ها، استفاده از آن در خطوط هوایی تجاری رو به افزایش بوده است.
فرآیند یخ‌زدایی چگونه کار می‌کند؟
خطوط هوایی از چهار نوع مایع استاندارد با ویسکوزیته‌ها و زمان‌های ماندگاری متفاوت برای یخ‌زدایی استفاده می‌کنند. ویسکوزیته معیاری از مقاومت مایع در برابر جریان است و زمان ماندگاری، مدت زمانی است که انتظار می‌رود این مایعات در شرایط برفی یا یخی از هواپیما محافظت کنند.
خطوط هوایی از چهار نوع مایع استاندارد با ویسکوزیته‌ها و زمان‌های ماندگاری متفاوت برای یخ‌زدایی استفاده می‌کنند. ویسکوزیته معیاری از مقاومت مایع در برابر جریان است و زمان ماندگاری، مدت زمانی است که انتظار می‌رود این مایعات در شرایط برفی یا یخی از هواپیما محافظت کنند.
فرآیند یخ‌زدایی شامل تدارکات پیچیده خدمه و علم جالبی است.
در ایالات متحده، خطوط هوایی معمولاً از یک فرآیند دو مرحله‌ای قبل از پرواز استفاده می‌کنند. ابتدا یخ‌زدایی را با استفاده از مایع نوع I گرم‌شده یا محلول گرم‌شده از نوع I و آب انجام می‌دهند.
در ایالات متحده، خطوط هوایی معمولاً از یک فرآیند دو مرحله‌ای قبل از پرواز استفاده می‌کنند. ابتدا یخ‌زدایی را با استفاده از مایع نوع I گرم‌شده یا محلول گرم‌شده از نوع I و آب انجام می‌دهند.
یخ‌زدایی، یخ و برف موجود را از بال‌های هواپیما حذف می‌کند، به همین دلیل اغلب مایع یخ‌زدا را تا دمای ۶۰ تا ۶۶ درجه سانتی‌گراد (۱۴۰ تا ۱۵۰ درجه فارنهایت) گرم می‌کنند.
مایعات نوع I نازک‌ترین مایعات یخ‌زدا هستند و اغلب قرمز یا نارنجی‌اند. به دلیل ویسکوزیته پایین، به‌راحتی روی سطح هواپیما پخش می‌شوند. چون به اندازه کافی نازک‌اند که وقتی هواپیما حرکت نمی‌کند یا آهسته حرکت می‌کند، از آن جدا می‌شوند، برای هر نوع هواپیمایی قابل استفاده‌اند.
پوشش‌های پلیمری یخ‌گریز می‌توانند از تجمع یخ جلوگیری کرده و چسبندگی یخ به سطوح را کاهش دهند. Hernández Rodríguez و همکاران، ۲۰۲۴، CC BY-SA
اما در نتیجه، کوتاه‌ترین زمان ماندگاری را دارند، اغلب کمتر از ۲۰ دقیقه بسته به شرایط آب‌وهوا. این زمان‌ها متغیرند و در دمای زیر ۱۴ درجه فارنهایت (منهای ۱۰ درجه سانتی‌گراد) برای برف ممکن است کمتر از ۵ دقیقه باشد.
سپس، خدمه زمینی معمولاً یک مایع ضد یخ نوع II یا نوع IV را روی هواپیما اعمال می‌کنند. محلول‌های ضد یخ برای جلوگیری از تجمع بعدی برف و یخ روی بال‌ها استفاده می‌شوند.
مایعات نوع II و IV حاوی مواد غلیظ‌کننده‌ای هستند که ویسکوزیته آن‌ها را افزایش می‌دهد. این غلیظ‌کننده‌ها به مایع اجازه می‌دهند بیشتر روی هواپیما بماند و یخ یا برف جدید را ذوب کند. این به زمان ماندگاری طولانی‌تر - اغلب بیش از ۳۰ دقیقه برای برف - منجر می‌شود، اما هواپیما باید به سرعت بیشتری برسد تا مایع را جدا کند.
پس از اعمال، مایعات نوع II و IV معمولاً تا زمانی که هواپیما در باند حرکت می‌کند، روی آن باقی می‌مانند. در آن زمان، سرعت کافی برای ایجاد نیروی برشی لازم برای جدا کردن مایع از هواپیما به دست می‌آید. مایعات نوع II بی‌رنگ یا زرد کم‌رنگ‌اند، در حالی که نوع IV معمولاً سبز است. افزودن رنگ به خدمه زمینی کمک می‌کند ببینند کدام قسمت‌ها پوشش داده شده و کدام هنوز نیاز به اعمال دارند.
مایعات نوع III دیگر چندان رایج نیستند. آن‌ها برای جدا شدن در سرعت‌های پایین‌تر فرموله شده‌اند و گاهی برای هواپیماهای کوچک مسافربری استفاده می‌شوند، زیرا این هواپیماها معمولاً به سرعت جت‌های تجاری نمی‌رسند.
تأثیر زیست‌محیطی یخ‌زدایی
ملاحظات زیست‌محیطی نیز بخش مهمی از یخ‌زدایی است. گلیکول‌ها برای تجزیه زیستی به اکسیژن زیادی نیاز دارند که می‌تواند اکسیژن محلول در جویبارها یا دریاچه‌ها را کاهش دهد و حیات آبزی، مانند ماهی‌ها و موجودات دیگر، را که برای تنفس به اکسیژن محلول نیاز دارند، تهدید کند.
ملاحظات زیست‌محیطی نیز بخش مهمی از یخ‌زدایی است. گلیکول‌ها برای تجزیه زیستی به اکسیژن زیادی نیاز دارند که می‌تواند اکسیژن محلول در جویبارها یا دریاچه‌ها را کاهش دهد و حیات آبزی، مانند ماهی‌ها و موجودات دیگر، را که برای تنفس به اکسیژن محلول نیاز دارند، تهدید کند.
علاوه بر این، اتیلن گلیکول برای حیات وحش سمی است، بنابراین آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده از فرودگاه‌ها می‌خواهد رواناب آب باران را نظارت کنند. به همین دلیل، اکثر فرودگاه‌ها رواناب را جمع‌آوری و در محل تصفیه می‌کنند یا به تأسیسات تصفیه فاضلاب شهری می‌فرستند.
فرودگاه‌ها همچنین به‌طور فزاینده‌ای از سیستم‌های بازیافت مایع استفاده می‌کنند تا گلیکول‌ها را بازیافت کرده و افزودنی‌های سمی را جمع‌آوری کنند. آن‌ها اغلب از مناطق مشخص در فضای باز برای یخ‌زدایی استفاده می‌کنند تا مایعات پس از ریختن از هواپیما در مخازن زیرزمینی جمع‌آوری و ذخیره شوند تا بازیافت شوند.
یخ‌زدگی جوی
در حین پرواز، هواپیماها از فناوری‌های دیگری برای کاهش خطرات یخ‌زدگی استفاده می‌کنند. برای مثال، اکثر هواپیماهای مدرن از سیستم‌های هوای تخلیه استفاده می‌کنند که هوای گرم را از کمپرسور موتور از طریق مجاری داخلی به لبه‌های جلویی بال‌ها و دیگر مناطق حیاتی هدایت می‌کند تا از تجمع یخ در آسمان جلوگیری کند.
در حین پرواز، هواپیماها از فناوری‌های دیگری برای کاهش خطرات یخ‌زدگی استفاده می‌کنند. برای مثال، اکثر هواپیماهای مدرن از سیستم‌های هوای تخلیه استفاده می‌کنند که هوای گرم را از کمپرسور موتور از طریق مجاری داخلی به لبه‌های جلویی بال‌ها و دیگر مناطق حیاتی هدایت می‌کند تا از تجمع یخ در آسمان جلوگیری کند.
برخی هواپیماها همچنین از پانل‌های گرمایی الکتریکی درون بال‌ها برای تولید گرما استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها معمولاً در زمین قابل استفاده نیستند، زیرا به جریان هوای سرد روی سطح بال وابسته‌اند، که معمولاً در ارتفاع کروز به دست می‌آید و برای جلوگیری از داغ شدن بیش از حد سطح هواپیما لازم است.
خطوط هوایی گاهی از پوشش‌های یخ‌گریز نیز استفاده می‌کنند تا از تشکیل و چسبیدن یخ جدید به سطوح خارجی هواپیما جلوگیری کنند. این پوشش‌ها زمان تشکیل یخ جدید را به تأخیر می‌اندازند و چسبندگی یخ به سطح را کاهش می‌دهند.
هواپیماهای کوچک‌تر ممکن است از نوارهای لاستیکی بادی به نام چکمه‌های پنوماتیکی روی بال‌ها استفاده کنند که در صورت نیاز باد می‌شوند تا یخ تجمع‌یافته در لبه جلویی بال‌ها را جدا کنند.
پرواز واقعاً یک شگفتی علمی مدرن است. مهندسی زیادی نه‌تنها برای بلند کردن هواپیماها از زمین، بلکه برای حفظ آن‌ها از یخ در طول پرواز صرف می‌شود. پس دفعه بعد که در فرودگاه با تأخیر ناشی از آب‌وهوا مواجه شدید، به یاد داشته باشید که یخ‌زدایی برای اطمینان از پروازی امن و واقعاً لذت‌بخش ضروری است.
ویرایش به فارسی :مهندس کاوه وحیدی آذر
منبع:
ارتباط با تبریز امروز
اخبار ، گزارشات ، عکسها و فیلم های خود را برای ما ارسال دارید . برای ارسال میتوانید از طریق آدرس تلگرامی یا ایمیل استفاده کنید.
اشتراک در خبرنامه
برای اطلاع از آخرین خبرهای تبریز امروز در کانال تلگرام ما عضو شوید.
فرم تماس با تبریز امروز
کلیه حقوق این سایت متعلق به پایگاه خبری تبریز امروز بوده و استفاده از مطالب آن با ذکر منبع بلامانع
است.
طراحی وتولید
توسططراح وب سایت