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

26 سال پس از بازنشستگی از نیروی هوایی ایالات متحده و 25 سال پس از بازنشستگی از سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا)، SR-71 Blackbird (با نام مستعار غیررسمی “Hobo”) به فضا پرتاب شد. [Habu](اشاره به نوعی افعی گودال سمی بومی جزایر ریوکیو ژاپن) با حداکثر سرعت ثبت شده 3.56 ماخ (4395887 کیلومتر در ساعت) سریعترین کشتی هوایی ساخته شده تا کنون باقی مانده است.

به گزارش روزیاتو، SR-71 Blackbird سریعترین هواپیمای سرنشین دار تاریخ است که از باند پرواز برخاسته است. البته سرعت X-15 آمریکای شمالی تقریبا دو برابر 6 ماخ است، اما از آنجایی که به تنهایی نمی تواند از باند فرودگاه بلند شود و باید از زیر بال هواپیمای دیگری بلند شود، امکان برخاستن آن وجود ندارد. از باند فرودگاه قابلیت پرواز در رده هواپیماهای استاندارد.

این سرعت بسیار بالا همچنین گرمای شدیدی تولید می‌کند و دمای 1000 درجه فارنهایت (500 درجه سانتی‌گراد) باعث انفجار دماغه و کابین خلبان می‌شود. همانطور که گفته می شود: “اگر نمی توانید گرما را تحمل کنید، از آشپزخانه خارج شوید.” در این مقاله از روزیاتو، نگاهی به نبوغ مهندسی می اندازیم که پرنده های سیاه را قادر می سازد به راحتی گرمای شدید پرواز با چنین سرعتی را تحمل کنند.

چرا و چگونه گرما و سرما

علت گرمای شدید کاملاً یک سؤال علمی است. اصطکاک حاصل از برخورد مولکول های هوا با لبه های سطح هواپیما، انرژی پتانسیل آن را به انرژی گرمایی، یعنی گرما تبدیل می کند. بنابراین، هر چه سرعت هوا بیشتر باشد، هواپیما در معرض دمای بیشتری قرار می گیرد.

اما صبر کنید، چیزهای بیشتری وجود دارد! گویی آن گرمای شدید یک چالش کافی نبود، چالش همزمان طرف دیگر طیف دما، یعنی سرمای شدید، وجود دارد. هابو معمولاً در ارتفاع 70000 فوتی (21336 متری) پرواز می‌کند، جایی که دمای بیرونی آن 55- درجه سانتیگراد است، به این معنی که بخش‌هایی از پرنده جنگی در گرمای شدید و سایر قسمت‌ها در سرمای شدید قرار دارند.

راه حل شماره 1: نقاشی

پس چگونه کلارنس “کلی” جانسون فقید (27 فوریه 1910 – 21 دسامبر 1990) و تیم نابغه طراحی و مهندسی هواپیمایش در کارخانه اسکانک ورکز افسانه ای لاکهید (که اکنون به نام لاکهید مارتین شناخته می شود) این معما را حل کردند؟

همانطور که جنی ما در مقاله ای در ژوئن 2020 توضیح داد، بخش اول راه حل بسیار ساده بود (“KISS” مخفف نظامی Keep It Simple. Stupid است).

راه حلی که مهندسان لاکهید مارتین به آن دست یافتند به طرز شگفت انگیزی ساده بود – بن ریچ از SkunkWorks یک درس ابتدایی را به یاد می آورد: رنگ سیاه گرما را ساطع می کند و جذب می کند، به همین دلیل است این هواپیما با رنگ مشکی (در واقع آبی بسیار تیره) و به نام پرنده سیاه رنگ شد.

راه حل شماره 2: تیتانیوم

تیتانیوم به دلیل مقاومت در برابر دماهای بالا و وزن سبک آن در مقایسه با فولاد شناخته شده است. بنابراین، مهندسان Skunk Works تصمیم گرفتند که بدنه بلک برد را با استفاده از آلیاژ تیتانیوم 93 درصد بسازند.

این انتخاب در آن زمان یک رویکرد بسیار انقلابی بود – سیا در فوریه 1960 قرارداد تولیدی را با لاکهید امضا کرد و بلک برد اولین پرواز خود را در 22 دسامبر 1964 انجام داد (با خلبان آزمایشی ارشد لاکهید برای Skunk Works، رابرت جی. “باب” «گیلند [با لقب Dutch ۵۱]در کابین خلبان) – در آن زمان بسیار نادر بود که یک هواپیما از چنین درصد بالایی از تیتانیوم ساخته شود: این عنصر عمدتاً فقط در لبه های جلویی بال ها و دماغه استفاده می شد.

با این حال، تیتانیوم یک راه حل تمام و کمال نبود، زیرا یک ضعف ذاتی داشت. جنی ما به نقل از یکی از کارمندان Skunk Works، احتمالاً بن ریچ (18 ژوئن 1925 – 5 ژانویه 1955؛ نام کامل Benjamin Robert Rich)، که جانشین کلی جانسون به عنوان مدیر Skunk Works شد:

گفته می شود که اولین دسته از قطعات آلیاژ تیتانیوم عملیات حرارتی شده آنقدر شکننده بودند که اگر آنها را از روی میز خود بیاندازید، متلاشی می شدند.

بدتر از آن، در خطوط مونتاژ، ابزار فولادی که معمولاً توسط کارگران استفاده می شود، به کامپوزیت تیتانیوم شکننده آسیب می رساند. آخرین، اما قطعا نه کم اهمیت، این واقعیت بود که بزرگترین تامین کننده تیتانیوم جهان در آن زمان کسی نبود جز دشمن سرسخت آمریکا در طول جنگ سرد، اتحادیه جمهوری های سوسیالیستی شوروی.

راه حل 3a و 3b: محلول های داخل محلول

راه حل معضل ابزارسازی نسبتاً ساده بود: تمام ابزارهای جعبه ابزار مهندسان به طور کامل از تیتانیوم بازسازی شده بود تا SR-71 ساخته شود.

در مورد مشکل زنجیره تامین دولت متخاصم، “سنجاب های مخفی” دولت آمریکا از طریق شرکت های پوسته و کشورهای جهان سوم تیتانیوم به دست آورده اند. از قضا، اتحاد جماهیر شوروی از برنامه ای حمایت لجستیکی کرد که در نهایت برای جاسوسی مورد استفاده قرار گرفت.