آشنایی با انواع مختلف هواگردهای عمودپرواز؛ از هلیکوپتر تا جنگنده

هرچند وقتی حرف از هواگردهای عمودپرواز می‌شود اولین چیزی که به ذهن می‌آید هلیکوپتر است اما دنیای این هواگردها بسیار گسترده‌تر است و شامل مدل‌های بسیار متنوعی می‌شود که هرکدام ویژگی‌ها و تعاریف خاص خود را دارند. به‌طورکلی، به هواگردهای عمودپرواز، VTOL گفته می‌شود که مخفف نشست‌وبرخاست عمودی است. این اصطلاح طیف گسترده‌ای از هواگردها را شامل می‌شود که برای بلند شدن از زمین به باند نیازی ندارند و در ادامه با تمام آن‌ها آشنا خواهیم شد.

هلیکوپترها متداول‌ترین نوع هواگردهای عمودپرواز هستند. این وسایل پرنده با استفاده از نیروی بالابر که توسط ملخ چرخان تولید می‌شود، به‌صورت عمودی از زمین بلند می‌شوند و به همین دلیل بسیار کاربردی هستند. اکثر هلیکوپترها یک ملخ یا روتور اصلی دارند که نیروی بالابر تولید می‌کند درحالی‌که یک ملخ کوچک‌تر هم روی دم نصب می‌شود که در جهت عکس روتور اصلی می‌چرخد تا گشتاور منفی را خنثی کرده و از چرخیدن هلیکوپتر به دور خود جلوگیری کند. در برخی هلیکوپترها مثل شینوک اما از دو روتور اصلی استفاده می‌شود که عکس یکدیگر می‌چرخند.

مشکل اصلی هلیکوپترها، سرعت پایین‌تر است که حداکثر به حدود ۳۰۰ کیلومتر بر ساعت می‌رسد و به همین دلیل، در طول تاریخ ایده‌ها و راه‌حل‌های زیادی برای افزایش سرعت این وسایل کاربردی به کار گرفته شده که یکی از آن‌ها هلیکوپتر ترکیبی است. این نوع هلیکوپترها برای افزایش سرعت، از برخی ویژگی‌های هواپیماها مثل بال‌های ثابت در طرفین و حتی موتورهای جت بهره می‌برند. ازجملهٔ هلیکوپترهای ترکیبی می‌توان به سیکورسکی S69، لاکهید XH51 و بل ۵۳۳ اشاره کرد که به دو موتور جت مجهز بودند. در سال ۲۰۲۳ نیز هلیکوپتر ترکیبی یوروکوپتر X3 که به دو ملخ افقی مجهز بود، با دستیابی به سرعت ۴۹۷ کیلومتر در ساعت توانست رکورد سریع‌ترین هلیکوپتر دنیا را بنام خود ثبت کند. بااین‌حال، هلیکوپترهای ترکیبی عمدتاً در حد پروتوتایپ‌های آزمایشی باقی ماندند.

جایروداین (Gyrodyne) را می‌توان ترکیبی از هواپیما و هلیکوپتر دانست. این هواگردها ظاهری شبیه به هواپیماهای معمولی با بال‌های ثابت و ملخ‌های افقی دارند اما درعین‌حال، مثل هلیکوپتر به ملخ یا ملخ‌های بزرگ برای تولید نیروی بالابر هم مجهز هستند. درنتیجه، جایروداین‌ها می‌توانند نشست‌وبرخاست عمودی انجام دهند و به سرعت‌هایی بالاتر از هلیکوپترها دست پیدا کنند. یکی از معدود جایروداین‌هایی که در طول تاریخ ساخته شد و توانست از مرحلهٔ آزمایشی عبور کند، کاموف KA-22 ساخت شوروی در دههٔ 50 بود. این جایروداین که برای کاربردهای نظامی مثل حمل نیرو ساخته شد، می‌توانست ۱۶ تن بار یا ۱۰۰ مسافر را حمل کند و به حداکثر سرعت ۳۷۵ کیلومتر بر ساعت برسد.

کانورتی‌پلن (Convertiplane) به هواگردی گفته می‌شود که می‌تواند از هلیکوپتر به هواپیما تبدیل شود! در این نوع هواگرد، موتورها قابلیت تغییر جهت دارند به‌گونه‌ای که هنگام فرود و برخاست، در حالت عمودی قرار می‌گیرند تا نیروی بالابر تولید کنند اما پس‌ازاینکه هواگرد به ارتفاع مناسبی رسید، موتورها با تغییر جهت ۹۰ درجه، افقی شده و نیروی پیشران تولید می‌کنند. درنتیجه، کانورتی‌پلن‌ها توانایی عمودپروازی هلیکوپتر را با سرعت بالای هواپیماها ارائه می‌کنند. این هواگردها خود به سه دسته تقسیم می‌شوند:

تیلت‌روتور: تنها نوعی از کانورتی‌پلن که تاکنون به تولید رسیده، تیلت‌روتور است. این نوع هواگرد به موتورهایی با ملخ مجهز است که در نوک بال‌های ثابت نصب می‌شوند و تغییر جهت می‌دهند. مشهورترین تیلت‌روتور دنیا، بل V-22 آسپری است که در ارتش آمریکا خدمت می‌کند و می‌تواند به حداکثر سرعت ۵۶۵ کیلومتر بر ساعت دست یابد. همچنین تیلت‌روتور دیگری بنام بل V-280 والور هم در آمریکا توسعه پیدا کرده که قرار است جایگزین هلیکوپترهایی مثل بلک‌هاوک شود.

تیلت‌وینگ: این نوع کانورتی‌پلن نیز ساختاری مشابه تیلت‌روتور دارد با این تفاوت که موتورها روی یک بال نصب می‌شوند و این بال تغییر جهت می‌دهد. مدل آزمایشی LTV XC142 که ساخت آمریکا در ۵۰ میلادی بود، یکی از معدود تیلت‌وینگ‌های جهان محسوب می‌شد که البته به تولید نرسید.

تیلت‌جت: این نوع کانورتی‌پلن بیشترین شباهت را به هواپیما دارد. در تیلت‌جت، موتورهای جت در نوک بال‌ها نصب می‌شوند و مثل ملخ در تیلت‌روتورها تغییر جهت می‌دهند. از این طریق، نیروی رانشی موتورهای جت موجب بلند شدن هواپیما به‌صورت عمودی از سطح زمین می‌شود. هواپیمای آلمانی مسراشمیت VJ 101 یک جنگنده مافوق صوت تیلت‌جت بود که در سال ۱۹۶۳ ساخته شده اما به تولید نرسید.

نوع دیگری از هواگردهای عمودپرواز، هواپیماهایی هستند که قابلیت نشست‌وبرخاست عمودی دارند. پیشینهٔ این هواپیماها به چند دهه قبل بازمی‌گردد و در طول تاریخ تلاش‌های زیادی برای ساخت هواپیماهای عمودپرواز با ایده‌های متنوع صورت گرفته که بسیاری از آن‌ها شکست خوردند یا به نتیجه نرسیدند. ایدهٔ هواپیماهای عمودپرواز عمدتاً برای جنگنده‌ها استفاده شد تا بتوانند بدون نیاز به باند پرواز، به‌سرعت از زمین بلند شوند. به‌طورکلی، هواپیماهای عمودپرواز را می‌توان به سه دسته تقسیم کرد:

هواپیمای عمودپرواز دُم نشین: اولین تلاش‌ها برای ساخت هواپیماهای عمودپرواز به این شکل صورت گرفت. این نوع هواپیما همان‌طور که از نامش مشخص است، روی دم خود به‌صورت عمودی قرار می‌گیرد و در همین حالت هم از زمین بلند می‌شود و پس از رسیدن به ارتفاع مناسب تغییر جهت داده و همانند هواپیماهای معمولی به پرواز ادامه می‌دهد. اولین هواپیمای دم نشین، کُنویر XFY بود که در سال ۱۹۵۴ ساخته شد. این هواپیما مجهز به موتوری ملخی بود که در دماغه نصب شده و نیروی بالابر و نیروی پیشران را تأمین می‌کرد. در همان سال‌ها، لاکهید نیز هواپیمایی دم نشین با نام XFV ساخت اما در دورانی که جنگنده‌های جت فراگیر شده بودند، کسی علاقه‌ای به هواپیماهای ملخی نداشت و درنتیجه این نمونه‌ها از مرحلهٔ پروتوتایپ فراتر نرفتند. سپس در سال ۱۹۵۵ اولین هواپیمای دم نشین با موتور جت توسط شرکت رایان با نام X13 ساخته شد که به‌صورت عمودی بر کف یک کامیون فرود می‌آمد. بااین‌حال، به دلیل کنترل دشوار و عدم دید خلبان در هنگام فرود، هواپیماهای دم نشین هیچ‌گاه تولید نشدند.

هواپیمای عمودپرواز با موتور کمکی: این نوع از هواپیماهای عمودپرواز مجهز به دو سری موتور هستند که یک سری جهت تولید نیروی بالابر برای تیک‌آف عمودی و سری دیگر جهت تولید نیروی پیشران و به جلو راندن پرنده استفاده می‌شوند. در این هواپیماها موتورهای بالابر به‌صورت عمودی و موتورهای جلوبرنده همانند هواپیماهای معمولی به‌صورت افقی نصب می‌شوند. هواپیمای دورنیر Do31 ساخت آلمان که برای اولین بار در سال ۱۹۶۷ به پرواز درآمد از این نوع هواپیماها است. این هواپیما مجهز به هشت موتور توربوجت جهت برخاستن از زمین و دو موتور توربوفن جهت پرواز عادی بود که تمامی آن‌ها روی بال‌ها نصب شده‌ بودند. نمونه دیگر، هواپیمای جنگنده VFW Vak 191B آلمانی بود که از دو موتور توربوجت جهت تولید نیروی بالابرنده و یک موتور توربوفن برای تولید نیروی پیشران استفاده می‌کرد. بااین‌حال، ازآنجایی‌که موتورهای بالابرنده هنگام پرواز افقی هیچ استفاده‌ای نداشتند و فقط به وزن هواپیما اضافه می‌کردند، این نوع هواپیماهای عمودپرواز هم هیچ‌گاه تولید نشدند.

هواپیمای عمودپرواز با رانش هدایت‌شونده: این نوع هواپیماهای عمودپرواز از یک موتور استفاده می‌کنند که هم نیروی بالابر و هم نیروی پیشران را فراهم می‌کند. بدین منظور، از فناوری رانش هدایت‌شونده استفاده می‌شود بدین‌صورت که گازهای داغ اگزوز از طریق کانال‌هایی که تغییر جهت می‌دهند خارج می‌شوند. این کانال‌ها در هنگام فرود یا برخاست، به شکل عمودی و رو به زمین قرار می‌گیرند و نیروی موردنیاز جهت بلند شدن هواپیما را فراهم می‌کنند و پس از رسیدن به ارتفاع مناسب، به‌صورت افقی درآمده و نیروی پیشران تولید می‌کنند. پس از چندین تجربه ناموفق، جت هریر ساخت انگلستان اولین هواپیمای عمودپرواز موفق دنیا بود که در سال ۱۹۶۷ تولید شد. جنگندهٔ F-35 نیز در نسخه‌های عمودپرواز از همین فناوری اما به شکل پیشرفته‌تر و کارآمدتر استفاده می‌کند.