چرا پنجره هواپیما گرد است؟ ماجرایی که به قیمت جان مسافران تمام شد
گوشه‌های گرد پنجره هواپیما با توزیع یکنواخت تنش ناشی از اختلاف فشار کابین، مانع از خستگی فلز و ایجاد ترک در بدنه می‌شوند.
اگر به پنجره هواپیماهای مسافربری امروزی دقت کنید، تقریباً هیچ گوشه ۹۰ درجه‌ای در آن‌ها دیده نمی‌شود. بیشتر این پنجره‌ها مستطیلی با گوشه‌های کاملاً گرد یا شکلی نزدیک به بیضی دارند. این طراحی صرفاً برای زیبایی یا هماهنگی با شکل بدنه انجام نشده است؛ بلکه مستقیماً با مقاومت سازه هواپیما در برابر فشار و خستگی فلز ارتباط دارد.
هواپیماهای مسافربری در ارتفاع بالا با اختلاف فشار قابل‌توجهی میان داخل و خارج کابین پرواز می‌کنند. فشار داخل کابین به بدنه نیرو وارد می‌کند و بدنه باید این بار را در طول هزاران چرخه پرواز و کاهش فشار تحمل کند. هر سوراخی که در پوسته بدنه ایجاد شود، مسیر انتقال تنش را تغییر می‌دهد و به همین دلیل اطراف پنجره یکی از نقاط مهم در طراحی سازه‌ای هواپیما محسوب می‌شود.
مشکل اصلی گوشه‌های تیز چیست؟
مشکل گوشه تیز، پدیده‌ای به نام تمرکز تنش است. هنگامی که نیروی واردشده به یک قطعه در اطراف یک بریدگی یا تغییر ناگهانی شکل متمرکز شود، تنش در آن نقطه می‌تواند بسیار بیشتر از بخش‌های اطراف باشد.
در یک پنجره با گوشه‌های تیز، خطوط انتقال تنش نمی‌توانند به‌آرامی اطراف گوشه حرکت کنند و در نتیجه تنش در همان ناحیه افزایش می‌یابد. گوشه‌های گرد این تغییر مسیر را تدریجی‌تر می‌کنند و باعث می‌شوند تنش با شدت کمتری در یک نقطه متمرکز شود. پنجره‌های دایره‌ای یا گرد از نظر سازه‌ای مقاومت بیشتری در برابر شکست ناشی از تنش دارند و در صورت استفاده از شکل‌های دیگر، گوشه‌ها باید به‌خوبی گرد شوند تا نقاط تمرکز تنش کاهش پیدا کنند.
درس مهمی که صنعت هواپیما از کامت گرفت
یکی از مشهورترین نمونه‌های اهمیت این موضوع به هواپیمای جت کامت در دهه ۱۹۵۰ مربوط می‌شود. این هواپیما از نخستین جت‌های مسافربری تجاری بود و بدنه تحت فشار آن با پنجره‌هایی چهارگوش طراحی شده بود. پس از چند سانحه، بررسی‌های مهندسی نشان داد که تنش در اطراف گوشه‌های پنجره به شکل قابل‌توجهی افزایش پیدا می‌کند. آزمایش‌های انجام‌شده روی بدنه کامت نیز تمرکز بالای تنش در گوشه‌های پنجره را آشکار کرد. فشارهای مکرر کابین در طول پروازها می‌توانست در چنین نقاطی به ایجاد و گسترش ترک‌های ناشی از خستگی منجر شود.
البته مشکل کامت را نمی‌توان فقط به مربعی بودن پنجره‌ها نسبت داد. طراحی سازه، روش اتصال پنجره، ضخامت پوسته و جزئیات مربوط به تمرکز تنش نیز در این حوادث نقش داشتند. با این حال، بررسی این سوانح اهمیت کنترل دقیق تنش در اطراف نقاط خاص بدنه را به صنعت هوانوردی نشان داد.
چرا پنجره‌های امروزی مستطیل با گوشه‌های گرد هستند؟
پنجره هواپیما الزاماً یک دایره کامل نیست؛ زیرا طراحان باید میان میدان دید، فضای کابین و مقاومت سازه‌ای تعادل برقرار کنند. به همین دلیل شکل رایج امروزی، مستطیلی با گوشه‌های دارای شعاع مناسب است.
در این طراحی، گوشه‌ها دیگر محل تغییر جهت ناگهانی نیستند و نیرو می‌تواند مسیر نرم‌تری در اطراف بدنه طی کند. به این ترتیب احتمال تمرکز شدید تنش و شروع ترک کاهش می‌یابد. به همین دلیل، آنچه برای مسافر فقط یک گوشه گرد و ساده به نظر می‌رسد، در واقع بخشی از طراحی ایمنی سازه هواپیماست.
در خاتمه باید خاطرنشان کرد حذف گوشه‌ها از پنجره هواپیما نتیجه سال‌ها تجربه مهندسی و درس‌های به‌دست‌آمده از تاریخ هوانوردی است؛ تغییری کوچک در ظاهر که می‌تواند تأثیر بزرگی بر دوام و ایمنی یک سازه تحت فشار داشته باشد.