بشکه پرنده ایتالیایی؛ هواپیمایی عجیب که به آینده هوانوردی اشاره می کرد (+فیلم و عکس)

چرا استیپا-کاپرونی به بشکه پرنده معروف شد؟ مشخصات، نخستین پرواز و نقش این هواپیمای نامتعارف در تاریخ مهندسی هوانوردی را بررسی می کنیم.

عصر ایران - در نگاه اول، استیپا-کاپرونی (Stipa-Caproni) بیشتر به بشکه ای شباهت دارد که دو بال، دو کابین خلبان و یک موتور به آن متصل کرده اند تا یک هواپیمای واقعی. این هواپیمای عجیب ایتالیایی که در سال 1932 به پرواز درآمد، به دلیل بدنه کوتاه، حجیم و لوله مانندش بارها در فهرست زشت ترین هواپیماهای تاریخ قرار گرفته است. با این وجود، پشت ظاهر نامتعارف آن ایده ای مهندسی نهفته بود که شباهت قابل توجهی به یکی از فناوری های مهم صنعت هوانوردی مدرن دارد: فن کانال دار و موتور توربوفن.

استیپا-کاپرونی هرگز به هواپیمایی موفق در بازار یا نیروی هوایی ایتالیا تبدیل نشد، اما آزمایش آن نشان داد که گاهی یک ایده پیشرو می تواند حتی در قالب طرحی ناموفق، مسیر تازه ای برای مهندسی پرواز باز کند.

طراح این هواپیمای غیرمعمول، مهندس هوانوردی ایتالیایی لوئیجی استیپا (Luigi Stipa) بود. او به جای استفاده از آرایش متداول موتور و ملخ در فضای باز، ایده ای را مطرح کرد که آن را «ملخ درون لوله ای» یا Intubed Propeller می نامید.

در این طرح، بدنه هواپیما به شکل یک مجرای لوله ای طراحی شده بود و موتور به همراه ملخ درون آن قرار می گرفت. هدف این بود که جریان هوا هنگام عبور از مجرا شتاب بگیرد و در نتیجه، نیروی رانش بیشتری از مجموعه موتور و ملخ به دست آید.

استیپا برای ساخت نمونه آزمایشی خود با شرکت هواپیماسازی کاپرونی همکاری کرد. نتیجه این همکاری، هواپیمایی با بدنه چوبی و حجیم، بال هایی در بخش میانی بدنه و دو خدمه بود که به صورت پشت سر هم در قسمت بالایی سازه قرار می گرفتند. نیروی محرکه آن از یک موتور 120 اسب بخاری د هویلند جیپسی 3 (de Havilland Gipsy III) تامین می شد.

در واقع، ایده اصلی این بود که به جای نصب یک موتور و ملخ معمولی روی بدنه، خود بدنه به بخشی از سامانه تولید رانش تبدیل شود؛ رویکردی که در زمان خود بسیار متفاوت از طراحی های رایج هواپیماها بود.

اصل طراحی این هواپیما بر هدایت جریان هوا درون یک مجرای آیرودینامیکی استوار بود. شکل داخلی مجرا به گونه ای طراحی شده بود که جریان هوا را کنترل کند و با کمک اثرات آیرودینامیکی، عملکرد ملخ را بهبود دهد.

استیپا تصور می کرد که قرار دادن ملخ درون این مجرا می تواند بازده تولید رانش را افزایش دهد. شکل داخلی لوله همچنین در تولید نیروی بالابر نقش داشت؛ بنابراین، مجرا صرفا محفظه ای برای موتور و ملخ نبود و از نظر آیرودینامیکی نیز اهمیت داشت.

این ایده را می توان یکی از نمونه های اولیه تلاش برای یکپارچه کردن بدنه، سامانه پیشرانش و جریان هوا دانست. البته عملکرد واقعی چنین سامانه ای به عوامل متعددی از جمله شکل مجرا، سرعت جریان، بازده ملخ و میزان مقاومت هوا بستگی دارد.

نکته مهم این است که اصل فیزیکی طرح استیپا صرفا به قانون برنولی محدود نمی شد؛ تعامل جریان هوا با ملخ، تغییر فشار در مجرا و نیروی وارد شده به جریان نیز در عملکرد آن نقش داشتند.

در 7 اکتبر 1932، دومنیکو آنتونینی، خلبان آزمایشگر، استیپا-کاپرونی را به پرواز درآورد. آزمایش نشان داد که ایده قرار دادن ملخ درون یک مجرای آیرودینامیکی از نظر فنی قابل اجراست و هواپیما می تواند از زمین بلند شود و پرواز کند.

از ویژگی های قابل توجه این نمونه، سرعت نسبتا پایین فرود بود که حدود 68 کیلومتر بر ساعت، اعلام شده است. طراحی داخلی مجرا در ایجاد نیروی بالابر نقش داشت و هواپیما از نرخ اوج گیری مناسبی برخوردار بود. همچنین گفته می شد که صدای آن در مقایسه با برخی هواپیماهای هم دوره کمتر است.

بااین حال، استیپا-کاپرونی با یک مشکل اساسی رو به رو بود: بدنه حجیم آن مقاومت آیرودینامیکی زیادی ایجاد می کرد. این مقاومت بخشی از مزیت به دست آمده از طراحی مجرای پیشرانش را از بین می برد و مانع دستیابی هواپیما به سرعت بالا می شد.

حداکثر سرعت این هواپیما حدود 130 کیلومتر بر ساعت گزارش شده است. در نتیجه، با وجود موفقیت آزمایش اولیه، طرح نتوانست توجه نیروی هوایی ایتالیا را برای تولید و استفاده عملیاتی جلب کند.

مهم ترین بخش تاریخ استیپا-کاپرونی، ارتباط مفهومی آن با فناوری های بعدی پیشرانش است. ایده استفاده از یک مجرا برای هدایت جریان هوا و بهبود عملکرد سامانه رانش، با اصولی ارتباط دارد که بعدها در طراحی فن های کانال دار مورد توجه قرار گرفتند.

فن کانال دار یا Ducted Fan، ملخی است که درون یک مجرای محافظ و آیرودینامیکی قرار می گیرد. این ساختار می تواند بسته به طراحی و شرایط کاری، بر بازده، توزیع جریان هوا، صدا و ایمنی سامانه اثر بگذارد.

موتور توربوفن نیز از نظر کلی از یک فن بزرگ برای جا به جایی هوا استفاده می کند؛ بخشی از هوا از هسته موتور عبور می کند و بخش دیگری از اطراف آن می گذرد. این معماری در بسیاری از هواپیماهای مسافربری امروزی به کار می رود و به ایجاد رانش مناسب با مصرف سوخت کمتر در مقایسه با برخی انواع دیگر موتورهای جت کمک می کند.

بااین حال، نباید استیپا-کاپرونی را نمونه اولیه مستقیم موتور توربوفن امروزی دانست. این هواپیما از موتور پیستونی و ملخ استفاده می کرد، درحالی که توربوفن یک موتور جت مبتنی بر توربین گازی است. اهمیت طرح استیپا بیشتر در این است که سال ها پیش از رواج بسیاری از طراحی های مدرن، امکان استفاده از مجرای آیرودینامیکی برای بهبود عملکرد پیشرانش را بررسی کرده بود.

نازل کورت (Kort Nozzle) که در سال 1934 توسعه یافت، نیز از ایده های مرتبط با محصور کردن ملخ در یک مجرا استفاده می کرد؛ هرچند این فناوری در کاربردهایی مانند شناورها به کار گرفته شد و مسیر توسعه مستقلی داشت.

از این رو، استیپا-کاپرونی را می توان یکی از طرح های پیشگام در بررسی پیشرانش مجرادار دانست، اما نسبت دادن شکل گیری مستقیم موتورهای توربوفن امروزی به این هواپیما، ساده سازی تاریخ پیچیده مهندسی هوانوردی خواهد بود.

با وجود آنکه استیپا-کاپرونی به تولید انبوه نرسید، ایده آن سال ها بعد دوباره مورد توجه قرار گرفت. در استرالیا، شرکت اروتک کوئینزلند (Aerotec Queensland) نمونه ای بازسازی شده در مقیاس سه پنجم از این هواپیما ساخت.

در اکتبر 2001، خلبانی به نام برایس وولف این نمونه را در دو پرواز کوتاه آزمایش کرد. هر پرواز حدود 600 متر طول داشت و هواپیما به ارتفاعی در حدود شش متر رسید. گزارش ها حاکی از آن بودند که نمونه بازسازی شده رفتاری مشابه هواپیمای اصلی از خود نشان می داد.

این بازسازی فرصتی فراهم کرد تا ایده ای که نزدیک به هفت دهه پیش مطرح شده بود، دوباره در قالب یک پرنده واقعی بررسی شود. چنین پروژه هایی افزون بر ارزش تاریخی، به درک بهتر تصمیم های مهندسی و محدودیت های طراحی های اولیه هوانوردی کمک می کنند.

استیپا-کاپرونی نه رکورد سرعتی ثبت کرد و نه به هواپیمایی عملیاتی برای نیروی هوایی ایتالیا تبدیل شد. ظاهر نامتعارف آن نیز باعث شده است که همچنان در فهرست عجیب ترین و زشت ترین هواپیماهای تاریخ جای بگیرد.

با این وجود، ارزش این هواپیما تنها در عملکرد محدود آن خلاصه نمی شود. لوئیجی استیپا با این طرح نشان داد که می توان رابطه میان بدنه هواپیما و سامانه پیشرانش را به شکلی متفاوت بررسی کرد؛ ایده ای که در توسعه فناوری های بعدی فن کانال دار و دیگر سامانه های هدایت جریان هوا اهمیت پیدا کرد.

استیپا-کاپرونی نمونه ای از این واقعیت است که در تاریخ فناوری، موفقیت یک ایده همیشه به معنای موفقیت نخستین محصول ساخته شده بر اساس آن نیست. گاهی یک طرح عجیب و ناموفق، پرسشی را مطرح می کند که پاسخ آن سال ها بعد در فناوری های پیشرفته تر پیدا می شود.

تنظیم و ترجمه: محمدمهدی حیدرپور