კაცობრიობის ერთ-ერთი უმნიშვნელოვანესი გამოგონება უდაოდ თვითმფრინავია. წარმოიდგინეთ, რამდენიმე ასეული ტონა მეტალი რამდენიმე კილომეტრ სიმაღლეზე ეკიდება და რამდენიმე ასეული კმ/სთ სიჩქარით მიფრინავს. რომ არა თვითმფრინავი, ჩვენ ძალიან დიდ დროს მოვანდომებდით აშშ-მდე, ავსტრალიამდე და თუნდაც ევროპის ნებისმიერ ქვეყნამდე ჩაღწევას. ახლა კი, მსოფლიოს ნებისმიერ წერტილში ჩასვლას ერთი დღეც არ სჭირდება. და ეს ყველაფერი კი სულ რაღაც 1903 წელს დაიწყო, როდესაც ძმებმა რაიტებმა მართვადი თვითმფრინავი პირველად შექმნეს.

ალბათ, ისინი ძალიან იამაყებდნენ, როცა გაიგებდნენ, რომ მხოლოდ ამერიკის შეერთებული შტატების ცაზე დღეში 100 000 თვითმფრინავი დაფრინავს. ფაქტია, რომ უზარმაზარი, ზემასიური მეტალის კორპუსი ისე დაფრინავს, რომ იშვიათად ვგრძნობთ დისკომფორტს. როგორ? ფიზიკის რა კანონები უშვებს, რომ 560 ტონიანი Airbus A380-მა ცაში უპრობლემოდ, მეტიც, კომფორტულად იფრინოს?

სანამ კონკრეტულად ფიზიკის კანონებზე გადავალთ, აქვე არ უნდა დაგვავიწყდეს, რომ თვითმფრინავების ახლანდელი უსაფრთხოება უმეტესად განპირობებულია იმ კატასტროფებზე ნასწავლი შეცდომებით, რაც კი ფრენის ისტორიაში მომხდარა. უამრავი მგზავრი შეეწირა იმას, რომ დღეს ჩვენ უსაფრთხოდ გვეფრინა. ალბათ, უმეტესობა ჩვენგანს მანქანაში ჩაჯდომის უფრო გვეშინია, ვიდრე - თვითმფრინავში.

რა არის ჰაერი?

ჰაერი ფიზიკური სუბსტანციაა, რომელსაც წონა გააჩნია. ის მუდმივად მოძრავი მოლეკულებისგან შედგება. ჰაერის წნევა კი მოლეკულების მოძრაობით წარმოიქმნება. მოძრავ ჰაერს გააჩნია ძალა, რომ ფრანები და საჰაერო ბურთები ჰაერში აწიოს და დასვას. ჰაერი სხვადასხვა აირებისგან შედგება: ჟანგბადი, ნახშირორჟანგი და აზოტი.

1640 წელს, ევანგელისტა ტორიჩელიმ აღმოაჩინა, რომ ჰაერს წონა გააჩნია. როდესაც ის ვერცხლისწყალზე ექსპერიმენტს ატარებდა, მან დაადგინა, რომ ჰაერი ვერცხლისწყალზე წნევას აღძრავდა.

მოგვიანებით კი, ფრანჩესკო ლანამ ეს აღმოჩენა გამოიყენა და საჰაერო ხომალდის ასაგებად გეგმის მომზადება დაიწყო. მან დახატა ხომალდი ქაღალდზე, რომელსაც სფეროს ფორმა ჰქონდა. მას ჰაერი უნდა გამოედევნა. როგორც კი ჰაერი გამოთავისუფლდებოდა, სფეროს უფრო ნაკლები წონა ექნებოდა და ჰაერში ტივტივი შეეძლებოდა. ოთხივე სფერო მიმაგრებული უნდა ყოფილიყო ნავის მსგავს სტრუქტურასთან, რის შედეგადაც მთლიანი მოწყობილობა შეძლებდა ფრენას. ეს დიზაინი პრაქტიკაში არასოდეს განხორციელებულა.

ცხელი ჰაერი ფართოვდება, რის გამოც მისი სიმკვრივე იკლებს და ცივ ჰაერზე უფრო მსუბუქი ხდება. ცივი, უფრო მკვრივი ჰაერი თბილ ჰაერზე ქვემოთ ჩამოდის, შესაბამისად, ცხელი ჰაერი ზემოთ იწყებს ასვლას. ზუსტად ამ მიზეზის გამო აყენებენ გამათბობლებს სახლში ქვემოთ და არა ზემოთ. როდესაც საჰაერო ბურთი სავსეა ცხელი ჰაერით, ის მაღლა ადის იმიტომ, რომ ჰაერი გაცხელებისას ფართოვდება თვითონ ბურთში. როდესაც ცხელი ჰაერი გრილდება და/ან ბურთიდან გამოდის, ბურთი მიწაზე ბრუნდება.

პროპელერი vs. რეაქტიული ძრავი

არც ერთი ძრავი არ არის ყველასთვის ხელსაყრელი. თითოეულ მათგანს სპეციფიკური ძლიერი და სუსტი მხარეები აქვს. სანამ გადაწყვეტთ, რომელი ძრავით აღჭურვილი თვითმფრინავია თქვენთვის ხელსაყრელი, ჯერ გავეცნოთ თითოეულ მათგანს.

პროპელერიანი ძრავი

პროპელერიანი ძრავები სამკაოდ ხელსაყრელია დაბალსიჩქარიანი ფრენებისათვის და ბევრად უფრო ნაკლებ საწვავს მოიხმარს, ვიდრე რეაქტიული ძრავები. ამ ძრავის მქონე თვითმფრინავს ბევრად უფრო მოკლე ასაფრენი ბილიკებიდან შეუძლია აფრენა.

ეს იმიტომ, რომ ძრავებში გაწევა ძალის მომენტით (იგივე ტორქი) წარმოიქმნება და არა საწვავის დაწვით. ეს ძრავები უდავოდ ეფექტურია 720 კმ/სთ სიჩქარის ქვემოთ. ისინი ეფექტურობას უფრო მაღალ სიჩქარეევზე კარგავენ. ზუსტად ამ მიზეზის გამო, ეს ძრავები უფრო პატარა, კერძო თვითმფრინავებში გვხვდება, რომლებიც მოკლე მანძილზე დაფრინავენ.

რეაქტიული ძრავი

რეაქტიულ ძრავებს ხშირად ტურბო ჯეტებს უწოდებენ. ისინი ჰაერის შეკუმშვითა და საწვავის დაწვით თვითმფრინავის ტურბინის ფრთებს ატრიალებენ. მათ შეუძლიათ, ძალიან მძლავრი გაწევა წარმოქმნან, მაგრამ ამისათვის ძალიან დიდი რაოდენობის საწვავი უნდა დაწვან.

უფრო გავრცელებულ რეაქტიულ ძრავებში, ჰაერის შეკუმშვის რამდენიმე საფეხურია, სადაც ცივი ჰაერი ძრავებში შედის და შემდეგ იკუმშება. შეკუმშვის თითოეული ციკლის შემდეგ, წნევა იზრდება.

წნევასთან ერთად, ტემპერატურაც იზრდება. როდესაც გამთბარი ჰაერი აირებს შეერევა, წვის პროცესი იწყება. ეს ზეცხელ აირებს ტურბინების ფრთებიდან გამოდევნის, სადაც აირები მათზე ძალას აღძრავენ, რომელიც, თავის მხრივ, მთლიან ტურბინას ატრიალებს, ეს კი ძრავის კომპრესორს (შემკუმშველს) კვებავს.

შედეგად, ტურბო ჯეტის ძრავით აღჭურვილი თვითმფრინავები ბევრად უფრო მაღალი სიჩქარით დაფრინავენ ცაზე.

როგორ ეხმარება ფრთები თვითმფრინავს აფრენაში?

თუ ოდესმე გინახავთ რეაქტიულად მოძრავი თვითმფრინავის აფრენა ან დაშვება, პირველი, რასაც შენიშნავდით, ხმაურია. რეაქტიული ძრავები, რომლებიც გრძელი მეტალის მილებია და განუწყვეტლივ მოიხმარს საწვავსა და ჰაერს, ბევრად უფრო ხმაურიანია (და ბევრად მძლავრი), ვიდრე ტრადიციული პროპელერიანი ძრავები. შეიძლება იფიქროთ, რომ ძრავები უმთავრესია თვითმფრინავის ფრენისათვის, მაგრამ ეს ასე არ არის. ბევრ რამეს შეუძლია იფრინოს ძრავების გარეშე, მაგალითად: ქაღალდის თვითმფრინავებს, ფრანებსა და ჩიტებს. საქმე თვითმფრინავის ფრთებშია.

თვითმფრინავის ფრთები ისეა შექმნილი, რომ ის ჰაერს უფრო სწრაფად ამოძრავებს ფრთის ზემოთ. ჰაერი რაც უფრო სწრაფად მოძრაობს, მისი წნევა მით უფრო მცირდება. ამიტომ ფრთის ზემოთ წნევა უფრო ნაკლებია, ვიდრე ფრთის ქვემოთ. წნევათა შორის სხვაობა წარმოქმნის ძალას ფრთაზე, რომელიც მას ჰაერში სწევს.

ქვემოთ მოცემულ ფოტოზე თქვენ ხედავთ ფრთის დიზაინს, რომელიც ჰაერის სწრაფად ასამოძრავებლადაა შექმნილი. ასევე ხედავთ ე.წ. ფლაპებს (flaps), რომელთა გარკვეულ პოზიციაზე გადაყვანის შემდეგ, თვითმფრინავის სიჩქარე იზრდება ან მცირდება:

ძრავები გამოიყენება იმისათვის, რომ თვითმფრინავმა უფრო დიდი სიჩქარით იმოძრაოს წინ: მათი წყალობით, უფრო მეტი ჰაერი გადის ფრთებზე, შესაბამისად, წნევათა შორის სხვაობა იზრდება და უკვე ფრთების წყალობით, თვითმფრინავი ზემოთ ადის.

როგორ წავიყვანოთ თვითმფრინავი იქ, სადაც გვინდა?

წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენი ხელები ფრთებია. თუ ერთ ფრთას დაბლა დავუშვებთ და მეორეს მაღლა, თვითმფრინავის მიმართულება შეიცვლება. ჩვენ თვითმფრინავის მოსახვევად ერთი მხრის დახრას ვიყენებთ. თუ ცხვირს ავწევთ, როგორც პილოტი წევს თვითმფრინავის ცხვირს, ჩვენ თვითმფრინავის დახრილობას ვზრდით.

ამ ყველაფრის გამოყენებით, პილოტებს თვითმფრინავის მართვა შეუძლიათ. რა თქმა უნდა, ეს ძალიან ზედაპირული აღწერაა და ალბათ ყველას გინახავთ თვითმფრინავის კაბინა, სადაც თვითმფრინავის მაკონტროლებელი უამრავი ღილაკია - დაწყებული ავტოპილოტით და დამთავრებული კლიმატკონტროლით.

ძალიან მარტივი ფიზიკის კანონების გამოყენებითა და დახვეწილი ინჟინერიის წყალობით, ჩვენ შეგვიძლია ტვირთითა და მგზავრებით დატვირთული 650 ტონიანი თვითმფრინავი ჰაერში გამოვკიდოთ და, მეტიც, 1000 კმ/სთ სიჩქარით ვამოძრაოთ.

რატომაც არა? არის საშუალება და...