مهندسی نبوغ آمیز SR-71 Blackbird

۲۶ سال پس از بازنشستگی از نیروی هوایی ایالات متحده و ۲۵ سال پس از بازنشستگی از سازمان ملی هوانوردی و فضایی (ناسا)، هواپیمای SR-71 Blackbird (به طور غیررسمی با نام مستعار “هابو” [Habu] در اشاره به گونه ای از افعی های گودالی سمی بومی جزایر ریوکیو ژاپن) با حداکثر سرعت ثبت شده ۳.۵۶ ماخ (۴,۳۹۵.۸۸۷ کیلومتر بر ساعت) همچنان سریع ترین هواپیمای هواتنفسی است که تاکنون ساخته شده.

نکته: سریع‌ترین هواپیما در هر نوع، X-15 ساخت North American با موتور موشک بود، با سرعت ۶.۷ ماخ (۸,۲۷۳ کیلومتر بر ساعت).

این سرعت بسیار زیاد باعث تولید گرمای شدیدی نیز می شود، از آنجایی که دمای ۱۰۰۰ درجه فارنهایت (۵۰۰ درجه سانتیگراد) به دماغه و کابین خلبان هواپیما هجوم می برد. به قول معروف، “اگر نمی توانی گرما را تحمل کنی، از آشپزخانه برو بیرون”. در این مطلب از فانی لندبه نبوغ مهندسی می پردازیم که بلک برد را قادر می سازد تا به راحتی از پسِ گرمای شدید پرواز در چنین سرعت هایی برآید.

چرایی و چگونگی گرما و سرما

دلیل گرمای شدید یک موضوع کاملاِ علمی است. اصطکاک ناشی از برخورد مولکول های هوا با لبه های سطحی هواپیما، انرژی بالقوه آنها را به انرژی گرمایی، یعنی گرما تبدیل می کند. بنابراین، هرچه سرعت پرواز بیشتر باشد، هواپیما در معرض دمای بالاتری قرار خواهد گرفت.

اما صبر کنید، چیزهای بیشتری وجود دارد! انگار آن گرمای شدید به اندازه کافی یک چالش نبود، چالش همزمان طرف مقابل طیف دما، یعنی سرمای شدید نیز وجود دارد. “هابو” به طور معمول در ارتفاع ۷۰,۰۰۰ فوتی (۲۱,۳۳۶ متری) پرواز می کند، جایی که دمای بیرون آن -۵۵ درجه سانتیگراد است، و این بدان معنی است که بخش هایی از این پرنده جنگی در گرمای شدید خواهند بود در حالی که قسمت های دیگر در معرض سرمای شدید قرار دارند.

راه حل شماره ۱: رنگ آمیزی

پس، چطور کلارنس “کلی” جانسون فقید (۲۷ فوریه ۱۹۱۰- ۲۱ دسامبر ۱۹۹۰ ) و تیم او از نوابغ طراحی و مهندسی هواپیما در بخش افسانه ای Skunk Works لاکهید (اکنون لاکهید مارتین) این معما را حل کردند؟

آنطور که جنی ما در مقاله ای در ژوئن ۲۰۲۰ در مجله  Medium توضیح می دهد، بخش اول راه حل به طرز مبتکرانه ای ساده بود (“KISS” که در عرصه نظامی مخفف عبارت Keep It Simple. Stupid به معنای «ساده طراحی کن. احمق» است).

«راه حلی که مهندسان لاکهید مارتین به آن دست یافتند به طرز شگفت انگیزی ساده بود – رنگ سیاه. بن ریچ از SkunkWorks یک درس ابتدایی از دوران مدرسه را به یاد آورد: رنگ سیاه هم گرما را ساطع می کند و هم گرما را جذب می کند، بنابراین در توزیع گرما در سطح عالی است. به همین خاطر این هواپیما به رنگ مشکی (در واقع آبی بسیار تیره) رنگ آمیزی شد و نام آن Blackbird گذاشته شد».

راه حل شماره ۲: تیتانیوم

تیتانیوم به دلیل مقاومت در برابر دماهای بالا و همچنین وزن سبک آن در مقایسه با فولاد مشهور است. بنابراین مهندسان Skunk Works تصمیم گرفتند تا بدنه هواپیمای بلک برد را با استفاده از آلیاژ ۹۳ درصد تیتانیوم بسازند.

این انتخاب برای زمان خود رویکردی بسیار انقلابی بود – آژانس اطلاعات مرکزی (سیا) قرارداد تولید این هواپیما را در فوریه ۱۹۶۰ با لاکهید امضا کرد و بلک برد اولین پرواز خود را در ۲۲ دسامبر ۱۹۶۴ انجام داد (با خلبان آزمایشی ارشد لاکهید اسکانک ورکز، رابرت جی. “باب” گیلیلند [با لقب Dutch 51] در کابین خلبان) – در آن زمان بسیار نادر بود که هواپیمایی از چنین نسبت بالایی از تیتانیوم ساخته شده باشد: این عنصر عمدتاً تنها در لبه های جلویی بال ها و دماغه به کار می رفت.

با این حال، تیتانیوم هنوز یک راه حل نهایی و همه چیز تمام نبود، زیرا دارای یک ضعف ذاتی بود. جنی ما از یکی از کارمندان Skunk Works، احتمالاً بن ریچ (۱۸ ژوئن ۱۹۲۵- ۵ ژانویه ۱۹۵۵؛ نام کامل بنجامین رابرت ریچ) که جانشین کلی جانسون به عنوان مدیر Skunk Works شد، چنین نقل قول می کند:

«گفته می شود که اولین دسته از قطعات آلیاژ تیتانیوم حرارت دیده آنقدر شکننده بودند که اگر آنها را از روی میز خود به پایین می انداختید، متلاشی می شدند».

بدتر از همه، مشخص شد که در خطوط مونتاژ، ابزار فولادی که معمولاً توسط کارگران استفاده می شدند، به ترکیب شکننده تیتانیوم نیز آسیب می رساند. آخرین اما مطمئناً نه کم اهمیت ترین مشکل این بود که بزرگترین تامین کننده تیتانیوم در جهان در آن زمان کسی نبود جز دشمن اصلی آمریکا در دوران جنگ سرد، یعنی اتحادیه جمهوری های سوسیالیستی شوروی.

راه حل ۳A و ۳B: راه حل هایی داخل یک راه حل

راه حل معضل ابزارسازی نسبتاً ساده بود: تمام ابزارهای جعبه ابزار مهندسان تنها برای ساخت SR-71 به طور کامل و دوباره از تیتانیوم ساخته شد.

در مورد مشکل زنجیره تامین از دولت متخاصم، “سنجاب های مخفی” دولت ایالات متحده تیتانیوم را از طریق شرکت های جعلی و کشورهای جهان سوم به دست آوردند. نکته خنده دار اینکه، اتحاد جماهیر شوروی برنامه ای را حمایت لجستیکی کرد که در نهایت برای جاسوسی از آن به کار گرفته شد.