پنج اعجوبه آسمانی: برترین هواپیماها با طراحی شگفت‌انگیز بال پرنده

در اینجا فهرستی از پنج هواپیمای با ساختار بال پرنده برتر در تاریخ هوانوردی آورده شده است. بال های پرنده هواپیماهایی هستند که به جای یک هواپیمای معمول دارای دم، بدنه و بال های سنتی، تنها بر اساس مفهوم بال پرندگان طراحی شده اند. مفهوم بال پرنده برای یک هواپیما احتمالاً ابتدا توسط آلمان نازی با Horten Ho 229 و نورثروپ با N-9M تا مرحله نمونه اولیه توسعه داده شده باشد، اما این فهرست به ترتیب زمانی به پنج بال پرنده برتر در طول تاریخ هوانوردی می پردازد.

۱- Horten Ho 229/Gotha Go 229

تلاش آلمان نازی در تولید یک بال پرنده

اولین توسعه جدی طراحی بال پرنده با آلمان نازی و هواپیمای Ho 229 ساخت کمپانی Horten که یک شرکت کوچک فعال در زمینه ساخت هواپیما بود آغاز شد. Ho 229 به عنوان یک جت جنگنده برای سرنگونی هزاران بمب افکن متفقینی که با بمباران شبانه روزی صنایع آلمان نازی، جبهه دومی ایجاد کرده بودند طراحی شده بود. شروع این پروژه در سال ۱۹۴۳ بود، زمانی که بمباران های استراتژیک متفقین جدی شده و فرمانده نیروهای لوفت وافه، هرمان گورینگ خواستار یک راه حل واقعی بود.

این ایده به ذهن ریمار و والتر هورتن رسید، یک کهنه سرباز لوفت وافه در نبرد بریتانیا که Ho 229 را در پاسخ به این واقعیت که جنگنده های لوفت وافه در نبرد بریتانیا ذخایر سوخت بسیار محدودی داشته و بسیار آسیب پذیر بودند، طراحی کرد. طبق ادعای موزه هوا و فضای اسمیتسونیان، ریمار هورتن به عنوان یک طراح و متخصص آیرودینامیک، مستقل از رژیم نازی، در دهه های ۱۹۳۰ و ۱۹۴۰ برای توسعه طراحی بال پرنده خود کار می کرد. در همین حال، والتر شنید که گورینگ در اوایل سال ۱۹۴۳ در مورد انواع مختلف هواپیماهای دو موتوره در لوفت وافه که ناکارآمد و فاقد قطعات قابل تعویض بودند، شکایت می کند.

بنابراین گورینگ مشخصاتی را برای هواپیماهای دو موتوره قابل قبول و مورد نظرش مطرح کرد و ریمار به گورینگ اطلاع داد که فقط یک هواپیمای با موتور جت می تواند خواسته مورد نظر او را برآورده کند. در آگوست ۱۹۴۳، به ریمار گفته شد که تنها شش ماه فرصت دارد تا یک نمونه قابل پرواز بسازد. در سپتامبر ۱۹۴۴، کمپانی Gotha  برای ساخت جت های بال پرنده به منظور نفوذ به عمق ۱,۰۰۰ کیلومتری آسمان دشمن با ۱,۰۰۰ کیلوگرم بمب انتخاب شد.

اما بال پرنده Ho 229 به جای اینکه یک جت بمب افکن شگفت انگیز چوبی باشد، سه نمونه اولیه را در پی داشت. برخی از دلایل این طراحی سه گانه ممکن است مشکلات توسعه موتور و تاخیر در توسعه باشد تا جایی که فقط یک مدل گلایدر بدون موتور در مارس ۱۹۴۴ به پرواز درآمد. تا اواسط دسامبر ۱۹۴۴ طول کشید تا نسخه موتوردار Ho 229 سرانجام پرواز کند – اما در زمان انجام سومین پرواز آن در تست های پرواز، هواپیمای آزمایشی دچار نقص موتور شد و خلبان آزمایشی آن، اروین زیلر را کشت. مانند Me-262، بال پرنده Ho 229 از موتور شش مرحله ای BMW P 3302 با جریان محوری استفاده می کرد.

با این وجود، علیرغم عقب رانده شدن آلمان نازی توسط متفقین، توسعه این بال پرنده ادامه یافت و توسعه یک نسخه بمب افکن برای بمباران ایالات متحده آغاز شد. حتی، طبق ادعاب موزه هوا و فضای اسمیتسونیان، تلاشی بدوی برای پوشاندن سومین نسخه اولیه Ho 229 با زغال چوب جاذب رادار وجود داشت. اما پس از تسلیم شدن آلمان نازی، ارتش ایالات متحده سومین نمونه اولیه Ho 229 را پیدا کرد و در نهایت تلاش هایی برای بازسازی آن توسط موزه هوا و فضای اسمیتسونیان انجام شد. علاوه بر این، آزمایش‌هایی انجام شد تا مشخص شود که این طراحی تا چه اندازه پنهانکار است. شایان ذکر است که ، حداکثر سرعت Ho 229 در حدود ۹۷۷ کیلومتر بر ساعت بود و برد عملیاتی اش به ۱,۰۰۰ کیلومتر می‌رسید.

اگرچه Ho 229 هیچگاه به مرحله تولید انبوه نرسید، تلاش های مهندسان آلمانی در توسعه Ho 229 به پاسخ به سؤالات اساسی در مورد چگونگی ساخت بال های پرنده کمک کرد.

۲- Northrop XB-35/YB-49

اولین تلاش های کمپانی نورثروپ در ساخت یک بمب افکن استراتژیک بال پرنده

بال پرنده XB-35 ساخت کمپانی نورثروپ که در ادامه تبدیل به YB-49 شد، اولین بمب افکن بال پرنده جهان بود. در نهایت ۱۴ فروند از این هواپیماهای خارق‌العاده در تلاش های جک نورثروپ، رییس وقت نورثروپ برای داشتن طرح پرنده ای که روی ایجاد لیفت تمرکز کند، ساخته شد. در نتیجه، YB-35 می‌توانست محموله بیشتری را برای مسافتی بیشتر و سریع‌تر از طرح‌های معمولی آن زمان حمل کند. با توجه به اینکه در سال ۱۹۴۱ ترس از سقوط بریتانیا به دست آلمان نازی وجود داشت، ایالات متحده آمریکا به دنبال یک بمب افکن استراتژیک واقعاً دوربرد بود. بنابراین، نیروی هوایی ارتش ایالات متحده قراردادی را برای دو نمونه اولیه در اندازه کامل و دو مدل در مقیاس ۱/۳ از نسخه N-9M برای آزمایش طراحی با نورثروپ به امضا رساند.

XB-35 با ملخ‌های با حالت چرخش در جهت مخالف یکدیگر عرضه شد و دارای مشکلات جدی در توسعه بود – بیشتر در بخش توسعه موتور. با این حال، دوران هواپیماهای جنگی ملخ‌دار رو به پایان بود، بنابراین نیروی هوایی ارتش ایالات متحده و نورثروپ تصمیم گرفتند یک نسخه با موتور جت را در نسخه YB-49 امتحان کنند. یک سقوط اولیه YB-49 که جان سروان گلن ادواردز و چند نفر دیگر را گرفت، منجر به نامگذاری پایگاه آزمایشی کالیفرنیا به پایگاه هوایی ادواردز شد. اما YB-49 با وجود مشکلاتی که داشت، مشکلاتی که برخی از آنها به طرفداری مشکوک از رقیب نورثروپ یعنی شرکت Convair مربوط می شد- و برخی تلاش ها که برای سوق دادن نورثروپ به ادغام با Convair به آن فشار می آوردند، طراحی این بال پرنده تداوم یافت.

یکی از کشف هایی که صورت گرفت این بود که یک بال پرنده، برگشت راداری کمتری نسبت به طراحی های معمول دارد- و این امر چندین دهه بعد به موفقیت در بمب افکن های پنهانکار B-2 و B-21 نورثروپ منجر شد.

اما این واقعیت که موتورهای جت اولیه مصرف سوخت بسیار بالایی داشتند، بیش از پیش برای پروژه YB-49 دردسرساز شد، در شرایطی که برد آن به مقدار قابل توجهی کمتر از XB-35 بود. علاوه بر این، بوئینگ در حال وارد مرحله تولید کردن هواپیمای B-47 Stratojet بود که طراحی تمام جت معمول تری داشت که برای عملکرد در ارتفاع و سرعت های بالاتری که نیروی هوایی جدید ایالات متحده به آن ها دست یافته بود، طراحی شده بود. بنابراین YB-49 در نهایت اسقاط شد.

۳- Armstrong Whitworth A.W.52

تلاش بریتانیا برای ساخت یک بال پرنده به تولید سیستم ایجکت منجر شد

انگلیسی ها نیز تلاش کردند تا یک بال پرنده، و این بار Armstrong Whitworh A.W.52 را توسعه دهند. با این حال، بریتانیایی‌ها دریافتند که توسعه یک صندلی پرتابی (ایجکت) که کارآمد باشد، پیشرفت تاریخی مهم‌تری بود، اتفاقی که با توسعه A.W. 52 رخ داد، هواپیمایی که اولین پرواز خود را در ۱۳ نوامبر ۱۹۴۷ انجام داد. این چند سال پس از آغاز پرواز نمونه اولیه گلایدری در ۲ مارس ۱۹۴۵ بود. هواپیمای بال پرنده A.W. 52 نوک بال های بلندی داشت و قرار بود نمونه اولیه یک هواپیمای جت به اندازه یک بوئینگ ۷۳۷ باشد. علاوه بر این، A.W. 52 دارای دو موتور رولزرویس Nene  بود و بر اساس یک نمونه اولیه‌ی گلایدر ساخته شد.

همانطور که A.W. 52 به سرعت در مسیر تولید قرار گرفت، یک مشکل بسیار بزرگ مربوط به لرزش هواپیما وجود داشت. لرزش های A.W. 52 باعث می شد که سرعت ۴۸۰ کیلومتر در ساعت باشد، نه ۸۰۰ کیلومتر در ساعتی که طراحان به دنبال آن بودند. عدم اطلاع از تاثیر جریان آشفته بر طراحی تاثیر گذار بود، موضوعی که مشکل لرزش هواپیما را در پی داشت. اما آزمایش ادامه یافت.

آزمایش ها تا جایی ادامه یافت که A.W. 52 چند سال بعد در ۳۰ می ۱۹۴۹ تاریخ ساز شد. در ۳۰ می ۱۹۴۹، خلبان آزمایشی، جو لنکستر هنگام شیرجه زدن با هواپیمای TS 363 با سرعت ۵۱۲ کیلومتر در ساعت، یک لرزش نامتقارن در دم بالابر را تجربه کرد. به سرعت فرکانس این لرزش افزایش یافت و با پیش بینی فروپاشی ساختاری قریب‌الوقوع، لنکستر از هواپیما بیرون پرید. با انجام این کار، او به اولین خلبان بریتانیایی تبدیل شد که در مواقع اضطراری از صندلی جهشی (و فناوری جدید A.W.52 که کنترل‌ها را در هنگام ایجکت کردن به قسمت جلو و دور از پاهایش قفل می‌کرد) استفاده می کند.

ایجکت کردن لنکستر منجر به استفاده بیشتر از صندلی های پرتابی Martin-Baker شد. اما لنکستر اولین خلبانی نبود که از هواپیما بیرون می پرید – این افتخار به یک خلبان آزمایشی آلمان نازی به نام هلموت شنک تعلق داشت که در ۱۳ ژانویه ۱۹۴۲ به دلیل از دست دادن کنترل، مجبور شد از هواپیمای آزمایشی He 280 خود بیرون بپرد. نمونه اولیه دیگری برای تکمیل آزمایش های بیشتری بر روی هواپیمای A.W. 52 استفاده شد اما پس از ایجکت لنکستر در ۳۰ می ۱۹۴۹ ، امیدها برای به پرواز درآوردن A.W. 52  از دست رفت. چند دهه طول کشید تا تلاش جدی دیگری برای توسعه یک بال پرنده صورت گیرد.

۴- Northrop B-2 Spirit

اولین هواپیمای بال پرنده جهان که به مرحله تولید انبوه رسید

درباره بمب افکن رادارگریز B-2 Spirit ساخت کمپانی نورثروپ گرومن که اولین هواپیمای بال پرنده ای بود که وارد مرحله تولید انبوه شد، مطالب زیادی نوشته شده است. B-2 که محصول مهندسی دهه‌های ۱۹۷۰ و ۱۹۸۰ بود، از طراحی به کمک رایانه و فناوری پرواز با سیم بهره می‌برد که پروژه های بال‌های پرنده قبلی فاقد آن بودند. با توجه به هزینه های بالای توسعه و ساخت B-2، تنها ۲۱ فروند از ساخته شد و ۱۹ فروند از آن ها امروز پرواز می کنند. دو فروند B-2 دیگر در طی ماموریت های آموزشی در نتیجه سوانحی از بین رفتند هر چند تلفات جانی رخ نداد.

علاوه بر این، B-2 Spirit با رنگ منکسر کننده امواج رادار عرضه می شود تا به کاهش ردپای رادار اش کمک کند. همچنین بمب افکن پنهانکار B-2 Spirit اولین هواپیمایی بود که از بمب های هدایت شونده GPS در نبرد استفاده کرد و آن را روی مختصات خاصی رها کرد. همچنین یک نسخه آزمایش زمینی از B-2 Spirit – با نام Spirit of Ohio – که هرگز پرواز نکرد در موزه نیروی هوایی ایالات متحده قرار گرفت.

موفقیت B-2 به عنوان یک بمب افکن پنهانکار بال پرنده، آنطور که آرمسترانگ ویثوورث برای A.W.52 خود آرزو می کرد، به تولید نسخه ای مشابه در هوانوردی تجاری منجر نشد. اما B-2 در حال حاضر حدود ۱۰ درصد از ناوگان بمب افکن های ایالات متحده را تشکیل می دهد. در آخذ اینکه، B-2 می تواند با سوخت گیری هوایی به سراسر جهان پرواز کند – اولین هواپیمای بال پرنده با چنین قابلیتی. همچنین بمب افکن B-2 الهام بخش جایگزینی برای B-52 Stratofortress و B-1B Lancer بود.

۵- Northrop B-21 Raider

جدیدترین بمب افکن بال پرنده نورثروپ که در حال تست است

جدیدترین بمب افکن نیروی هوایی ایالات متحده نیز یک بال پرنده در قالب B-21 Raider است. مانند سایر بال های پرنده در این فهرست، B-21 نیز برای پیشگامی در تکنولوژی های جدید در نظر گرفته شده است. در مورد B-21، این بمب افکن در استفاده گسترده از هوش مصنوعی – از جمله پرواز بدون خدمه – پیشگام خواهد بود. علاوه بر این، B-21 Raider از دوقلوهای دیجیتال و شبیه سازی ها و با معماری سیستم باز برای ادغام بی نقص فناوری های جدید طراحی شده است.

علاوه بر این، هواپیمای آزمایشی B-21 یک نمونه اولیه نیست -آنطور که نورثروپ گرومن می گوید، هواپیمای آزمایشی B-21 به جای یک نمونه اولیه، مجهز به سیستم های ماموریتی است و توسط همان تکنیسین ها با استفاده از فرآیندها و ابزارهای مشابه برای هواپیماهای تولیدی ساخته شده است. مجموعه دانش و تجربه به دست آمده در فرآیند توسعه، از انتقال آرام و بی نقص به مرحله تولید در مسیر ارائه قابلیت عملیاتی پشتیبانی می کند.

برای بمب افکنی که تنها ۱۶ متر طول دارد و طول بال های آن ۴۰ متر است، با ظرفیت حمل محموله ای ۸۱,۶۴۷ کیلوگرمی؛ B-21 در آزمایشات خوب عمل کرده است. این که B-21 آزمایشی با سیستم های ارتباطی و ناوبری نسخه تولیدی همراه بوده است، بسیار کمک کننده است. به این ترتیب، B-21 به طراحی بال پرنده به عنوان یک طراحی جنگی ادامه می دهد. در شرایطی که B-21 و B-2 طراحی های بال پرنده معمولی دارند، استفاده های بالقوه برای طراحی بال پرنده رشد و تکامل می یابد زیرا طراحی بال پرنده ذاتاً از نظر آیرودینامیکی کارآمد است. کارآمدی آیرودینامیکی منجر به مصرف سوخت کمتر برای طی مسافت مشابه می شود.