آشنایی با هاورکرافت و سیستم رانش آن

[ریپورتر]

مقدمه
با توجه به نقش زمان در فعالیت های روزمره بشر, به کارگیری وسایل نقلیه ای که علاوه بر تأمین ایمنی، مصرف حداقل سوخت و مواجهه با کمترین نیروهای مقاوم، امکان بیشترین صرفه جویی را در زمان جابه جایی برآورده سازند، ضروری به نظر می رسد. به کارگیری قوانین ساده فیزیکی برای تحقق چنین اهدافی منجر به شکل گیری وسایلی شد که امروزه از آن ها به وسایل نقلیه دوزیست یاد می کنند.

هاورکرافت، از دهه 1990 پا به عرصه وجود نهاده و با وجود مشکلات متعدد, توانسته جای خود را در زندگی بشر امروز باز کند.
قابلیت های فراوان این وسیله, نیاز به بکارگیری آن در عرصه های مختلف نظامی، تجاری، تفریحی، امدادی، مطالعاتی، تحقیقاتی و ... را به خوبی آشکار نموده است و از آنجایی که کشور ایران پتانسیل های فراوانی برای سرمایه گذاری در چنین فعالیت هایی دارد، بستر سازی برای پیوستن اینگونه وسایل به جرگه یگان حمل ونقل نه تنها مفید بلکه ضروری به نظر می رسد. علاوه بر اینکه توانایی این وسیله در حرکت بر روی سطوح مختلف امکان انجام مأموریت های ویژه ای را محقق می سازد که می توان از آن نه صرفاًً به عنوان یک وسیله نقلیه بلکه ابزاری در جهت تحقق بسیاری از نیازهای ضروری کشور در عرصه‌های مختلف، بهره برد.

هاورکرافت, شناوری دو منظوره (آبی- خاکی) است که به روش هوابرد و با استقرار روی بالشتکی از هوای فشرده به‌آسانی و با نیروی رانش نسبتاً کمی روی سطوح آبی و خاکی حرکت می‌کند. هوای ورودی به هاورکرافت, از طریق پروانه (fan) به زیر سازه و بالشتک‌ها منتقل شده و سبب خیزش (hovering) یا بلند شدن وسیله از روی سطح و استقرار آن بر روی توده‌ای از هوای تحت فشار می‌شود. بدین ترتیب در زمان حرکت نیروی مقاوم شناوری تا حد قابل توجهی کاهش می‌یابد و هاورکرافت با استفاده از سیستم رانش و ملخ هوایی به حرکت در می‌آید. در این شناورها به سبب جدایی سطح استقرار و بدنه شناور (وجود فاصله هوایی بین آنها), استفاده از سیستم‌های رانشی آبی (مثل واترجت) میسر نیست. معلق شدن هاورکرافت روی قشری از هوا این امکان را فراهم می‌کند که با نیروی کمی بتوان جهت حرکت آنرا تغییر داد. از طرفی این ویژگی, حساسیت هاورکرافت را در برابر نیروهای ناخواسته خارجی (نظیر بادهای جانبی و امواج) به شدت افزایش می‌دهد, از این رو سیستم‌های کنترلی خاصی برای این شناورها طراحی شده است که در سایر شناورهای دریایی وجود ندارد.

توانمندی های کلی هاورکرافت
هاورکرافت به سبب ویژگی های خاص طراحی، دارای توانمندی های ویژه ای در زمینه های مختلف است. به طور خلاصه، توانمندی های هاورکرافت‌های رده متوسط را می‌توان به شرح زیر برشمرد :
• انجام عملیات آمادی و پشتیبانی در رزم دریایی، به‌ویژه در مناطق باتلاقی، لجنزار، آبراه های ناشناخته، مناطق کم عمق و مرداب های پوشیده از گیاهان دریایی و نیزار؛
• انجام عملیات گشت ساحلی، مبارزه با قاچاقچیان و انجام عملیات تعقیب و گریز از نواحی کم عمق دریایی تا اغلب قسمت های نوار ساحلی؛
• انجام عملیات هیدروگرافی و بسترشناسی دریا، مطالعات علمی در مناطق ساحلی و فلات قاره و ایجاد آزمایشگاه سیار جهت امور مطالعاتی؛
• انجام عملیات باربری و مسافربری به جزایر کوچکی که عملاً امکان ساخت اسکله و بندرگاه در آنها توجیه اقتصادی نداشته و فاقد چنین تأسیساتی هستند؛
• انجام عملیات امداد رسانی در زمان وقوع حوادث غیرمترقبه, به‌ویژه سیل و آب گرفتگی, و کمک به مصدومین و مجروحین حادثه؛
• انجام عملیات زیست محیطی، جمع آوری لکه های نفتی در امتداد ساحل و جلوگیری از تخریب و آلودگی محیط زیست در مناطق کم عمق؛
• انجام عملیات گشتی با سرعت زیاد و جابه جایی فرماندهان و خدمه شناورهای دریایی و پوشش دادن نیازمندی های سازمان بنادر و کشتیرانی؛
• عملیات مین گذاری و مین روبی در سطح آبراه های بین المللی و تنگه های پر تردد و ... .

سیستم‌ها و متعلقات هاورکرافت
در یک نگرش ساده, هاورکرافت شامل سازه‌ای دریایی است که بوسیله یک سیستم بالابر از سطح زمین بلند شده و در نهایت توسط سیستم رانش به حرکت درمی‌آید. بطور کلی, سیستم‌های اساسی هاورکرافت به ساختارهای زیر دسته‌بندی می‌شوند:

• سازه : شامل اتاقک‌های آب‌بندی, نشیمن‌گاه موتور, تکیه‌گاه ملخ, نشیمن‌گاه سازه, بالک و مخازن شناوری؛
• سازه انعطاف‌پذیر : شامل بالشتک و اتصالات؛
• سیستم بالابری : شامل پروانه, کانال حلزونی و متعلقات؛
• سیستم رانش و جلوبری : شامل ملخ, داکت و تجهیزات جانبی؛
• سیستم کنترل سوخت و تعادل : شامل مخزن سوخت, پمپ, شیرهای یک‌طرفه و لوله‌های هیدرولیک؛
• سیستم‌های انتقال قدرت : شامل موتور, تجهیزات انتقال قدرت و متعلقات؛
• سیستم اطفای حریق : شامل مخزن کف, هشدار دهنده, خاموش کننده دستی و ... ؛
• سیستم تهویه مطبوع : شامل دمنده هوا, وسایل سرمایش و گرمایش؛
• سیستم‌های الکتریکی : شامل چراغ‌های ناوبری, روشنایی داخلی, سیم‌کشی, ژنراتور و ... ؛
• سیستم‌های اویونیکی : شامل رادار, GPS, سونار و ... ؛
• سیستم‌های مکانیکی : شامل مکانیزم لنگر, مکانیزم کشش و ... ؛
• تجهیزات نظامی : شامل سلاح, سیستم‌های جانبی و ... ؛
• تجهیزات اضطراری : شامل قایق نجات, جعبه کمک‌های اولیه.
در این مقاله, سیستم رانش و جلوبری با توجه به رسالت مجله موتور در جهت انتقال فناوری مربوط به سیستم‌های پیشرانشی, تشریح می‌گردد و جهت آشنایی با سایر متعلقات هاورکرافت, می‌توان به مراجع رجوع نمود.

سیستم رانش هاورکرافت
یکی از سیستم‌های اساسی هاورکرافت, سیستم رانش است. این سیستم که شامل ملخ یا فن می‌شود, می‌تواند به شکل‌های گوناگون نیروی رانش را برای شناور تأمین نماید. معمولاً در شناورهای بزرگ یا شناورهایی که در آنها بازدهی سیستم رانش از اهمیت برخوردار است, از ملخ دارای داکت (duct) استفاده می‌شود. در سیستم رانش هاورکرافت‌های نظامی, ملخ‌های آزاد (بدون داکت) استفاده بیشتری دارند, زیرا در این حالت ملخ قدرت لازم را تأمین می‌کند و از طرفی با حذف داکت, در وزن کل نیز صرفه‌جویی می‌شود. علاوه بر این, مسئله دیگری نظیر آسیب‌پذیری و دید راداری نیز حذف داکت را الزامی ساخته است. در شناورهای کوچک, که معمولاً با سرعت حداکثر 80 کیلومتر بر ساعت کار می‌کنند, می‌توان از پروانه ترکیبی استفاده نمود. منظور از پروانه ترکیبی حالتی است که حدود یک سوم نیروی پروانه برای خیزش و دو سوم آن برای رانش استفاده می‌شود. استفاده از ملخ دارای داکت در سیستم رانش, برای شناورهای مسافربری دارای موتورهای دیزلی, بسیار رایج است. به علت وجود ذرات گرد و خاک و سنگریزه‌های حاصل از عمل بالابری, ضرورت ایجاد تمهیدات اضافی برای حفاظت از لبه حمله پره‌های ملخ و پروانه ضروری است. با توجه به سرعت دورانی ملخ, ذرات آب نیز مانند سمباده عمل می‌کنند و در نتیجه استفاده از روکش در کل پره و خصوصاً لبه حمله ضروری است. قابل ذکر است که در شناورهای اولیه از ملخ‌های آلومینیومی استفاده می‌شد. اگرچه ملخ‌های مذکور کارآیی خوبی داشتند, اما از نظر سایش لبه حمله و مقاومت در برخورد با اجرام معلق آسیب‌پذیر بودند. تداوم حرکت در سواحل شنی و وجود نمک و ترشحات نمکی نیز سبب تشدید این سایش می‌شد.

عوامل مهم در انتخاب ملخ عبارتند از : سرعت دورانی, سرعت شناوری, قطر, زاویه گام, وتر یا پهنای پره, کارآیی, نیروی رانش و توان ورودی. هر یک از عوامل مذکور محدودیتی را در انتخاب ملخ اعمال می‌کنند. در عمل چهار عامل اصلی در انتخاب ملخ وجود دارد که عبارتند از توان ورودی به ملخ, سرعت شناوری, دور موتور و نیروی رانش لازم. بر همین اساس, در حال حاضر روش انتخاب ملخ به این صورت است که پس از انجام طراحی چیدمانی و محاسبات اولیه, بر اساس نیروهای پسای هیدرودینامیکی و حداکثر سرعت, مقدار نیروی رانش تعیین می‌شود. از دیگر سو, توان ورودی به ملخ با توجه به محدودیت‌های موتور مشخص می‌شود و محدودیت قطر نیز با نظر سرطراح به کارخانجات سازنده اعلام می‌شود تا نمودار مشخصه ملخ تهیه و ارسال شود و به همراه تعیین قیمت, انتخاب نهایی صورت گیرد. البته این اولین گام در انتخاب هندسه یک ملخ است و در مرحله بعد جنس ملخ, نوع تنظیم, روکش‌های ضدسایش, عمر مفید, مقاومت در برابر خوردگی, نحوه اتصال و تغییر گام آن مطرح می‌شود. اغلب به علت وجود عدم قطعیت در ثابت نگه‌داشتن همه عوامل انتخاب ملخ به‌صورت مقایسه‌ای انجام می‌شود.

تجهیزات جانبی ملخ و سیستم رانش برای کنترل هاورکرافت
استفاده از تجهیزات کنترلی رانش, به عنوان عاملی مهم در کنترل راستای حرکت شناور حائز اهمیت است. در برخی از مدل‌های هاورکرافت, با استفاده از داکت‌های گردان, جهت حرکت هاورکرافت تغییر می‌کند. این سیستم دارای قابلیت مانور بسیار بوده و تنها عیب آن سنگین شدن پایه‌های تقویتی و توان مصرفی موتور است. بهره‌گیری از این سیستم در هاورکرافت‌های سنگین نظامی موجب برتری مانور و رزم دریایی شده و به توانایی‌های عملیاتی شناور می‌افزاید. سیستم کنترل گام ملخ و تغییر نیروی رانش نیز جزو تجهیزات کنترلی سیستم رانش محسوب می‌شوند. در این سیستم با استفاده از تغییر گام ملخ سرعت شناور کنترل می‌شود و در وضعیت گام صفر, سرعت به صفر کاهش می‌یابد. استفاده از ملخ دارای گام متغیر یکی از کارآمدترین شیوه‌های کنترل حرکت هاورکرافت است. در گام صفر, ملخ نیروی رانشی تولید نمی‌کند و هاورکرافت در ایستایی کامل است. با افزایش گام, نیروی رانشی تولید شده افزایش می‌یابد, به نحوی که در حداکثر گام, نیروی رانش به بیشترین میزان خود می‌رسد. سیستم کنترل گام ملخ که به روش‌های برقی یا هیدرولیک عمل تغییر گام را انجام می‌دهد, یکی از مهم‌ترین سیستم‌های کنترلی هاورکرافت به‌شمار می‌رود.

یکی دیگر از سیستم‌های کنترل هاورکرافت, بکارگیری بخشی از جریان هوای پروانه است. در این روش با هدایت جریان هوای پروانه و خروج آن از ناحیه دماغه, سبب تغییر جهت هاورکرافت و گردش‌های موضعی آن می‌شود. به علت محدودیت‌های ساختاری و ظرفیت موتور, نمی‌توان از این سیستم در بسیاری از طرح‌های هاورکرافت استفاده نمود.

حضور هاورکرافت در ایران
مطالعه تاریخچه حضور هاورکرافت در ایران و نیز بررسی موقعیت جغرافیایی کشور، در درک نیاز ایران به حضور چنین وسایلی در ناوگان حمل و نقل کشوری مؤثر است. بنابراین در ادامه به شرح مختصری از نحوه ورود این وسیله به ایران و نقش آن در جنگ تحمیلی می پردازیم. در خلال سال های 1968-1975 نیروی دریایی ایران اقدام به خرید 8 فروند هاورکرافت SR.N6 و 6 فروند هاورکرافت BH-7 نمود.

کشور ایران جزو معدود کشورهایی است که در همان سال های اولیه تولید هاورکرافت نظامی به این تکنولوژی شناورها دست یافت، و با داشتن بزرگترین ناوگان هاورکرافت در سطح منطقه، به تقویت نقش نظامی خود در منطقه پرداخت. ایران با داشتن مرز آبی در حاشیه شمالی خلیج فارس و با تملک بیشترین تعداد جزایر در محدوده آب های منطقه و با توجه به جغرافیای منطقه به وسایلی نیازدارد که بتواند به کمک آن ها در کمترین زمان و در هر منطقه از نوار ساحلی مرزی و محدوده جزایر ایرانی، به انجام عملیات نظامی و به ویژه جابه جایی نیرو بپردازد. بنابراین امنیت در خلیج فارس مهم ترین موضوع مورد توجه تولید کنندگان نفت منطقه و بزرگترین مصرف کنندگان نفت جهان است. پس نقش هاورکرافت در تأمین توازن دفاعی کشور حائز اهمیت بسیار است. در جریان جنگ ایران و عراق، در غیاب کارشناسان خارجی، استفاده مناسب از هاورکرافت در حمله‌های رزمندگان ایران در جبهه های جنوبی و به ویژه در جریان انتقال نیرو از مناطق هور و حوضچه های آبی جنوبی عراق، بسیار کارآمد بود و همین امر یکی از عوامل مهم پیروزی در نواحی باتلاقی، و مردابی جنوب عراق به حساب می آید.

سوتیترها :
1. در یک نگرش ساده, هاورکرافت شامل سازه‌ای دریایی است که بوسیله یک سیستم بالابر از سطح زمین بلند شده و در نهایت توسط سیستم رانش به حرکت درمی‌آید.
2. با توجه به سرعت دورانی ملخ, ذرات آب نیز مانند سمباده عمل می‌کنند و در نتیجه استفاده از روکش در کل پره و خصوصاً لبه حمله ضروری است.
3. سیستم کنترل گام ملخ که به روش‌های برقی یا هیدرولیک عمل تغییر گام را انجام می‌دهد, یکی از مهم‌ترین سیستم‌های کنترلی هاورکرافت به‌شمار می‌رود.
4. مطالعه تاریخچه حضور هاورکرافت در ایران و نیز بررسی موقعیت جغرافیایی کشور، در درک نیاز ایران به حضور چنین وسایلی در ناوگان حمل و نقل کشوری مؤثر است.
5. کشور ایران جزو معدود کشورهایی است که در همان سال های اولیه تولید هاورکرافت نظامی به این تکنولوژی شناورها دست یافت، و با داشتن بزرگترین ناوگان هاورکرافت در سطح منطقه، به تقویت نقش نظامی خود در منطقه پرداخت.