هاور کرافت

خلاصه :

هاورکرافت, شناوری دو منظوره (آبی- خاکی) است که به روش هوابرد و با استقرار روی بالشتکی از هوای فشرده به‌آسانی و با نیرویرانش نسبتاً کمی روی سطوح آبی و خاکی حرکت می‌کند. هوای ورودی به هاورکرافت, از طریق پروانه (fan) به زیر سازه و بالشتک‌هامنتقل شده و سبب خیزش (hovering) یا بلند شدن وسیله از روی سطح و استقرار آن بر روی توده‌ای از هوای تحت فشار می‌شود. بدینترتیب در زمان حرکت نیروی مقاوم شناوری تا حد قابل توجهی کاهش می‌یابد و هاورکرافت با استفاده از سیستم رانش و ملخ هوایی بهحرکت در می‌آید.

 در این شناورها به سبب جدایی سطح استقرار و بدنه شناور (وجود فاصله هوایی بین آنها), استفاده از سیستم‌های رانشی آبی (مثلواترجت) میسر نیست. معلق شدن هاورکرافت روی قشری از هوا این امکان را فراهم می‌کند که با نیروی کمی بتوان جهت حرکت آنراتغییر داد. از طرفی این ویژگی, حساسیت هاورکرافت را در برابر نیروهای ناخواسته خارجی (نظیر بادهای جانبی و امواج) به شدتافزایش می‌دهد, از این رو سیستم‌های کنترلی خاصی برای این شناورها طراحی شده است که در سایر شناورهای دریایی وجود ندارد.

 هوای ورودی به هاورکرافت, از طریق پروانه (fan) به زیر سازه و بالشتک‌ها منتقل شده و سبب خیزش (hovering) یا بلند شدن وسیله ازروی سطح و استقرار آن بر روی توده‌ای از هوای تحت فشار می‌شود. بدین ترتیب در زمان حرکت نیروی مقاوم شناوری تا حد قابل توجهیکاهش می‌یابد و هاورکرافت با استفاده از سیستم رانش و ملخ هوایی به حرکت در می‌آید. در این شناورها به سبب جدایی سطحاستقرار و بدنه شناور (وجود فاصله هوایی بین آنها), استفاده از سیستم‌های رانشی آبی (مثل واترجت) میسر نیست. معلق شدنهاورکرافت 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 روسیستم‌های کنترلی خاصی برای این شناورها طراحی شده است که در سایر شناورهای دریایی وجود ندارد . لازم بذکر است هاورکرافتامروزه در فعالیت های نظامی کاربرد بسیاری دارد .

تاریخچه ساخت

در سال 1716، Emanuel Swedenborg فیلسوف و دانشجوی الهیات از سوئد اقدام به ساخت یک مدل از فریم یک قایق وارونه همراه باتیوپ باد، یک کابین کنترل قایق در وسط آن و یک سطح نیم دایره به شکل پارو که عمل فشار هوا رو به پایین را بر عهده داشت اقدام کرد.

در اواسط 1870 میلادی مهندس انگلیسی Sir John  Issac Thornycroft اقدام به ساخت چندین دستگاه از چنین وسایلی نمود که برپایه ایده استفاده از هوا در بین بدنه قایق و آب طراحی شده بودند. او این عمل را به منظور کاهش کشش بین قایق و آب انجام داد.

در اواسط دهه 30 قرن 19 میلادی یک مهندس شوروی الاصل به نام Vladimir LevKov تعداد 20 عدد قایق با تیوپ باد ( هاور کرافتکنونی ) را طراحی و تولید نمود. اولین مدل تستی از آنها با نام L-1 دارای ساختار بسیار ساده ای متشکل از دو Catamarans ( به قایقهایی که از دو تونل طولی در وسط بدنه و یک فریم در اطراف آن تشکیل شده گفته می شود) و دارای 3 موتور بود. دو موتور M-11 افقیدر حفره ای قیف مانند نصب گردیده اند که دو حفره اصلی بدنه را به هم متصل می کنند. موتور سوم نیز که دوباره یک M-11 با سیستمخنک شونده ای که از هوا استفاده می کند است در قسمت عقب قایق برروی یک ستون و بوسیله چهار بست بر روی ستون نصب گردیدهاست. تراکم هوا در تیوپ بوسیله موتور افقی به دست می آید. در بین چندین تست موفق، یکی از قایق های تیوپ دار آقای LevKov بهنام L-5 توانست به سرعت 70 گره دریایی (130 کیلومتر در ساعت) دست یابد.

اولین هواناو در سال ۱۹۵۲میلادی توسط نوآور بریتانیایی کریستوفر کاکرل ساخته شد. کاکرل با آزمایش‌های ساده‌ای به‌وسیله موتور یکجاروی برقی و دو قوطی استوانه‌ای اصول کاربردی یک وسیله نقلیه متکی به بالشتک هوا را ثابت کرد. وی نشان داد که زمانی که بالشتکبا فشار به بیرون بدمد وسیله نقلیه به آسانی بر روی سطح جنبش‌پذیر خواهد بود. این کار به آن وسیله نقلیه امکان حرکت بر روی گل نرم،آب و مردابو مانداب و همچنین زمین سفت را می‌دهد.

هاورکرافت نظامی

در اولین پروژه استفاده از هاورکرافت در عملیات نظامی SR-N1 تا SR-N6 بود که بوسیله کمپانی Saunder Roe در جزیره Wight دربریتانیا تولید شده و بوسیله نیروهای مشترک ارتش انگلستان استفاده می شد.

در ایالات متحده و در دهه 60 میلادی کمپانی Bell اقدام به تولید هاورکرافت های Saunder Roe با کسب امتیاز از کمپانی مذبور نمود. Bell SK-5 از نمونه های این هاورکرافت ها بود که در جنگ ویتنام از آنها استفاده شد.

هاورکرافت که امروزه با نام آن آشنا هستیم حدود نیم قرن پا به عرصه وجود نهاده ، اما به دلایلی هنوز به جرگه اصلی یگان حمل و نقلنپیوسته است.

دلایلی چند برای این مسئله وجود دارد. ناتوانی آن در اجرای مانورهای صحیح و سطح بسیار بالای امر تعمیر و نگهداری ان در مقایسهبا اتومبیل به اندازه کافی برای عدم فایق آمدن بر این مشکلات کافی بوده است. مشکلاتی از قبیل باقی ماندن اینگونه وسایل (وسایل نقلیهمجهز به بالشتک هوا) در حواشی عرصه نوین حمل ونقل.

با اینحال در طول این پنجاه سال و بعد از انتخاب اتومبیل (سواری، کامیون، وسایل نقلیه تفریحی و غیره) به عنوان ابزار استاندارد برایحمل و نقل به خوبی توانسته است با شرایط سازگار باشد.

هاورکرافت وسیله ای است که بر روی هر سطحی اعم از خشکی، آب، یخ و هر چیز دیگری که بتوان هوارا با آن به تله انداخت، حرکت میکند. از هاورکرافتها به عنوان وسایل نقلیه دوزیست یاد می شود.

یک هاورکرافت برای کنده شدن از روی زمین بر فشار هوا تکیه می کند. همان نیرویی که در هواپیماها و هلیکوپترها در قالب علمآیرودینامیک از آن یاد می شود یا نیروی Thrust (نیروی جلو برنده) که راکتها را از زمین می کند. هاورکرافت می تواند در ارتفاعی بهمیزان 5 درصد طولش حرکت کند، به عبارتی اگر طول هاورکرافت 7/4 متر باشد، به میزان 8 اینچ.

مکانیزم برا در یک هاور کرافت بایستی هوای کافی ذخیره کند تا:

1. هوا را به میزان کافی در زیر هاورکرافت فشرده سازد تا بتواند وسیله را از زمین بلند کند.

2. هوای خروجی به زیر هاورکرافت را طوری ذخیره کند که همواره در داخل بالشتکها هوای کافی موجود باشد.

اصول هاورکرافت:

هاورکرافت یک وسیله حمل و نقل دوزیست است که بایک بالشتک محتوی هوای سبک فشرده شده پشتیبانی می شود. علیرغم اینکه اغلباز آن به عنوان یک وسیله حمل و نقل پیچیده، پردردسر و حتی عجیب و غریب یاد می شود، اما حقیقت آن است که ساختار هاورکرافتبسیار ساده است. برای فهمیدن شیوه کار هاورکرافت، لازم است بدانیم که مسئله دینامیک در وسایل پرنده بسیار دخیل تر است، تا اینکهدر قایقهای و اتومبیلها باشد. با توجه به شکل زیر شما می توانید به شیوه کار یک هاور کرافت پی ببرید.

اساس کلی کار یک هاورکرافت این است که بر روی لایه ای از هوا حرکت می کند. این کار با استفاده از یک پروانه محقق می شود کههوای بیرونی را به درون محفظه هوا می کشد و سپس آن هوا را از طریق نازلهایی که بر روی رینگهای حلقوی در سرتاسر کفه مسطحهاورکرافت سوار شده ا ند به بیرون می راند. این هوای خروجی سپس به زمین برخورد می کند و در نیتجه و آنگاه از لبه های اطرافهاورکرافت فرار می کند. استفاده از این پروانه موجب پیدایش یک ناحیه با فشار هوای کم در بالای هاورکرافت و یک ناحیه با فشار هوایبیشتر در زیر هاورکرافت می شود. این اختلاف فشار باعث تولید نیروی بالا برنده می شود. از آنجائیکه هوا درست به سمت زمین راندهمی شود این حالت تاثیرات زمینی نامیده می شود.

هاور کرافت بر روی یک بالشتک حاوی هوا حرکت می کند. این هوا درون بالشتک به وسیله یک فن به زیر هاور کرافت فرستاده می شود. این امر باعث کنده شدن هاور کرافت از زمین می شود. مقدار این ارتفاع می تواند، با توجه به مقیاس هاورکرافت تغییر کند. مثلاً 6 اینچتا 108 اینچ (443/2 میلی متر تا 152 میلی متر). مقدار وزنی که یک هاور کرافت می تواند جابجا کند برابر است با فشار بالشتک ضربدر مساحت زیرین هاورکرافت. برای کارآمدتر ساختن این وسیله ضروری است که از فرار کردن این هوا جلوگیری کنیم. بنابراین هوا بهوسیله ابزاری به نام Skirt محدود می شود. این ها اغلب جنس پارچه ای دارند. اسکرت های هاور کرافتها برای جدا ساختن بخشهایکوچکی به نام Segment (قطعات بسیار کوچک) به کار می روند و به همین خاطر از نظر شکلی بسیار متفاوت با یکدیگر می باشند. اغلب هاور کرافتهای Neoteric از سیستم Segmented Skirt بهره می گیرند، زیرا هر کدام از این Segmentها به تنهایی قادر استهنگام عبور از موانع منعطف گردد، بنابراین هنگام عبور از سطوح ناهموار هوای بسیار کمی از دست می رود.

اصطکاک و هاور کرافت:

اصطکاک نیرویی است که در تماس دو جسم با یکدیگر واقع می شود. اصطکاک در جهت جلوگیری از حرکت عمل می کند و قبل از اینکهجسم بتواند حرکت کند باید بر اصطکاک موجود غلبه کرد. انرژی ای را که می توان از آن برای به حرکت در آوردن وسیله استفاده کرد، درعوض برای غلبه بر اصطکاک استفاده می شود و به گرما تبدیل می شود. برای کاهش اصطکاک یک جسم باید تا حد امکان صاف ومسطح باشد، یا تلاش کنیم تا مقدار سطح در تماس با زمین به حداقل برسد. در یک هاورکرافت لایه هوای زیر وسیله و هوای خروجیوسیله را از زمین بلند می کند و این بدان معنا است که هیچ تماسی وجود ندارد و در نتیجه اصطکاک وجود ندارد.

گردش پروانه ها و راندن یک هاورکرافت:

هاورکرافت به وسیله یک پروانه که توسط یک موتورر تغذیه می شود، به جلو رانده می شود. پروانه هاورکرافت درست مانند پروانه هواپیماکار می کند. هر کدام از لبه های پروانه به شکل یک بال هواپیما میباشد. مادامی که پره های می چرخند، میان جلو و عقب پروانه یکاختلاف فشار هوا بوجود می آید. در نتیجه یک نیروی جلو برنده تولید می شود و هاور کرافت می تواند به جلو حرکت کند. با استفاده ازرادر می توانیم جریان هوای تولید توسط پروانه را تغییر دهیم و در نتیجه هاورکرافت می تواند به سمت چپ یا راست حرکت کند. رادر درپشت پروانه قرار داد، و با کنترل گیربکس یا موتور خودش حرکت می کند. اگر در به سمت راست چرخانده شود هاورکرافت به سمت چپرانده می شود. راندن یک هاور کرافت در مقایسه با راندن یک ماشین یک قایق و یا یک هواپیما بسیار نادقیق تر است، زیرا در وسایل نقلیهمذکور برای حرکت بر اصطکاک با هوا، آب یا زمین استفاده می شود. یک هاور کرافت بر روی لایه ای از هوا شناور است و بنابراینچیزی وجود ندارد که به آن فشار آوریم تا بتوانیم کنترل دقیق داشته باشیم.

متوقف کردن هاورکرافت (فایق آمدن بر اینرسی بدون استفاده از اصطکاک):

اینرسی تمایلی است که جسم در حالت سکون، ساکن بماند، یا جسم متحرک به حرکت خود ادامه دهد. اغلب وسایل نقلیه که در حالحرکت هستند (ماشینها یا قایقها) عاقبت خواهند ایستاد، زیرا بدون صرف انرژی برای غلبه بر اصطکاک، مختوم به خودی خود به گرماتبدیل می شود و از بین می رود. از آنجائیکه هاورکرافت تماس اصطکاکی با زمین ندارد، تنها راه نگاهداشتن آن استفاده از مقاومت هوااست (تماس اصطکاکی با هوا) تنها دو راه برای متوقف کردن یا کاهش سرعت هاورکرافت وجود دارد. یکی اینکه حرکت پروانه را معکوسکنیم و دوم اینکه جریان هوای عبوری از پروانه را تغییر دهیم و در اینصورت با حرکت رو به جلوی هوا یک نیروی ترمز ایجاد کنیم.

توانمندی های کلی هاورکرافت

هاورکرافت به سبب ویژگی های خاص طراحی، دارای توانمندی های ویژه ای در زمینه های مختلف است.

از خصوصیات شاخص اين شناورها می‌توان به سـرعـت(هاوركرافت‌ها) که بسيار بيشتر از كشتي است(چون آنها براي مقابله با فشارآب ، هيچ نـيـرويـي را مـصـرف نمي‌كنند، بلكه تنها هوا را مي‌شكافند) اشاره کرد؛ از دیگر خصوصیات آن نيز بـرتـري نـسـبـت بـههـواپـيـمـا به دلیل قـابـليـت حـمـل بـار آن اسـت.

راحتي در طول حرکت نیز از نکات مهم هواناوها محسوب می‌شود، این شناورها مانند ديگر شناورهاي دريايي دچار ضربات قوي امواجنشده و مشكلاتي مانند دريازدگي را براي مسافران ايجاد نمي‌كند که این ویژگی هنگام حمل نیروهای نظامی بسیار حائز اهمیت 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 هایپوشیده 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 نوارساحلی

• انجام عملیات هیدروگرافی و بسترشناسی دریا، مطالعات علمی در مناطق ساحلی و فلات قاره و ایجاد آزمایشگاه سیار جهت امورمطالعاتی

• انجام عملیات باربری و مسافربری به جزایر کوچکی که عملاً امکان ساخت اسکله و بندرگاه در آنها توجیه اقتصادی نداشته و فاقدچنین 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 کمعمق

• انجام عملیات گشتی با سرعت زیاد و جابه جایی فرماندهان و خدمه شناورهای دریایی و پوشش دادن نیازمندی های سازمان بنادر وکشتیرانی

• عملیات مین گذاری و مین روبی در سطح آبراه های بین المللی و تنگه های پر تردد و ...

سیستمها و متعلقات

در یک نگرش ساده, هاورکرافت شامل سازه‌ای دریایی است که بوسیله یک سیستم بالابر از سطح زمین بلند شده و در نهایت توسطسیستم 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