விமானம் வானில் பறப்பது எப்படி?

வானவூர்தி (விமானம்) வானில் பறப்பது எப்படி, எதனடிப்படையில் தெரியுமா?

பறவையைக் கண்டான் விமானம் படைத்தான்... என்ற கண்ணதாசனின் வரிகளுக்கேற்ப, மனிதனுக்கு பறவைகளைப்போல் வானில் பறக்க வெகுநாட்களாகவே ஆசை. தமிழனும் மரக்கலங்கள் மூலம் பெருங்கடல்களை வசப்படுத்தியபின், காற்றிலேறி விண்ணையும் சாடுவோம் எனத் தன் ஆசையை உறுதிபடக் கூறினான்.

ஒரு காலத்தில் வானில் விமானம் பறந்தால், வாயைத்திறந்துகொண்டு பார்த்துக்கொண்டிருந்தோம், இன்றோ, விமானப் பயணம் என்பது வெகு சாதரணமாகிவிட்டது. வெளிநாடுகள் என்றில்லாமல் உள்நாட்டுக்குள்ளாகவே பயணிக்கவும் விமானத்தைப் பயன்படுத்துதல் என்பதும் இலகுவாகிவிட்டது.

முதற்பயணத்தில், வானில் பறக்கும் அனுபவத்தை அனுபவிப்பதிலும், பிற்பாடு தொடரும் பயணங்களில், வாழ்வின் ஏனைய சுமைகளை நினைவிலிறுத்துவதிலும் பழகிவிட்ட நமக்கு என்றேனும் வானில் விமானம் எப்படிப் பறக்கின்றது என்று எண்ணத் தோன்றுவதில்லை.

என் சிறுவயதில், விமானம் எப்படிப் பறக்கின்றது என்று எனது இயற்பியல் ஆசிரியரிடம் கேட்டதற்கு, அவர், காற்றின் தன்மையினை ஒரு எளிய உதாரணம் கூறி விளக்கினார். அன்றைக்கு அதுவே எனதறிவிற்குப் போதுமானதாக இருந்தது.

ஒரு பட்டையான நீளமான காகிதத்தை (விமானத்தின் இறக்கை போன்றதொரு அளவில்) எடுத்துக்கொண்டு, உதட்டருகே வைத்துக்கொண்டு, காகிதத்தின் மேற்புறம் ஊது என்றார். வளைந்து தொங்கிய அக்காகிதம் மேற்புறம் ஊதும் காற்றினால் இன்னும் கீழ்நோக்கியே மடங்கும் என்றெண்ணினால், அது மேல்நோக்கி எழும்பியது. ஆச்சர்யம் மற்றும் ஏதோ புரிந்தது போலும் இருந்தது.

அதாவது, காகிதத்தில் மேலே நாம் ஊதும் காற்றானது, காகிதத்தின் மேலுள்ள காற்றினைப் புறந்தள்ளி ஒரு வெற்றிடத்தை ஏற்படுத்தும்பொழுது, கீழுள்ள காற்று அதனைச் சமன் செய்ய மேல்நோக்கி வர முயற்சிக்கும்போது அக்காகிதத்தை மேல் நோக்கித் தள்ளியது.

விமானத்தின் முன்புறம் உள்ள உந்து விசிறியானது (Propeller) இறக்கையின் மேற்புறம் உள்ள காற்றினைப் புறந்தள்ள, கீழுள்ள காற்று விமானத்தைத் தூக்குவதாக அப்பொழுது கருதிக்கொண்டேன். அது ஓரளவிற்குத்தான் சரி என்பது பிற்பாடு, தற்போது உள்ள விமானத்தில் உந்து விசிறியானது விமானத்தின் முகப்பில் இல்லாமல் இறக்கைகளின் கீழ்ப்புறம் அமைந்திருப்பதைக் கண்டு குழம்பிப் பின் உணர்ந்து கொண்டேன்.

சரி, இப்பொழுது விமானம் எப்படிப் பறக்கின்றது என்பதைக் காணும் முன், நான்கு அடிப்படையான வளி இயக்கச் விசைகள் (Aerodynamic forces) குறித்துச் சற்று பார்ப்போம்.

1. மேலுந்து (Lift)

2. எடை (Weight)

3. முன்னுந்து (Thrust)

4. பின்னிழுவை (Drag)

மேற்காணும் படத்தில், நான்கு விசைகளும் நான்கு வெவ்வேறு திசைகளில் செயல்படுவதைக் காணலாம். விமானமானது வானில் நேர்கோட்டில் நிலையாகப் பறக்க வேண்டுமெனில் மேற்சொன்ன விசைகள் கீழ்க்கண்டவாறு அமைதல் வேண்டும்.

1. மேலுந்து = எடை

2. முன்னுந்து = பின்னிழுவை

முதற்கூற்றினிலிருந்து,

• மேலுந்தும் விசையானது எடையை விட அதிகமானால் விமானம் மேலெழும்பும்
• மேலுந்தும் விசையானது எடையை விட குறையுமானால் விமானம் கீழிறங்கும்.

இரண்டாம் கூற்றினிலிருந்து,

• முன்னுந்து விசையானது பின்னிழுவை விசையை விட அதிகமானால் விமானத்தின் முன்செல்லும் வேகம் அதிகரிக்கும்
• முன்னுந்து விசையானது பின்னிழுவை விசையை விட குறையுமானால் விமானத்தின் முன்செல்லும் வேகம் குறையும்

இப்பொழுது பாய்மம் (Fluid) குறித்தும் ஒரு சிறு பார்வை பார்த்து விடலாம். நீர்ச்சறுக்கு விளையாட்டுக்கள் பார்த்திருப்பீர்கள். அல்லது திரைப்படங்களில் வில்லனைக் கதாநாயகன் ஒரு இயந்திர படகில் துரத்தும் காட்சிகளையும் பார்த்திருப்பீர்கள். அதில் நீரின் மேல் சறுக்கிக்கொண்டு வேகமாகச் செல்லும்பொழுது பல சமயங்களில் அப்படகோ அல்லது சறுக்கி வரும் ஆளோ மேல்நோக்கித் தாவும் காட்சியையும் கண்டிருக்கலாம். இது எதனால் என்றால் ஓடிக்கொண்டிருக்கும் பாய்மத்தின் ஒரு பண்புநிலை காரணமாகவே.

அதாவது,ஓடிக்கொண்டிருக்கும் நீரானது தன் மேல் இருக்கும் பொருளினைச் சற்று மேல்நோக்கியே தள்ளும். இதில் பாய்மம் ஓடிக்கொண்டிருக்கவேண்டும் அல்லது மேலிருக்கும் பொருள் ஓடிக்கொண்டிருக்கவேண்டும். அதாவது இரண்டிற்குமான தொடர்பு வேகம்தான் முக்கியம். பெர்னோலியின் (Bernoulli principle) கூற்றும் இதைத்தான் சொல்கின்றது.

வேகம் குறையுமானால், மேல்நோக்கிய விசை குறைந்து பொருளின் எடை காரணமாக நீருக்குள் அமிழ்ந்து விட நேரிடும்.

வளிஇயக்கவியலைப் பொறுத்தவரை காற்றும் ஒரு பாய்மம் போல்தான் செயல்படுகின்றது. இதனாலேயே வளிஇயக்கவியலின் மாதிரிச் செயல்பாடுகள் (Simulations) பெரும்பாலும் நீருக்கடியிலேயே செயல்படுத்திப் பார்க்கப்படுகின்றது.

இனி விமானம் பறப்பதற்கு நமது வலவன் (Pilot- விமானி) செய்யவேண்டியதெல்லாம், முன்னுந்து சக்தியை மட்டும் கொடுத்தால் போதும். (மற்ற சில செயல்பாடுகளும் உள்ளனதான்.) விமானமானது வடிவமைக்கப்பட்ட விதம் காரணமாக எளிதில் மேலெழுந்து பறக்கத் துவங்கிவிடும்.

மேலெழும்புதல்

ஆக, காற்று என்னும் பாய்மத்தில் வேகமாக முன்னோக்கிச் செல்லும் விமானத்தின் இறக்கைகளின் கீழுள்ள காற்றானது விமானத்தை மேல்நோக்கிய ஒரு விசை கொடுக்குமாறு அந்த இறக்கைகள் மற்றும் உடல் வடிவமைக்கப்பட்டிருக்கும். விமானம் முன்னோக்கிச் செல்ல தற்போதைய விமானங்களில் இறக்கைகளின் முன்புறத்தில் முன்னுந்துச்சுழலிகள் (Propellers) அல்லது முன்னுந்திகள் அமைக்கப்பட்டிருக்கும். அவைகள், முன்னுள்ள காற்றை இழுத்து பின்னோக்கித் தள்ளும். இங்கு நியூட்டனின் மூன்றாம் விதியின் படி (ஒவ்வொரு விசைக்கும் அதற்குச் சமமான எதிர்விசை உண்டு) காற்றைப் பின்னோக்கித் தள்ளும்பொழுது விமானம் முன்னோக்கிச் செல்லும். காற்று என்னும் பாய்மத்தின் காரணமாக மேல்நோக்கி எழும்பியும் பறக்கத் துவங்கும்.

கீழிறங்குதல்

முன்னோக்கிச் செல்லும் வேகத்தினைக் குறைத்தாலே போதும்,விமானத்தின் எடை காரணமாகவும், மேல்நோக்கிய விசையின் குறைவு காரணமாகவும், விமானம் கீழிறங்கத் துவங்கிவிடும்.

இதுதான் விமானம் பறப்பதற்கான அடிப்படைக் கூற்றுகள். மேலும், சிறப்பான பறத்தலுக்கு இயற்பியலின் இன்னும் பல விதிகளைக் கையாண்டு கொள்வர். உதாரணத்திற்கு, நீங்கள் ஒரு சிற்றுந்தில் (Car - கார்) பயணிக்கும்பொழுது, சன்னலுக்கு வெளியே உங்கள் கையை நீட்டினால் என்ன உணர்வீர்கள். உங்கள் கைளின் பரப்பிற்கேற்ப ஒரு உராய்வுத் தடை (Friction) ஒன்று ஏற்பட்டு உங்கள் கை பின்னோக்கித் தள்ளப்படும் அல்லவா ? அதைக் குறைக்க வேண்டுமெனில், உங்கள் கையை மூடிக்கொண்டால் போதுமல்லவா?

இருசக்கர வாகனப் பந்தயங்களில் வீரர்கள் ஏன் குனிந்து கொண்டு ஓட்டுகிறார்கள்? காற்றினை தடையைக் குறைப்பதற்காகத்தானே?

வாகனங்களின் முன்புறம் (குறிப்பாக அதிவேக வாகனங்கள், சப்பான் நாட்டு Bullet Train) கூம்பு போல் அமைப்பதும் எதற்காக? காற்றில் தடை ஏற்படாமல், அதனைக் கிழித்துக்கொண்டு செல்லத்தானே?

விமானங்களிலும் அப்படித்தான், மேலே பறக்கும்பொழுது தனது பரப்பைச் சுருக்கிக் கொள்ள கீழிருக்கும் சக்கரங்களைக் கூடத் தனக்குள் இழுத்துக்கொண்டு தனது பரப்பினைச் சுருக்கிக் கொண்டும், காற்றைக் கிழிக்கும் வண்ணம் முன்பகுதி கூம்பு வடிவிலும் அமையப்பட்டிருக்கும்.

பின்இழுவைச் சக்தியை உருவாக்கவும், இறக்கைகளிலும், விமானத்தின் பின்புறமும் தடைஏற்படுத்தும் தகடுகள் வைத்திருப்பார்கள். வேகத்தினைக் குறைக்க வேண்டுமெனில், இயந்திரத்தின் செயல்பாட்டைக் குறைக்கும் அதே சமயத்தில் இந்தத் தகடுகளைச் சற்று விரிப்பார்கள். அது காற்றில் தடை ஏற்படுத்தி ஒரு பின்னிழுவைச் சக்தியைக் கொடுத்து விமானத்தின் வேகத்தைக் குறைத்துவிடும்.

Banked Curve (சாலை வளைவு) குறித்து தனியொரு ஆவணமாக உள்ளது பாருங்கள் (http://babutheseeker.blogspot.com/2015/01/blog-post_97.html). அதனடிப்படையில் பறந்துகொண்டிருக்கும் விமானத்தை இட வலமாகத் திருப்பலாம்.

மேற்சொன்ன நான்கு விசைகளிலும் மிக முக்கியமானது மேலுந்து விசைதான். இதனை உருவாக்க பூச்சி பூச்சிகளாக நிறையக் கணக்குகள் உண்டு. இங்கு நான் மிக எளிதாக படகு, நீர்ச்சறுக்கு என்று உதாரணத்தால் கூறிவிட்டேன்.