ما هو نظام ضغط الطائرات

الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها التنفس على الارتفاعات القصوى التي تطير بها الطائرة هي بسبب نظام الضغط الموجود في الطائرات، وسنتعرف في هذا المقال كيف يعمل كيف، حيث تم تصميم أنظمة ضغط الطائرات للحفاظ على الهواء داخل مقصورة الطائرة منعشًا ونظيفًا وقابلًا للتنفس في الارتفاعات العالية التي يكون عندها الهواء رقيقًا جدًا، بحيث لا يمكن تنفسه ولا يتم إمداد الدماغ بالأكسجين الكافي.

ما هو ضغط الكابينة في الطائرة

قد يتساءل ركاب الطائرة كيف يمكن التنفس أثناء الطيران؛ لأن الهواء رقيق جدًا على ارتفاعات عالية حسنًا، الإجابة على هذا السؤال هي ضغط الطائرات وما هي كيفية عمل ضغط الطائرات وما السبب لضرورته وكيف يمكن للطائرات التعامل معه وأي آثار جانبية محتملة.

ضغط الهواء هو أمر من المحتمل أن يأخذه الغالبية العظمى كأمر مُسلم به على أساس يومي، وهنا على سطح الأرض يكون ضغط الهواء هو (14.7 رطل/بوصة مربعة) عند مستوى سطح البحر، وفي ظل هذا الضغط لا نشعر حقًا بأي ضغط فعلي علينا، فمن السهل التنفس، حيث أن كل شيء يبدو جيدًا لكن عندما نأخذ الطائرات على ارتفاع عشرات الآلاف من الأقدام في الهواء، يتغير ضغط الهواء بشكل كبير.

كلما ارتفعنا في الهواء، انخفض الضغط ومع انخفاض ضغط الهواء تبدأ الأمور في التعقيد قليلاً بالنسبة لنا نحن البشر ومنها الأشياء التي لا نفكر فيها حقًا مثل التنفس والبقاء واعيين، فالهدف من أنظمة ضغط الطائرات ذو شقين وهما:

• أولاً يحتاج البشر إلى ضغط هواء أعلى مما هو موجود بالخارج على ارتفاعات عالية من أجل التنفس.

• ثانيًا، إذا لم يكن هناك دوران للهواء، فسيصبح الهواء داخل الطائرة قديمًا ويتسخ بسرعة كبيرة.

وباستخدام أنظمة ضغط الطائرات، يمكننا توفير ضغط هواء كافٍ لإبقائنا نحن البشر نتنفس بشكل صحيح مع تبادل الهواء في المقصورة في نفس الوقت كل دقيقتين إلى ثلاث دقائق، حيث أن هذا يجعل هواء الطائرة نظيفًا ومنعشًا بشكل لا يصدق، أكثر بكثير مما تستنشقه يوميًا في المنزل أو في المكتب.

كيف تعمل أنظمة ضغط الطائرات

على الرغم من أن نظام ضغط الطائرات يعد منفردا من تلقاء نفسه ويبدو صعبًا، إلا أنه في الواقع أحد أبسط الأنظمة على متن الطائرة يتم تشغيل معظمه تلقائيًا، حيث تحافظ المكونات على ضغط الطائرة إلى حد كبير من تلقاء نفسها، دون أي تدخل من الطيار أو أي شيء من هذا القبيل.

هناك عاملان رئيسيان حتى يعمل نظام ضغط الطائرة، وهما دخول الهواء النقي (المضغوط) وخروج الهواء القديم، في معظم الطائرات الحديثة، يأتي الهواء المضغوط من الهواء المنبعث من محركات الطائرة، ويكون هو الهواء الذي يزيد من المحركات الذي يتم ضغطه وتبريده وإعادة توجيهه إلى المقصورة للحفاظ على كبس الهواء.

بينما تستخدم معظم الطائرات هواء المحرك للحفاظ على ضغط المقصورة، تستخدم بعض الطائرات الجديدة ضواغط هواء كهربائية، حيث يتم تشغيل هذه الضواغط بواسطة النظام الكهربائي للطائرة، وتقوم على ضخ الهواء الخارجي النقي إلى مقصورة الطائرة، ولكن بغض النظر عن كيفية وصول الهواء النقي للطائرة، يجب أن تكون قادرة على التخلص من الهواء القديم في المقصورة.

للقيام بذلك، تحتوي الطائرات على شيء يسمى صمام التدفق، هذا الصمام عبارة عن باب آلي يتم تركيبه عادةً بالقرب من مؤخرة الطائرة، حيث تحتوي بعض الطائرات على اثنين من صمامات التدفق اعتمادًا على حجم الطائرة، وهو المكون الرئيسي للحفاظ على ضغط المقصورة أثناء الرحلة.

ويستخدم صمام التدفق الخارجي لتعديل الضغط في المقصورة لإبقائه عند المستويات الضرورية لراحة الإنسان مع تبادل الهواء في المقصورة بشكل منتظم، وإذا كان الضغط منخفضًا جدًا، فسيغلق صمام التدفق للسماح للضغط بالتراكم وعندما يرتفع الضغط بشكل كبير، ينفتح صمام التدفق ويخرج الضغط الزائد خارج الطائرة.

لماذا تحتاج الطائرات إلى الضغط

يجب ضغط الكبائن الموجودة داخل الطائرة لتمكين الركاب وأفراد الطاقم من التنفس هذا؛ لأنه في الارتفاعات العالية تكون جزيئات الهواء بعيدة عن بعضها البعض أكثر، مما هي عليه في الارتفاعات المنخفضة، وكلما ارتفعنا عالياً يصبح الهواء أرق حرفيًا مع انتشار الجزيئات، وبالنسبة للبشر هذا يعني أننا نتنفس هواء أقل عندما نكون على متن طائرة تطير في ارتفاعات عالية، مما يعني أننا نحصل على أكسجين أقل من المعتاد.

وإذا لم يكن هناك ما يكفي من الأكسجين الذي يتم إمداد الدماغ به، فسيبدأ الدماغ في التوقف وفشل في النهاية، ومع ارتفاع مستوى تحليق الطائرات، يكون الهواء رقيقًا جدًا لدرجة أنه من المحتمل أن نظل واعيين لأقل من دقيقة، لهذا السبب تحتاج الطائرات إلى الضغط، لضمان أن يكون الهواء كثيفًا بدرجة كافية (أي أن هناك ضغط هواء كافٍ) لتوفير الأكسجين الكافي للدماغ.

ولهذا السبب أيضًا إذا انخفضت درجة حرارة الطائرة أثناء الرحلة، فسوف تنزل أقنعة الأكسجين فالأمر كله يتعلق بالتنفس والأكسجين وضمان حصول عقلنا على ما يحتاجه ليعمل!

كيف يضغط الطيار الطائرة

هذا هو مكان سحر الآلات، مما يجعل الضغط على الطائرة أمرًا بسيطًا للغاية بالنسبة للطيار في معظم الطائرات، كل ما يحتاجه الطيار هو ضبط ارتفاع المطار الذي سيهبط فيه وستتولى الأنظمة الكهروميكانيكية للطائرة بقية الأمر، حيث سيعمل صمام التدفق جنبًا إلى جنب مع هواء النزف (أو الضواغط الكهربائية) للحفاظ على ضغط الطائرة تلقائيًا بالإضافة للصمامات والأبواب.

كيف تصمد الطائرة في وجه الضغط

كيف يمكن لجسم الطائرة أن يصمد أمام هذا الاختلاف الشديد في الضغط، حيث أن ضغط المقصورة عالي والهواء الخارجي رقيقًا جدًا، فيجعل جسم الطائرة يريد أن يتفجر بسبب الضغط المرتفع في الداخل أو تنهار على نفسها إذا فشل نظام الضغط، ولتفادي ذلك هناك ثلاث ميزات رئيسية قام مصممو الطائرات بإدراجها في الطائرات للتأكد من قدرتها على تحمل ضغط المقصورة وهي:

صمامات تخفيف الضغط الإيجابي

جسم الطائرة مصمم فقط للتعامل مع الكثير من الضغط في أي من الاتجاهين نظرًا لضغط الطائرة، من المهم ألا يتراكم الضغط الداخلي بدرجة كبيرة، وإذا كان هناك الكثير من الضغط الإيجابي داخل المقصورة فهناك خطر تعطل الهيكل، بما في ذلك النوافذ والأبواب التي تنفجر.

فتحتوي الطائرات على صمامات تنفيس الضغط الإيجابي مثبتة على جسم الطائرة، هذه الصمامات محملة بنابض وستفتح تلقائيًا إذا زاد الضغط داخل الكابينة بشكل كبير، من خلال صمامات الفراشة هذه، يتم تنفيس ضغط الهواء الزائد إلى الخارج، حيث يكون الضغط أقل بكثير، وبمجرد عودة الضغط الداخلي إلى حيث يجب أن يكون، لن يكون هناك ضغط كافٍ لإجبار الصمامات على الفتح وسيتم إغلاقها تلقائيًا.

صمامات تخفيف الضغط السلبي

إذا كان هناك ضغط سلبي داخل المقصورة، فهذا يعني أن الضغط الداخلي أقل من الضغط الخارجي وهذا ليس مثاليًا، سيحدث هذا عادةً فقط أثناء الهبوط السريع أو في حالة فشل نظام الضغط، وإذا كان الضغط خارج الطائرة أكبر من الضغط الداخلي، فقد يكون ذلك سيئًا لأن النوافذ والأبواب وجسم الطائرة نفسه ليس مصممًا للتعامل مع اتجاه الضغط هذا.

لذلك تم تركيب صمامات تنفيس الضغط السلبي على جانب جسم الطائرة ستفتح هذه الصمامات البسيطة المحملة بنابض إلى الداخل إذا كان الضغط الخارجي أكبر من الداخل للسماح لهواء الضغط العالي بالتدفق إلى المقصورة والتوازن مع الهواء الخارجي، وبمجرد أن يصبح الضغط  قريبًا منه فإنه سيتم إغلاق الصمامات.

الحواف والزوايا المدورة

كل شيء في جسم الطائرة مستدير، فالمقصورة نفسها أنبوبية تقريبًا، والأبواب التي تدخلها وتخرج منها لها حواف وزوايا منحنية، حتى النوافذ فهي ليست مربعة، حيث تشكل الزوايا والحواف مناطق صغيرة جدًا ذات كثافة إجهاد عالية ومع فروق الضغط الشديد والسرعات العالية التي تطير بها الطائرات، يمكن أن تؤدي مناطق تركيز الإجهاد هذه إلى حدوث تشققات وفشل مبكر.