ما هي أسباب تحليق الطائرات في الارتفاعات الكبيرة

هل تساءلت يومًا عن سبب تحليق طائرات الركاب دائمًا على ارتفاع يتراوح بين 30000 و 42000 قدم فوق مستوى سطح البحر؟ لنتعرف الإجابة حيث أن السبب ذو شقين، الأول هو أن الطائرة يمكن أن تطير أسرع أما السبب الثاني هو لأنها أكثر كفاءة من حيث المال (أي استهلاك الوقود)، وقبل أن ندخل في زاوية الطائرة ولماذا تحلق الطائرات على ارتفاعات عالية، دعونا أولاً نلقي نظرة على ما يحدث للهواء كلما ارتفع من الأرض.

ما هو الارتفاع

يُعرَّف الارتفاع بأنه بعد جسم أو نقطة فيما يتعلق بمستوى سطح البحر أو مستوى الأرض، وغالبًا ما تُعتبر المناطق على الأرض مرتفعة الارتفاع إذا كانت تزيد عن 8000 قدم، وأعلى نقطة على وجه الأرض هي جبل إيفرست على حدود نيبال والتبت على ارتفاع 29035 قدمًا أعلى منطقة مأهولة بالسكان على وجه الأرض هي (El Alto) في بوليفيا، حيث يعيش ما يقرب من مليون شخص على ارتفاع 13600 قدم.

ماذا يحدث للهواء كلما ارتفعنا لأعلى

كلما ارتفعت الطائرات انخفض ضغط الهواء، حيث أن هناك ارتباط وثيق بين الارتفاع وضغط الهواء، ويقيس الطيارون ارتفاعهم باستخدام مقياس الارتفاع، حيث أنه كلما ارتفعت انخفض ضغط الهواء وتحدث هذه الظاهرة لسببين:

• الأول تسحب جاذبية الأرض الهواء بالقرب من سطح الأرض قدر الإمكان.

• الثاني أنه كلما ارتفعنا قل عدد جزيئات الغاز في الهواء، مما يعني أن النيتروجين والأكسجين وثاني أكسيد الكربون لديهم فرصة أقل للاصطدام ببعضهم البعض وهذا شيء يشير إليه متسلقو الجبال باسم (الهواء الرقيق).

أيضًا يعني انخفاض ضغط الهواء أيضًا أن هناك كمية أقل من الأكسجين في الهواء المتاح للتنفس، ولهذا السبب يتم ضغط الطائرات لتعويض نقص ضغط الهواء على ارتفاعات عالية، ولقد سمع الجميع أنه إذا فقدت الطائرة ضغطها لسبب ما فسيتم نشر قناع أكسجين من فوق رأس الركاب وعادة، سيكون لدى المسافر ما يقرب من 10 إلى 14 دقيقة من الأكسجين.

حيث يتيح ذلك للطيارين وقتًا طويلاً للنزول إلى ما دون 10000 قدم، حيث يمكن التنفس بشكل طبيعي، وعلى عكس ما يعتقده الكثير من الناس، فإن إمدادات الأكسجين لأقنعة الطوارئ هذه لا تأتي من علبة بل من تفاعل كيميائي، ويحتوي القناع على خرطوشة كيميائية في صندوق أعلى الركاب حيث يتم نشر الأقنعة، ويتم توصيل القناع بكابل محرك وعندما يتم سحبه، يتحد كلوريد الصوديوم وبيروكسيد الباريوم وبيركلورات البوتاسيوم لإطلاق الأكسجين.

علاقة ارتفاعات وكثافة طيران الطائرة باستهلاك الوقود

السبب في قيام الطائرات برحلة على ارتفاعات عالية هو أنها تحرق وقودًا أقل ويمكنها الطيران بشكل أسرع لأن الهواء أقل كثافة، وهذا يعني أن الطيران على ارتفاعات تزيد عن 30000 قدم يجنب الطائرات أنظمة الطقس مما يجعلها أكثر راحة للركاب، حيث أنه كلما طرنا أعلى، زادت فعاليتها وتعتبر المحركات النفاثة أكثر كفاءة في الارتفاعات العالية، ويُشار إلى المحركات على الطائرات النفاثة الحديثة باسم المروحة التوربينية، وهي أكثر كفاءة عند استخدامها على ارتفاعات عالية.

كما تكون المحركات النفاثة أكثر كفاءة عند التشغيل بأقصى عدد دورات في الدقيقة أو حدود درجة حرارة العادم، وتنتج المحركات قوة دفع أقل مع زيادة ارتفاع الطائرة لأن الهواء أرق هذا يعني أن الطائرة يمكن أن تطير بشكل أسرع مع حرق وقود أقل، وخلاصة الموضوع أن الأمر كله يتعلق بكثافة الهواء، حيث أنه كلما صعدنا إلى مستوى أعلى قلت كثافة الهواء، مما يعني احتكاكًا أقل أو قوة سحب أقل على الطائرة في الارتفاعات العالية، وبالتالي تحتاج إلى قوة دفع أقل لدفع الطائرة.

وهناك طريقة ممتازة لشرح ذلك هي استخدام الماء وشراب القيقب، حيث أنه إذا قمنا بتحريك يدنا في حوض الاستحمام الذي يحتوي على كلا السائلين بنفس السرعة، فسنحتاج إلى بذل المزيد من الجهد من خلال الشراب لأنه أكثر كثافة من الماء، وهذا هو نفس المبدأ عندما تطير طائرة على ارتفاع منخفض أو مرتفع، أي تعتبر المرتفعات المنخفضة مثل القيقب، بينما المرتفعات العالية مثل الماء.

وتتطلب المحركات النفاثة من أجل العمل مزيجًا من خليط الوقود والهواء المعروف باسم النسبة المتكافئة، ما يعنيه هذا على نطاق واسع هو أن نسبة الوقود إلى جزيئات الهواء يجب أن تكون دقيقة من أجل الوصول إلى أقصى قدر من الكفاءة التشغيلية، حيث أنه كلما زاد الارتفاع يصبح الهواء كما تحدثنا رقيقًا.

أو بعبارة أخرى، ستنخفض كثافة الهواء مما يؤدي إلى انخفاض عدد جزيئات الهواء التي تدخل في النظام نتيجة لذلك، يجب أيضًا خفض عدد جزيئات الوقود التي تدخل المحرك لتتناسب مع عدد جزيئات الهواء، حيث يؤدي هذا في النهاية إلى حرق كمية أقل من الوقود لتكون فعالة من الناحية التشغيلية.

الحاجة الإضافية إلى تحليق الطائرات بشكل أعلى

الآن، هذا سؤال يتبادر إلى أذهان الجميع، على الأقل عند الأشخاص أصحاب العقل علمي، حيث أنه من أسباب تحليق الطائرة على ارتفاع عالٍ هو وجود مسار خالي من العوائق وهذا أمر جيد بما فيه الكفاية ولكن بعد ذلك ستكون هناك بعض المشكلات غير القابلة للتطبيق والتي سنناقشها حاليًا.

من أجل الوصول إلى ارتفاعات عالية، يجب أن تستخدم الطائرة قدرًا كبيرًا من قوة المحرك، نحن نعلم أن محرك الطائرة هو آلة طاقة ويستهلك الكثير من الوقود لعملياته، حيث يجب أن تحافظ الطائرة على أدنى سرعة أمامية أثناء التسلق أي الصعود لأعلى، وهذا أيضًا يجعلها تدخل في جو أرق لذلك، هناك حاجة إلى موارد محرك إضافية للضغط على المقصورة حتى يتمكن الركاب من الحصول على رحلة آمنة وصحية.

وبصرف النظر عن السبب المذكور أعلاه، فإن الطائرات تطير عالياً كإجراء وقائي وعندما تطير عالياً جدًا، فإن فرص التعرض لعقبات تكون ضئيلة، وإن هيكل الطائرة حساس للغاية في الواقع، وإذا اصطدم طائر بالطائرة يمكن أن يكون كارثيًا هذا الشيء كارثيًا عند سرعات عالية وبالتالي، فإن الطيران عالياً يقلل من هذه المخاطر.

أيضًا في المرتفعات العالية، يكون التعرض للظواهر المرتبطة بالطقس أقل بكثير، حيث عند تخيل عاصفة رعدية تتشكل، لن يرغب أي طيار في المخاطرة بتعلق طائرته في مثل هذا الطقس إنه خطر على الطائرة، وبالتالي فإن الطيران عالياً يهتم أيضًا بالوقوع في حالات الطقس القاسية.

ينطبق عنصر الأمان أيضًا على الطيران على ارتفاعات عالية، معظم الطائرات الحديثة عبارة عن قطع متطورة من المعدات ولديها آلية آمنة من الفشل لمعظم المشكلات التي يمكن أن تظهر أثناء الطيران، شريطة أن يكون لدى الطيار الوقت الكافي في يده لتصحيح الوضع، ويمكن أن يكون لدي هذا  المتسع من الوقت فقط عندما يطير على ارتفاعات عالية وهناك فترة زمنية بين اتخاذ إجراء تصحيحي وضرب الأرض.

وفي نهاية ذلك فقد تلعب كثافة الهواء دورًا محوريًا في تشغيل الطائرة بالكامل، حيث أنه عندما تطير الطائرات على ارتفاعات عالية جدًا، فإنها تتطلب وقودًا أقل للعمل مقارنة بطيرانها على ارتفاعات منخفضة، الآن علينا أن نأخذ هذا في الاعتبار أن معظم الطائرات التجارية تعمل بمحركات نفاثة. وتتطلب المحركات النفاثة من أجل العمل.

ومن ثم يمكن استنتاج أنه في الارتفاعات العالية تصبح الطائرة أكثر كفاءة في استهلاك الوقود وبالتالي فهي أكثر اقتصادا الآن، هذا هو أحد الأسباب ثانيًا، نظرًا لأن الطائرة تصل إلى ارتفاعات أعلى، فإن الاحتكاك الجوي على متن الطائرة ينخفض ​​أيضًا وبالتالي يعزز الاقتصاد الكلي في استهلاك الوقود للطائرة.