پدیده جت استریم و تاثیر آن بر آب و هوای جهانی

جنگ جهانی دوم روزهای پایانی خود را می گذراند که ایالات متحده اولین بمب افکن بلندپرواز را وارد جنگ ساخت: بمب افکن بوئینگ بی-29 که می توانست در ارتفاعاتی بالای 7000 متر پرواز کند. وقتی این بمب افکن در عرصه نبرد اقیانوس آرام بر علیه ژاپن وارد شد، دو هواشناس برای ارائه پیش بینی وضعیت باد در عملیات نظامی در ارتفاعات بالا وارد خدمت ارتش آمریکا شدند.

این دو هواشناس برای پیش بینی های خود از نظریه باد گرمایی (thermal wind) استفاده کردند. مطابق این نظریه وقتی پشت به باد می‌ایستید، هوا در سمت چپ شما سردتر از سمت راست است و با افزایش ارتفاع سرعت بادی که بر پشت شما می وزد بیشتر خواهد شد. با استفاده از روابط این نظریه، این هواشناسان بادی با سرعت 168 گره دریایی (310 کیلومتر بر ساعت) از جانب غرب را در روز عملیات پیش بینی کردند.

افسر فرمانده عملیات بر این باور بود که این پیش بینی بسیار بالاست. لیکن روز بعد بمب افکن های بی - 29 بادی با سرعت 170 گره مطابق پیش بینی قبلی را گزارش کردند. می توان گفت این لحظه تاریخی کشف بادهای پرسرعت در ارتفاعات بالاست که جت استریم نامیده می‌شوند.

جت استریم ها جریانات قدرتمند و کم عرض هوا هستند که در اتمسفر برخی سیارات از جمله زمین وجود دارند. در جو زمین این جریانات در ارتفاع تروپوسفر روی می دهند. قدرتمندترین آنها جت های قطبی هستند که ارتفاعی حدود 9 تا 12 کیلومتر دارند. تمامی این جریانات به علت گردش زمین از غرب به شرق می وزند. 

در چند سال اخیر رابطه مهمی میان جت استریم ها و تغییرات آب و هوایی زمین یافت شده است. تغییر الگوی جت استریم ها باعث تغییر توزیع رطوبت در کره زمین شده و ضمن اثرگذاری بر میزان بارش، پدیده های بزرگ مقیاسی مانند گردبادها را موجب می شوند.  

دانشمندان علم هواشناسی این نظریه این پرداخته اند که جت استریم ها بتدریج بر اثر گرمایش جهانی ضعیفتر می شوند. دوب برفهای قطبی گرادیان دمایی این نواحی را تغییر داده و ضمن کاهش سرعت جت استریم ها طول مدت وزش آنها را متغیرتر خواهند ساخت. از سال 2007 چنین یافت شده است که از ارتفاع جت استریم ها بر فراز کانال انگلیس کاسته شده و این امر باعث رویداد زمستانهای طولانی تر از گذشته شده است. مطالعه بر جت استریمها یکی از موضوعات جاری علم هواشناسی است.

منابع:

https://www.weatheronline.co.uk/reports/wxfacts/The-Discovery-of-the-Jet-Stream.htm

https://en.wikipedia.org/wiki/Jet_stream

تکامل هواپیمای مدرن (بخش دوم: 1918 تا پایان جنگ جهانی دوم- 1945)

تالیف: اصغر ناصری

در تالیف این سلسله مقالات از منابع دست اول و معتبر اینترتی همچون سایت:

NASA History Office: Quest for Performance, The Evolution of Modern Aircraft

استفاده شده است. لطفا در صورت نقل قول و استفاده از متن مقاله، با ذکر منبع آن (سایت دنیای علم و تکنولوژی) فرهنگ امانت داری علمی را ترویج دهید.

---

در فاصله میان پایان جنگ جهانی اول و آغاز سالهای پرآشوب دهه 1940 میلادی، پروازهایی ک با هدف رکوردشکنی صورت گرفت تاثیر بسیاری بر توسعه و تکامل صنعت هواپیمایی گذارد. از این میان مشهورترین آنها را می توان پرواز بدون توقف چارلز لیندبرگ از نیویورک تا پاریس در می 1927 نام برد. این عملیات هوایی باعث افزایش سریع توجه و علاقمندی به صنعت هوایی شد بطوری که شرکتهای هواپیماسازی متعددی در آمریکا پا به عرصه نهادند لیکن بسیاری از آنها در رکود اقتصادی بزرگ دهه 1930 به ورشکستگی دچار شده و از عرصه رقابت حذف گردیدند.

هواپیمای روح سنت لوئیز

هواپیمای مورد استفاده توسط لیندبرگ از نوع رایان (Ryan) با نام اختصاصی روح سنت لوئیس و تک باله بود که بدنه ای با اسکلت ساخته شده از لوله های فولادی جوشکاری شده و پوسته پارچه ای داشت. بالها نیز اسکلت چوبی داشتند. خلبان دارای دید رو به جلو نبود زیرا فضای جلوی او توسط یک مخزن سوخت 1000 لیتری اشغال می شد. بیش از نیمی از وزن 2500 کیلوگرمی هواپیما را سوخت آن به خود اختصاص می داد تا برد 6700 کیلومتری برای آن فراهم کند.

این هواپیما باعث افزایش توجه به پیکربندی هواپیماهای تک باله شده و شروعی بر کاهش اقبال هواپیماهای دوباله بود. هواپیمای تک باله قابل توجه دیگر، سه موتوره فورد با بدنه تمام فلزی بود. پوسته هواپیما آلیاژ آلومینیوم بوده و نیروی پسا را به حداقل کاهش می داد. مدل 5-AT این هواپیما می توانست تا 15 مسافر را با خود حمل کند. تعداد محدودی از این هواپیما تا سالهای 1990 نیز پرواز می کردند. لیکن سرعت پرواز این هواپیما اغلب به 160 کیلومتر در ساعت محدود می شد.

مدل لاکهید وگا (Lockheed Vega) یک هواپیمای تک باله با عملکرد بالا بود که اولین بار در 1927 پرواز کرد. سازه داخلی و پوسته خارجی هواپیما هر دو از چوب ساخته شده بودند. پوشش موتور باعث کاهش نیروی پسا می شد بطوری که وگا می توانست با سرعت 300 کیلومتر در ساعت پرواز کند که برای هواپیماهای آن زمان سرعت بالایی محسوب می شد. در طراحی آیرودینامیک هواپیما دقت زیادی شده بود طوری که ضریب پسا در نیروی بالابر صفر (zero-lift drag coefficient) آن به 0.0278 کاهش یافته بود. لیکن ارابه فرود ثابت هنوز عامل مهمی در افزایش نیروی پسا بشمار می رفت.

لاکهید وگا

اولین هواپیمایی که تمامی پیشرفت های صنعت هوایی تا آن زمان را در خود گردآورده بود، بوئینگ 247 نام داشت. کابین بسته آن 10 مسافر و سه خدمه را دربر می گرفت. سازه و پوسته این هواپیما تماما فلزی بود و از ارابه فرود حمع شدنی بهره می برد که نیروی پسا در حین پرواز را به میزان زیادی کاهش می داد.

هواپیمای قابل توجه دیگر  این دوره داگلاس DC-3 بود که با تمامی معیارها می توان آن را یکی از موفق ترین هواپیماهای تولید شده در جهان دانست. این هواپیما در سال 1936 عملیاتی شد و قادر به حمل 21 مسافر بود. با این تعداد مسافر قادر بود در ارتفاع 3000 متری با سرعت 300 کیلومتر در ساعت پرواز کند. برای اولین بار شرکتهای مسافری با بهره گیری از این هواپیما توانستند به سود عملیاتی از ناحیه حمل مسافر دست یابند و دیگر به پول حاصل از حمل بسته های پستی اتکا نداشتند.  موتورهای پرات اند ویتنی این هواپیما هرکدام دارای دو ردیف 7 سیلندری بودند. این آرایش در تمامی موتورهای پیستونی بعدی تقلید شد زیرا توان و عملکرد خوبی برای هواپیما فراهم می ساخت.

حدود 10926 فروند از این نوع هواپیما در فاصله سالهای 1936 تا 1945ساخته شد. پس از گذشت بیش از 60 سال از پایان جنگ جهانی دوم، هنوز چندین فروند از این هواپیما در سراسر دنیا به خدمت خود ادامه می دهند. از این نظر این هواپیما یکی از شاهکارهای مهندسی محسوب می شود.

بوئینگ بی 17 یک هواپیمای جنگی بسیار مهم این دوره بود که نمونه اولیه آن در سال 1935 پرواز کرد. نسخه B-17G این هواپیما در سراسر جنگ جهانی دوم در عرصه جنگی اروپا بکار گرفته شد و یکی از ماشین های جنگی مهم متفقین برای نابودی زیرساختهای رایش سوم بود. این هواپیما از تمام پیشرفتهای فناوری زمان خود بهره می برد و درای چهار موتور بود. با وزن ناخالص 22 هزار کیلوگرم هواپیمایی بسیار سنگین در زمان خود بشمار می رفت. موتورها مجهز به توربوشارژر بودند که از انرژی گازهای تخلیه موتور برای گرداندن توربین کمکی بهره می برد. این هواپیما دارای سقف پرواز بحرانی 7500 متر و بردی قابل ملاحظه بود. حدود 13000 فروند از این هواپیما ساخته شد که هنوز چندتایی از آنها در مقاصد مختلف مشغول به خدمت هستند.

داگلاس DC-3

بمب افکن بی17

بمب افکنی با ماموریت و قابلیت های مشابه اما ظاهری متفاوت، B-24 Liberator ساخت شرکت کانسولیدیتد بود. حجم زیاد بدنه این هواپیما بردی اندکی بیشتر نسبت به بی 17 برایش فراهم می کرد. ارتفاع پرواز بحرانی آن نیز 10000 متر یا به عبارتی 250 متر بالاتر از بی 17 بود. با حمل 2500 کیلوگرو بمب می توانست برد یکطرفه 2700 کیلومتر داشته باشد. هر دو نوع بمب افکن برای بمباران دقیق روزانه از ارتفاع بالا یعنی جای که گلوگه های ضدهوایی آلمانها قادر به رسیدن نبود منظور شده بودند. بمب افکن ها در آرایشی تنگاتنگ پرواز می کردند تا با بهره گیری از مسلسل های پرتعداد کالیبر 50 خود بتوانند با شکاری های آلمانی مقابله کنند. لیکن نرخ تلفات بالای آنها در اثر شکارشدن توسط جنگنده های آلمانی باعث محدود شدن عملیات به شب شد که امکان بمباران دقیق را منتفی می ساخت. این مشکل با فرارسیدن هواپیماهای شکاری تیزپرواز اسکورت آمریکایی مرتفع گردید و بمبارانهای مخرب روزانه از سرگرفته شد.

B-24

ارتفاع بالا تاثیری نامساعد بر خلبانان و خدمه داشت. در ارتفاع بالاتر از 7000 متر دما به حدود منهای 45 درجه سلسیوس افت می کرد و آنها مجبور بودند از لباسهایی که توسط جریان برق گرم می شد و نیز ماسکهای اکسیژن استفاده کنند. بمب افکن های نسل بعد مانند بی 29 مجهز به اتاق تحت فشار و سیستم گرمایشی بوده و خلبانان نیازی به استفاده از ماسک اکسیژن نداشتند. حدود 18000 بمب افکن بی 24 در طول جنگ ساخته شد که بیشتر از هر نوع هواپیمای جنگی دیگر آمریکا بود. همچنین نسخه ای به نام C-87 به عنوان هواپیمای باربری استفاده می شد. بی 24 در حقیقت اسب کاری پرتوان ارتش آمریکا بود.

بدون شک یکی از پیشرفته ترین محصولات نظامی جنگ جهانی دوم، بمب افکن Boeing B-29 بود که با وزن ناخالص 70000 کیلوگرم یک هواپیمای بسیار سنگین در عصر خود بشمار می رفت. این هواپیما به نظر برخی حدنهایی پیشرفت صنایع هوایی بشمار می رفت. نخستین هواپیمای جنگی با فرم آیرودینامیک و پسای بسیار کم بود که علیرغم ابعاد بزرگ و وزن سنگین خود می توانست با سرعت 560 کیلومتر بر ساعت در ارتفاع 8000 متری پرواز کند. بدین ترتیب بسیاری از جنگنده های آن زمان دارای سرعت کافی برای تعقیب این هواپیما نبودند. چهار موتور 2200 اسب بخاری و ظرفیت بالای حمل سوخت به آن بردی در حدود 5900 کیلومتر با حمل 6000 کیلوگرم بمب یا 4500 کیلومتر با حمل 10 هزار کیلوگرم بمب می دادند. این بمب افکن دارای اتاقک تحت فشار برای خلبانان و خدمه و سیستم تهویه هوای مطبوع بود. تمامی مسلسلها و توپ دم آن از راه دور بطور الکتریکی کنترل می شدند. بی 29 قادر بود در شب بمبارانهای دقیق انجام دهد و ابزاری اساسی در شکست ژاپن محسوب می شد.

B-29

بسیاری از کارشناسان، جنگنده نورث امریکن پی 51 ماستنگ را معرف بالاترین سطح توسعه فنی که یک هواپیمای ملخی می تواند بدان دست یابد، می دانند. مجهز ساختن این جنگنده به موتور خطی بی مانند رولزرویس مرلین آن را به یک شکاری تیزپرواز تبدیل کرد. ظاهر آیرودینامیک آن، مساحت پیشانی کم موتور و مساحت نسبتا کم بدنه نیز در این راستا بسیار موثر بودند. سیستم خنک کننده موتور طوری بود هوای خنک ساز نیز یک پیش رانه خالص ایجاد می کرد. بدین ترتیب هواپیما دارای ضریب پسای بسیار کمی نیز بود. پی 51 اولین هواپیمایی بود که از مقاطع ایرفویل بال جریان لایه ای استفاده می کرد که امکان دستیابی آن به سرعتهای بالایی را فراهم می ساخت. در ارتفاع 8000 متری می توانست به سرعت 700 کیلومتر در سرعت دست یابد که بدین ترتیب سریعتر از بسیاری هواپیماهای آن زمان بود. پی 51 می توانست تا ارتفاع 13500 متری اوج بگیرد و تسلیحات آن شامل شش مسلسل کالیبر 50، دو بمب 500 کیلویی یا شش راکت 5 اینچی بود. با حمل مخزن سوخت کمکی به برد 2600 کیلومتر دست می یافت و همراه با پی 38 های دورپرواز می توانست در نقش اسکورت بمب افکن های متفقین عمل کند. با ظهور این شکاری اسکورت، تلفات بمب افکن های متفقین به میزان زیادی کاهش یافت زیرا جنگنده های آلمانی از این پس با یک حریف بسیار قدرتمند مواجه بودند. پی 51 تنها جنگنده ای بود که بر فراز پایتخت های سه کشور دشمن: برلین، رم و توکیو پرواز کرد. هم اکنون نیز از این هواپیما برای مسابقات ورزشی و نمایش های هوایی استفاده می شود.

P-51 Mustang

بخش اول مقاله

هواپیماهای شگفت انگیز: بمب افکن بی 29

تالیف: اصغر ناصری 

مقدمه 

مجموعه مقالات هواپیماهای شگفت انگیز به معرفی مهمترین هواپیماهای جنگی تاریخ نبردهای هوایی می پردازد که علاوه بر دستاوردهای تکنولوژیکی مهم نقش موثری در تغییر شرایط تاریخ جنگها داشته اند. از این مجموعه تاکنون مقالات زیر در این وبلاگ منتشر شده است: 

1.  

2.  

3.  

4.  

5.   

6. هواپیماهای شگفت انگیز: میگ 15

این مقالات با بهره گیری از منابع معتبر تالیف شده است. خواهشمند است در صورت استفاده منبع اصلی آن یعنی وبلاگ دنیای علم و تکنولوژی را ذکر فرمایید.  

----------------------------------------------------------------------------------------------------- 

اهمیت بمب افکن های استراتژیک که قادر به نابودی تاسیسات زیربنایی در عمق خاک دشمن باشند ازدیرباز بر برنامه ریزان نظامی آشکار شده بود. در دسامبر 1939 سپاه هوایی ارتش آمریکا (که بعدها با استقلال از ارتش نام نیروی هوایی ایالات متحده را به خود گرفت) درخواستی رسمی را برای یک ابربمب افکن که قادر به حمل 9100 کیلوگرم بمب تا فاصله 4300 کیلومتری باشد صادر کرد. 

در پاسخ به این استعلام شرکت های هواپیماسازی بوئینگ با مدل 345، کانسولیدیتد با مدل B-32، لاکهید با مدل XB-30 و داگلاس با مدل XB-31 وارد عرصه رقابت شدند. داگلاس و لاکهید خیلی زود ازمیدان رقابت پا پس کشیدند. اما کانسولیدیتد و بوئینگ به توسعه مدلهای خود ادامه دادند و بزودی بوئینگ باطراحی خود به نام B-29 Superfortress از رقیب خود پیشی گرفت. 

بوئینگ بی29 بزودی به بزرگترین وگرانترین پروژه آمریکا در جنگ جهانی دوم بدل شد که حتی ازپروژه مانهاتان برای ساخت بمب اتمی نیز بزرگتر بود. تا پیش از آن هیچگاه این همه ایده های جدید به یکجا در یک هواپیمای جنگی گرد هم نیامده بودند. بسیاری از نوآوری های انجام شده در طراحی این هواپیما قبل از پرواز اولین مدل هیچگاه فرصت آزمایش نیافتند. 

مهمترین نوآوریهای بکار رفته در این طراحی جدید را می توان بشرح زیر خلاصه کرد: 

1. اتاقک تحت فشار (Pressurized cabin) که خلبانان و خدمه را قادر می ساخت بدون لباس مخصوص و ماسک اکسیژن در ارتفاعات بالا به کار خود ادامه دهند. اینکار با ورود هوای فشرده بطور  مداوم به کابین های استقرار خدمه صورت می پذیرفت. در هواپیماهای فاقد اتاقک تحت فشار، خدمه باید در ارتفاعات بالا از لباس مخصوص و ماسک اکسیژن استفاده کنند. 

 برش بدنه بی 29 - به دو مخزن بمب در جلو و عقب بال توجه کنید.  

2. سیستم کنترل آتش مرکزی که چهار برجک مسلح به تیربار دو لول براونینگ M2 دوازده میلیمتری را از راه دور کنترل میکرد. برای نشانه روی این مسلسل ها از ایستگاه های دیده بانی در دماغه، دم و پهلوهای هواپیما استفاده می شد. شکل زیر یکی از پنجره های دیده بانی پهلوی بی 29 را نشان می دهد. مسلسل چی می توانست با دستگاه کنترل از راه دور کنترل یک یا دو تا از برجک های مسلسل را در دست بگیرد و بسوی هدف شلیک کند. 

 

3. تونل رابط میان کابین جلویی و عقبی. برای اینکه رها شدن بمب ها باعث تخلیه فشار درون کابین نشود، اتاقک های جلویی و عقبی توسط یک تونل که از درون مخزن های بمب می گذشت به یکدیگر متصل می شدند. در اتاقک عقبی محلی برای استراحت خدمه در پروازهای طولانی وجود داشت. پنج کامپیوتر آنالوگ جنرال الکتریک با محاسبه فاکتورهایی مانند سرعت باد، جاذبه ثقلی، دما و رطوبت باعث افزایش دقت شلیک ها می شد. این کامپیوترها بر توزیع کنترل آتشبارها میان مسلسل چی ها نیز نظارت می کرد.

۴. سیستم نشانه روی راداری. بمب افکن های دیگر بیشتر بر سیستم های نشانه روی چشمی تکیه داشتند اما بی 29 با استفاده از سیستم نشانه روی راداری دقت بالاتری در بمباران اهداف داشت. 

بوئینگ بی ٢٩ سوپرفورترس یک بمب افکن سنگین مجهز به چهار موتور ملخی بود که در ٨ می ١٩٤٤ وارد خدمت نیروی هوایی آمریکا شد و تا جنگ کره به خدمت ادامه داد. تعداد ٣٩٧٠ فروند از این بمب افکن های سنگین تولید شدند و نقش مهمی در تعیین مسیر جنگ جهانی دوم و جنگ کره ایفا کردند.   

بی ٢٩ مدرنترین هواپیمای زمان خود بشمار می رفت. برای تولید آن از چهار کارخانه بزرگ استفاده شد. بی ٢٩ می توانست تا ارتفاع ١٢٠٠٠ متری صعود کند. بدین ترتیب اکثر جنگنده های ژاپنی قادر به صعود تا ارتفاع پروازی بی ٢٩ نبودند.  هم چنین می توانست با سرعت ٥٣٠ کیلومتر در ساعت به مدت طولانی پرواز کند. فقط تعداد کمی جنگنده بودند که قادر به تعقیب این بمب افکن سریع السیر می شدند. برد عملیاتی آن نیز حدود ٦٠٠٠ کیلومتر بود. این برد طولانی نیروی هوایی امریکا را قادر به بمباران دورترین نقاط خاک ژاپن می نمود.  

در طی جنگ جهانی دوم بمب افکن های بی ٢٩ از پایگاه هایی در جنوب هند و جنوب چین به پرواز در می آمدند تا خاک ژاپن را بمباران کنند. سوخت و مهمات مورد نیاز برای این بمب افکن ها از فراز کوه های هیمالیا حمل می شد که عملیاتی بسیار پر خطر بود. در اواخر جنگ پایگا ه هایی در جزایر ماریانا برپا شد که اجازه می داد بی ٢٩ ها از مسافتی نزدیکتر به ژاپن به پرواز در آیند. 

حمله هوایی ٩ تا ١٠ مارس ١٩٤٥ به توکیو یکی از مرگبارترین بمباران‌های هوایی در طول تاریخ بوده است. تعداد ٣٣٥ بمب افکن بی ٢٩ در این حمله شرکت داشتند و ١٧٠٠ تن بمب آتش زا بر سر این شهر ریختند. ١٤ بمب افکن در این حمله سرنگون شدند. حدود ٤٠ کیلومتر مربع از شهر توکیو در این حمله کاملا ویران شد و بیش از ١٠٠ هزار نفر از مردم در نتیجه آتش سوزی های ناشی از بمباران کشته شدند. حدود یک میلیون نفر از مردم نیز خانه های خود را از دست دادند.   

مدتها قبل از بمباران شهرهای ژاپن، ایالات متحده در حال ساخت بمب اتمی بود. پروژه سری منهتن در خلال سالهای ١٩٤٣ و ١٩٤٤ به ابداع دو نوع از چنین بمبهایی انجامید: یک بمب پلوتونیومی به نام Fat Man و یک بمب اورانیومی به نام Little Boy. پس از اعلامیه ٢٦ جولای ١٩٤٥ پست دام که در آن متفقین هشدار شدیدالحنی را به ژاپن برای دست کشیدن از جنگ ارسال کردند، پرزیدنت هری ترومن دستور بمباران اتمی ژاپن را صادر کرد. در ٦ آگوست ١٩٤٥ لیتل بوی توسط یک بمب افکن B-29 بر روی هیروشیما انداخته شد. ٧٥٠٠٠ نفر از سکنه این شهر در دم کشته شده و بیش از ٥٠٠٠٠ ساختمان ویران گردید. 

متفقین انتظار تسلیم سریع ژاپن را داشتند. لیکن حکومت ژاپن بسرعت پاسخی ارسال نکرد. شاید دلیل این امر این بود که به دلیل قطع تمامی ارتباطات، مقامات دولتی از فاجعه‌ای که در هیروشیما رخ داده بود، دیر آگاه شدند. سه روز بعد، دومین بمب بر روی ناگازاکی فرو افتاد. در ١٥ آگوست ١٩٤٥ امپراطور ژاپن تسلیم کشور خود را اعلام کرد و جنگ جهانی دوم پایان یافت. 

 

قارچ اتمی بر فراز هیروشیما

بمب افکن بی 29 تنها بمب افکن جنگ جهانی دوم بود که تا مدتها بعد نیز و حتی در عصر جت به خدمت ادامه داد. این بمب افکن نقش مهمی در جنگ کره ایفا کرد و پس از 1953 نیز در نقش شناسایی و سنجش آب و هوا خدمت کرد. شوروی با کپی سازی از روی این بمب افکن توپولف تی یو 4 اولین بمب افکن استراتژیک خود را ساخت. هم اکنون یک عدد از این بمب افکن ها موجود است که قابلیت پرواز دارد و 22 فروند نیز در نمایشگاه های مختلف دنیا آرام و قرار گرفته اند. بمب‌ افکن بی 29 براستی نقش مهمی در تغیر سرنوشت چندین جنگ بزرگ دنیا داشته است. 

 

سه بمب افکن ردیف آخر: بی 17، بی 29 و بی 36