به گزارش گروه دفاع و امنیت مشرق، در فرایند توسعه و تولید محصولات هوافضایی، اجرای آزمایشات مختلف روی نمونه های مجازی و شبیه سازی شده، ماکت های کوچک یا مقیاس واقعی و در نهایت آزمایش های زمینی و پروازی همه یا بخشی از آن محصول به دلیل ارزش این صنعت در هر دو زمینه نظامی و غیرنظامی از اهمیت بسیار بالا و تعیین کننده ای برخوردار است.
دسته ای از آزمایش ها که بسته به نیاز برای یک محصول هوافضایی ترتیب داده می شود با استفاده از یک هواپیمای دیگر به عنوان آزمایشگاه هوایی اجرا می شود.
هواپیماهای بسترآزمایش (testbed) یا آزمایشگاه پرنده برای آزمودن بخش هایی از اجزای یک وسیله هوایی در شرایط واقعی به کار می روند. آزمایش در شرایط واقعی یعنی آزمودن وسیله در حال پرواز با سرعت های مختلف و در ارتفاعات مختلف. این شرایطی است که به دلیل خصوصیات اجزای مورد آزمایش در سطح زمین و یا در مقایس های ممکن در تونل باد قابل ایجاد نیست. بیشتر این هواپیماها با ایجاد تغییرات لازم بر روی یک هواپیمای موجود بر اساس نیازمندی های خاص هر پروژه ساخته می شوند.
هواپیماهای بسترآزمایش همچنین برای ارزیابی کارهای تئوری، محاسبات و شبیه سازی های رایانه ای نیز مورد استفاده قرار می گیرند که در نتیجه با گردآوری داده های حاصله از این آزمایشگاه های پرنده، میزان صحت این روش ها مشخص و اصلاحات لازم برای بهبود آنها نیز ممکن می شود. سرعت توسعه یک محصول نیز با توجه به واقعی بودن آزمایشات و صحت اطلاعات اخذ شده از حسگرهای آزمایشگاه پرنده بسیار افزایش پیدا می کند. از این رو این رده از آزمایشات در هوافضا، پلی برای عبور به عرصه صنعتی و حرفه ای، قابل اتکا برای توسعه علمی، پیشرو و البته تحریم شکن است.
با توجه به اینکه بررسی های لازم روی بال و بدنه هواگردها با تحلیل های رایانه ای و آزمایشات تونل باد با دقت خوبی به نتیجه می رسد و نیز برخی از آزمون های رادار و اویونیک بدون شرایط پروازی واقعی و در آب و هوای مختلف و روی زمین ممکن نیست تاکنون هواپیماهای بسترآزمایش، بیشتر برای آزمودن سامانه های رادار، اویونیک و موتور هواپیما در شرایط واقعی و قبل از نصب روی هواپیمای به کار گیرنده آن ساخته شده اند.
بنابراین با استفاده از هواپیماهای بسترآزمایش می توان در شرایط واقعی این تجهیزات را مورد ارزیابی دقیق قرار داد در حالی که هنوز هواپیمای کاربر آن ساخته نشده و در نتیجه از نظر زمانبندی هم فعالیت های مختلف مرتبط با ساخت یک هواگرد سریعتر پیش می رود. همچنین در مواردی که در زمینه عملکرد یک سامانه، اطلاعات کافی از قبل موجود نباشد، هوپیماهای بسترآزمایش در تولید و ثبت این داده ها نیز مفید واقع می شوند.
به ترتیب از بالا به پائین، بسترآزمایش سامانه های میراژ اف-1، سوخو-34 و اف-16
تا به امروز تنها کشورهای پیشرو در صنعت هوافضا، برای آزمودن یک سامانه کاملاً جدید اقدام به ساخت هواپیماهای بستر آزمایش کرده اند. در این راستا نمونه های مختلفی در کشورهای روسیه، آمریکا و فرانسه برای این منظور توسعه یافته اند. نمونه هایی که برای آزمودن رادار یک هواپیمای جنگنده ساخته شده اند با نصب دماغه هواپیمای کاربر آن رادار روی هواپیمای بستر آزمایش، عملاً به بررسی خصوصیات عملکرد رادار در ارتفاعات و شرایط آب و هوایی و محیط های مختلف و حتی تأثیر شکل و جنس دماغه در کارکرد آن پرداخته اند. به عنوان مثال برای آزمودن رادار بمب افکن تاکتیکی سوخو-34، رادار و اویونیک جنگنده های اف-22 و اف-35 هواپیماهای بسترآزمایش ساخته شده اند.
بسترآزمایش اف-22(روی بوئینگ757، سمت راست) و اف-35(روی بوئینگ737، سمت چپ)
به عنوان مثالی دیگر می توان به یک نمونه از هواپیمای بوئینگ 720 (گونه ای از نمونه مشهور بوئینگ 707) اشاره کرد که تا چندی پیش برای آزمایش موتورهای گوناگون توربوفن و توربوپراپ به عنوان یک بستر آزمایش به کار می رفت.
بوئینگ720 اختصاص یافته برای آزمایش های موتور
آرمیتا
با توجه به تلاش فزاینده کشورمان در صنایع هوافضایی، برای اجرای برخی آزمایشات نیاز به توسعه هواپیمای بسترآزمایش وجود دارد. این آزمایشگاه پرنده با نام آرمیتا در شرکت هواپیماسازی ایران(هسا) با تغییر دادن یک هواپیمای توپولف-154 ساخته شده است که در سالروز صنعت دفاعی کشور در 31 مرداد ماه سال جاری رونمایی شد.
آزمایشگاه پرنده آرمیتا
توپولف-154 به عنوان یک هواپیمای مسافربری در شوروی سابق ساخته شد و در سال های دهه 1370 به خطوط هوایی ایران وارد شد. این هواپیما دارای مدل های مختلفی بوده که طول معروف ترین نمونه آن یعنی مدل M بالغ بر 48 متر، دهانه بال 37.5 و ارتفاع آن 11.4 متر است. جرم خالی این هواپیمای سه موتوره 55.3 تن و بیشترین جرم قابل پرواز آن تا 104 تن است.
با توجه به خروج این هواپیما از ناوگان مسافربری کشور در حالی که هنوز بسیاری از آنها قابل پرواز بودند، شرکت هسا به عنوان اصلی ترین سازنده هواپیماهای سرنشین دار در کشور، با در اختیار گرفتن دست کم یک فروند از این هواپیما آن را به سکوی آزمایش های پروازی اجزای هواپیماها تبدیل کرده است.
به گزارش مشرق، با به کارگیری این هواپیما در نقش بسترآزمایش می توان ارزیابی های مختلفی را در ارتفاعات مختلف از نزدیک سطح زمین تا 40هزار پا و از سرعت های پائین تا 950 کیلومتر بر ساعت (برابر با بیشینه سرعت توپولوف-154) اجرا کرد. آزمایش صندلی پرتاب شونده خلبان، ارزیابی سامانه تولید اکسیژن در هواپیما و آزمایش سامانه اویونیک پیشرفته هواپیما در شرایط واقعی پرواز از جمله برنامه های عملیاتی آزمایشگاه پرنده آرمیتا است.
در واقع اینطور که به نظر می رسد برای این هواپیما برنامه های متنوعی در نظر گرفته شده که اولین آنها آزمودن صندلی پرتاب شونده خلبانان است. برای این منظور بخش جلویی بدنه یک هواپیمای اف-5 که دماغه آن مشابه نوع شناسایی آر-اف-5 است به کار گرفته شده. این شباهت باعث بوجود آمدن این تصور می شود که احتمالآً باید از بدنه یکی از آر-اف-5های قبلی نیروی هوایی ارتش برای این برنامه استفاده شده باشد.
بدنه آر-اف-5 روی دم آرمیتا برای آزمایش صندلی پرتاب شونده
موقعیت نصب این بدنه روی دم عمودی آرمیتا برای اجرای آزمایش صندلی پرتاب شونده مناسب است زیرا در بالاترین نقطه این هواپیما و در ارتفاع حدود 11 متری زمین نصب شده است. با توجه به مزایای ذکر شده برای آزمایشگاه های پرنده می توان صندلی پرتاب شونده را در حالات مختلفی آزمایش کرد از جمله در ارتفاع نزدیک به سطح زمین توأم با سرعت های بالا(مشابه وضعیت هواپیما قبل از بلند شدن از باند) و همچنین در ارتفاع های بالاتر و در سرعت های مادون صوت بالا(High subsonic) تا 950 کیلومتر بر ساعت.
بدین ترتیب گام مهمی برای ساخت یک نمونه بومی صندلی پرتاب شونده خلبان که یکی از مهمترین ادوات لازم در یک هواپیمای جنگی است برداشته می شود.
قراردادن صندلی پرتاب شونده داخل بدنه جنگنده
آن طور که در تصاویر دیده می شود در آزمایش های دیگری از آرمیتا برای حمل و آزمایش بدنه یک هواپیمای جنگی استفاده خواهد شد. با استناد به این تصویر هواپیمای مذکور نمونه ای یک یا دو نفره به نظر می رسد. همچنین آزمایش یک نمونه موتور که با توجه به مقایسه با ابعاد هواپیمای توپولف باید موتور یک هواپیمای متوسط باشد نیز در دستور کار قرار دارد. هر دوی این آزمایشات با نصب بدنه و موتور مذکور، زیر بدنه آرمیتا به انجام می رسد.
برخی از آزمایش های آرمیتا از بالا به پائین صندلی پرتاب شونده، بدنه هواپیما و موتور جت
از اینرو با در نظر گرفتن اثرات تداخلی جریان هوای حول بدنه توپولف روی نمونه هایی که زیر بدنه آن حمل می شوند، احتمالآً آزمایشات آیرودینامیک مدنظر نیست بلکه ارزیابی کارکرد موتور در داخل بدنه نمونه، ارزیابی ورودی هوای موتور نمونه ها و نیز میزان رانش تولیدی و کیفیت عملکرد موتور مورد آزمایش در شرایط متنوع آب و هوایی کشور منطقی تر از آزمایش های آیرودینامیکی به نظر می رسد.
در هر صورت برای این آزمایشات نیاز به طراحی و نصب جایگاه حمل نمونه ها در زیر بدنه با ارتفاع کافی از زمین و فاصله مناسب از خود بدنه وجود دارد. در آینده نیز می توان آزمایش های پروازی برای وسائل جدا شونده مانند موشک های کروز یا برخی پهپادها را نیز در ارتفاعات مختلف با استفاده از همین جایگاه زیر بدنه اجرا کرد. بعلاوه به کارگیری تجهیزات ثبت نتایج آزمایش در داخل خود هواپیما هم کار مهم دیگری است که در هواپیماهای بستر آزمایش به انجام می رسد و متخصصان کشورمان در آزمایشگاه پرنده دائمی آرمیتا آن را به انجام رسانده اند.
اتصال بخش جلویی بدنه جنگنده به دم توپولوف
نباید فراموش کنیم که در هر پروژه ای که با یک هواپیمای بسترآزمایش اجرا می شود فرایند پیچیده طراحی و آزمایش برای خود هواپیما باید به انجام برسد تا از لحاظ پروازی همه شرایط و تأثیرات اجزای نصب شونده در اطراف بدنه آزمایشگاه پرنده، از جنبه های مقاومت سازه، ارتعاشات، دینامیک پرواز، آیرودینامیک مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین ساخت آزمایشگاه پروازی و پروژه های آینده آن به معنی وارد شدن متخصصان کشورمان به یک فضای پرچالش اما بسیار مهم برای رشد صنعت هوایی کشورمان است.
همچنین تقبل هزینه خرید، نگهداری و اجرای تغییرات روی یک هواپیمای توپولف به علاوه هزینه پرواز و تعمیرات آن برای اجرای آزمایشات پیشرفته و واقعی برخی از اجزای هواپیماها نشانه جهش در حوزه مدیریت صنعت هوایی کشور است که پذیرفته اند بدون صرف این هزینه های لازم، پیشرفت چندانی در فضای طراحی های بومی برای دسته ای از محصولات به دست نخواهد آمد ضمن اینکه اجرای این آزمایشات از بروز خطرات و ریسک ها در آزمایشات هواپیمای اصلی کاربر این تجهیزات جلوگیری می کند.
شاید سابقه توپولف-154 در ایران و ظاهر آزمایشگاه پرنده ساخته شده با نام آرمیتا در مقایسه با نمونه های غربی برای عده ای تداعی کننده یک پروژه بی اهمیت و یا نمایشی باشد اما تأثیر داده های حاصل از این رده از آزمایشات به عنوان تجربیات آزمایش های صنعتی و نه دانشگاهی در تولید علم و محصولات ارزشمند در صنایع هوایی کشورمان در سال های آینده بر این افراد هم روشن خواهد شد.
دسته ای از آزمایش ها که بسته به نیاز برای یک محصول هوافضایی ترتیب داده می شود با استفاده از یک هواپیمای دیگر به عنوان آزمایشگاه هوایی اجرا می شود.
هواپیماهای بسترآزمایش (testbed) یا آزمایشگاه پرنده برای آزمودن بخش هایی از اجزای یک وسیله هوایی در شرایط واقعی به کار می روند. آزمایش در شرایط واقعی یعنی آزمودن وسیله در حال پرواز با سرعت های مختلف و در ارتفاعات مختلف. این شرایطی است که به دلیل خصوصیات اجزای مورد آزمایش در سطح زمین و یا در مقایس های ممکن در تونل باد قابل ایجاد نیست. بیشتر این هواپیماها با ایجاد تغییرات لازم بر روی یک هواپیمای موجود بر اساس نیازمندی های خاص هر پروژه ساخته می شوند.
هواپیماهای بسترآزمایش همچنین برای ارزیابی کارهای تئوری، محاسبات و شبیه سازی های رایانه ای نیز مورد استفاده قرار می گیرند که در نتیجه با گردآوری داده های حاصله از این آزمایشگاه های پرنده، میزان صحت این روش ها مشخص و اصلاحات لازم برای بهبود آنها نیز ممکن می شود. سرعت توسعه یک محصول نیز با توجه به واقعی بودن آزمایشات و صحت اطلاعات اخذ شده از حسگرهای آزمایشگاه پرنده بسیار افزایش پیدا می کند. از این رو این رده از آزمایشات در هوافضا، پلی برای عبور به عرصه صنعتی و حرفه ای، قابل اتکا برای توسعه علمی، پیشرو و البته تحریم شکن است.
با توجه به اینکه بررسی های لازم روی بال و بدنه هواگردها با تحلیل های رایانه ای و آزمایشات تونل باد با دقت خوبی به نتیجه می رسد و نیز برخی از آزمون های رادار و اویونیک بدون شرایط پروازی واقعی و در آب و هوای مختلف و روی زمین ممکن نیست تاکنون هواپیماهای بسترآزمایش، بیشتر برای آزمودن سامانه های رادار، اویونیک و موتور هواپیما در شرایط واقعی و قبل از نصب روی هواپیمای به کار گیرنده آن ساخته شده اند.
بنابراین با استفاده از هواپیماهای بسترآزمایش می توان در شرایط واقعی این تجهیزات را مورد ارزیابی دقیق قرار داد در حالی که هنوز هواپیمای کاربر آن ساخته نشده و در نتیجه از نظر زمانبندی هم فعالیت های مختلف مرتبط با ساخت یک هواگرد سریعتر پیش می رود. همچنین در مواردی که در زمینه عملکرد یک سامانه، اطلاعات کافی از قبل موجود نباشد، هوپیماهای بسترآزمایش در تولید و ثبت این داده ها نیز مفید واقع می شوند.
به ترتیب از بالا به پائین، بسترآزمایش سامانه های میراژ اف-1، سوخو-34 و اف-16
تا به امروز تنها کشورهای پیشرو در صنعت هوافضا، برای آزمودن یک سامانه کاملاً جدید اقدام به ساخت هواپیماهای بستر آزمایش کرده اند. در این راستا نمونه های مختلفی در کشورهای روسیه، آمریکا و فرانسه برای این منظور توسعه یافته اند. نمونه هایی که برای آزمودن رادار یک هواپیمای جنگنده ساخته شده اند با نصب دماغه هواپیمای کاربر آن رادار روی هواپیمای بستر آزمایش، عملاً به بررسی خصوصیات عملکرد رادار در ارتفاعات و شرایط آب و هوایی و محیط های مختلف و حتی تأثیر شکل و جنس دماغه در کارکرد آن پرداخته اند. به عنوان مثال برای آزمودن رادار بمب افکن تاکتیکی سوخو-34، رادار و اویونیک جنگنده های اف-22 و اف-35 هواپیماهای بسترآزمایش ساخته شده اند.
بسترآزمایش اف-22(روی بوئینگ757، سمت راست) و اف-35(روی بوئینگ737، سمت چپ)
به عنوان مثالی دیگر می توان به یک نمونه از هواپیمای بوئینگ 720 (گونه ای از نمونه مشهور بوئینگ 707) اشاره کرد که تا چندی پیش برای آزمایش موتورهای گوناگون توربوفن و توربوپراپ به عنوان یک بستر آزمایش به کار می رفت.
بوئینگ720 اختصاص یافته برای آزمایش های موتور
آرمیتا
با توجه به تلاش فزاینده کشورمان در صنایع هوافضایی، برای اجرای برخی آزمایشات نیاز به توسعه هواپیمای بسترآزمایش وجود دارد. این آزمایشگاه پرنده با نام آرمیتا در شرکت هواپیماسازی ایران(هسا) با تغییر دادن یک هواپیمای توپولف-154 ساخته شده است که در سالروز صنعت دفاعی کشور در 31 مرداد ماه سال جاری رونمایی شد.
آزمایشگاه پرنده آرمیتا
توپولف-154 به عنوان یک هواپیمای مسافربری در شوروی سابق ساخته شد و در سال های دهه 1370 به خطوط هوایی ایران وارد شد. این هواپیما دارای مدل های مختلفی بوده که طول معروف ترین نمونه آن یعنی مدل M بالغ بر 48 متر، دهانه بال 37.5 و ارتفاع آن 11.4 متر است. جرم خالی این هواپیمای سه موتوره 55.3 تن و بیشترین جرم قابل پرواز آن تا 104 تن است.
با توجه به خروج این هواپیما از ناوگان مسافربری کشور در حالی که هنوز بسیاری از آنها قابل پرواز بودند، شرکت هسا به عنوان اصلی ترین سازنده هواپیماهای سرنشین دار در کشور، با در اختیار گرفتن دست کم یک فروند از این هواپیما آن را به سکوی آزمایش های پروازی اجزای هواپیماها تبدیل کرده است.
به گزارش مشرق، با به کارگیری این هواپیما در نقش بسترآزمایش می توان ارزیابی های مختلفی را در ارتفاعات مختلف از نزدیک سطح زمین تا 40هزار پا و از سرعت های پائین تا 950 کیلومتر بر ساعت (برابر با بیشینه سرعت توپولوف-154) اجرا کرد. آزمایش صندلی پرتاب شونده خلبان، ارزیابی سامانه تولید اکسیژن در هواپیما و آزمایش سامانه اویونیک پیشرفته هواپیما در شرایط واقعی پرواز از جمله برنامه های عملیاتی آزمایشگاه پرنده آرمیتا است.
در واقع اینطور که به نظر می رسد برای این هواپیما برنامه های متنوعی در نظر گرفته شده که اولین آنها آزمودن صندلی پرتاب شونده خلبانان است. برای این منظور بخش جلویی بدنه یک هواپیمای اف-5 که دماغه آن مشابه نوع شناسایی آر-اف-5 است به کار گرفته شده. این شباهت باعث بوجود آمدن این تصور می شود که احتمالآً باید از بدنه یکی از آر-اف-5های قبلی نیروی هوایی ارتش برای این برنامه استفاده شده باشد.
بدنه آر-اف-5 روی دم آرمیتا برای آزمایش صندلی پرتاب شونده
موقعیت نصب این بدنه روی دم عمودی آرمیتا برای اجرای آزمایش صندلی پرتاب شونده مناسب است زیرا در بالاترین نقطه این هواپیما و در ارتفاع حدود 11 متری زمین نصب شده است. با توجه به مزایای ذکر شده برای آزمایشگاه های پرنده می توان صندلی پرتاب شونده را در حالات مختلفی آزمایش کرد از جمله در ارتفاع نزدیک به سطح زمین توأم با سرعت های بالا(مشابه وضعیت هواپیما قبل از بلند شدن از باند) و همچنین در ارتفاع های بالاتر و در سرعت های مادون صوت بالا(High subsonic) تا 950 کیلومتر بر ساعت.
بدین ترتیب گام مهمی برای ساخت یک نمونه بومی صندلی پرتاب شونده خلبان که یکی از مهمترین ادوات لازم در یک هواپیمای جنگی است برداشته می شود.
قراردادن صندلی پرتاب شونده داخل بدنه جنگنده
آن طور که در تصاویر دیده می شود در آزمایش های دیگری از آرمیتا برای حمل و آزمایش بدنه یک هواپیمای جنگی استفاده خواهد شد. با استناد به این تصویر هواپیمای مذکور نمونه ای یک یا دو نفره به نظر می رسد. همچنین آزمایش یک نمونه موتور که با توجه به مقایسه با ابعاد هواپیمای توپولف باید موتور یک هواپیمای متوسط باشد نیز در دستور کار قرار دارد. هر دوی این آزمایشات با نصب بدنه و موتور مذکور، زیر بدنه آرمیتا به انجام می رسد.
برخی از آزمایش های آرمیتا از بالا به پائین صندلی پرتاب شونده، بدنه هواپیما و موتور جت
از اینرو با در نظر گرفتن اثرات تداخلی جریان هوای حول بدنه توپولف روی نمونه هایی که زیر بدنه آن حمل می شوند، احتمالآً آزمایشات آیرودینامیک مدنظر نیست بلکه ارزیابی کارکرد موتور در داخل بدنه نمونه، ارزیابی ورودی هوای موتور نمونه ها و نیز میزان رانش تولیدی و کیفیت عملکرد موتور مورد آزمایش در شرایط متنوع آب و هوایی کشور منطقی تر از آزمایش های آیرودینامیکی به نظر می رسد.
در هر صورت برای این آزمایشات نیاز به طراحی و نصب جایگاه حمل نمونه ها در زیر بدنه با ارتفاع کافی از زمین و فاصله مناسب از خود بدنه وجود دارد. در آینده نیز می توان آزمایش های پروازی برای وسائل جدا شونده مانند موشک های کروز یا برخی پهپادها را نیز در ارتفاعات مختلف با استفاده از همین جایگاه زیر بدنه اجرا کرد. بعلاوه به کارگیری تجهیزات ثبت نتایج آزمایش در داخل خود هواپیما هم کار مهم دیگری است که در هواپیماهای بستر آزمایش به انجام می رسد و متخصصان کشورمان در آزمایشگاه پرنده دائمی آرمیتا آن را به انجام رسانده اند.
اتصال بخش جلویی بدنه جنگنده به دم توپولوف
نباید فراموش کنیم که در هر پروژه ای که با یک هواپیمای بسترآزمایش اجرا می شود فرایند پیچیده طراحی و آزمایش برای خود هواپیما باید به انجام برسد تا از لحاظ پروازی همه شرایط و تأثیرات اجزای نصب شونده در اطراف بدنه آزمایشگاه پرنده، از جنبه های مقاومت سازه، ارتعاشات، دینامیک پرواز، آیرودینامیک مورد بررسی قرار گیرد. بنابراین ساخت آزمایشگاه پروازی و پروژه های آینده آن به معنی وارد شدن متخصصان کشورمان به یک فضای پرچالش اما بسیار مهم برای رشد صنعت هوایی کشورمان است.
همچنین تقبل هزینه خرید، نگهداری و اجرای تغییرات روی یک هواپیمای توپولف به علاوه هزینه پرواز و تعمیرات آن برای اجرای آزمایشات پیشرفته و واقعی برخی از اجزای هواپیماها نشانه جهش در حوزه مدیریت صنعت هوایی کشور است که پذیرفته اند بدون صرف این هزینه های لازم، پیشرفت چندانی در فضای طراحی های بومی برای دسته ای از محصولات به دست نخواهد آمد ضمن اینکه اجرای این آزمایشات از بروز خطرات و ریسک ها در آزمایشات هواپیمای اصلی کاربر این تجهیزات جلوگیری می کند.
شاید سابقه توپولف-154 در ایران و ظاهر آزمایشگاه پرنده ساخته شده با نام آرمیتا در مقایسه با نمونه های غربی برای عده ای تداعی کننده یک پروژه بی اهمیت و یا نمایشی باشد اما تأثیر داده های حاصل از این رده از آزمایشات به عنوان تجربیات آزمایش های صنعتی و نه دانشگاهی در تولید علم و محصولات ارزشمند در صنایع هوایی کشورمان در سال های آینده بر این افراد هم روشن خواهد شد.
