காற்றுச் சுரங்கத்தில் விமானம்!

வெள்ளோட்டம் வெல்லட்டும் – 4

இராணுவ விஞ்ஞானி டாக்டர் வி.டில்லிபாபு

எதிர்க்காற்றில் மிதிவண்டி ஓட்டுவது கடினம். காற்று, நமது முகத்திலும், மார்பிலும், வயிற்றுப்பகுதியிலும் தாக்கி எதிர்விசையை (Drag) நமது உடலில் செலுத்தும். காற்று நம் உடலை பின்னோக்கி தள்ளும் போது, நம்மோடு மிதிவண்டியும் பின்னோக்கித் தள்ளப்படும். இதை எதிர்த்து மிதிவண்டி மிதித்து இயக்குவது சற்று கடினம். 

இதைப் போலவே, காற்றில் இயங்கும் விமானத்தின் மீதும் காற்று எதிர்விசையை செலுத்தும். காற்றின் எதிர்விசையை குறைக்க, விமானத்தின் வடிவம் செவ்வகமாக, சதுரமாக இல்லாமல் உருளை வடிவத்தில், கூம்பிய மூக்குப் பகுதியோடு காற்றைக் கிழித்து செல்லும் வகையில் அமைக்கப்படுகிறது.

காற்று, விமானத்தின் மீது எதிர்விசையைச் செலுத்தும் செய்தியைப் பார்த்தோம். விமானத்தை பின்னோக்கித் தள்ள மட்டுமல்ல, விமானம் முன்னோக்கி செல்லவும் காற்று தான் உதவுகிறது.  எப்படி? நாம் சுவாசிப்பதைப் போலவே, விமான எஞ்சின் காற்றை உள்ளிழுக்கிறது. அந்தக் காற்றை அழுத்தமேற்றி, அதில் எரிபொருளை எரித்து, வெப்ப வாயுவாக்கி (Hot Gas), நாசில் (Nozzle) என்ற கூம்புக்குழலின் வழியே அதிக விசையோடு வாயுவை விமானத்தின் பின்னோக்கி வீசுகிறது. ஒவ்வொரு விசைக்கும் அதற்கு சமமான எதிர்விசை உண்டு என்று நமது அறிவியல் ஆசிரியர் கற்றுக் கொடுத்த நியூட்டனின் மூன்றாம் விதிப்படி, வாயு பின்னோக்கி வீசப்படுவதால் அதற்கு எதிர்த்திசையில் விமானம் முன்னோக்கி நகர்த்தப்படுகிறது.

விமானம் முன்னோக்கி நகர மட்டுமல்ல, விமானம் மேலே பறப்பதற்கும் காற்று தான் உதவுகிறது. விமானம் ஓடுபாதையில் முன்னோக்கி விரையும் போது, இறக்கையின் மேலும் கீழும் காற்று தழுவிச் செல்லும். இறக்கையின் வடிவமைப்பு காரணமாக, அதன் கீழ்ப்பகுதியில் காற்றழுத்தம் அதிகமாகவும் அதன் மேல்பகுதியில் குறைவாகவும் இருக்கும். இறக்கையின் கீழுள்ள அதிக அழுத்தம் இறக்கையை உயர்த்தும் (Lift Force-உயர்த்து விசை). இறக்கையோடு விமானமும் உயர்த்தப்பட்டு விமானம் பறக்கிறது.

காற்றும் விமானமும்

மனிதனுக்கு காற்று எவ்வளவு முக்கியமோ, விமானத்துக்கும் காற்று அவ்வளவு முக்கியம். விமானத்தோடு காற்று உறவாடும் அறிவியலுக்கு காற்று இயக்கவியல் (Aerodynamics) என்று பெயர். குறைந்த எதிர்விசை, போதுமான உயர்த்து விசை ஏற்படும் வகையில் விமானத்தின் உடலும் இறக்கையும் வடிவமைக்கப்படுவது மிக முக்கியம்.

அடிப்படைக் காற்றியக்கவியல் விதிகளின்படி விமானத்தை வடிவமைத்து, அதைக் கணினியில் சோதிப்பார்கள். கணினியில் விமானத்தின் முப்பரிமாண மாதிரியை (3 Dimensional
Digital Model) உருவாக்கி அதில் காற்றலைகளைச் செலுத்தி ஒப்புருவாக்க (Simulation) சோதனைகளைச் செய்யலாம். இதற்கு ‘கணக்கீட்டு திரவ இயக்கவியல்’ (Computational Fluid Dynamics-CFD) சோதனைகள் என்று பெயர். இதற்கென பிரத்யேக மென்பொருள்கள் உண்டு.

கணினியில் செய்யப்படும் எண்ம சோதனைகள் (Digital Tests) சரிபார்க்கப்பட வேண்டும். கணினியின் ஒப்புருவாக்க சோதனைகளைப் போலவே, உண்மையில் காற்று விமானத்தோடு வினையாடுகிறதா என்பதை அறிய வேண்டும். எப்படி?

விமானத்தின் முப்பரிமாண மாதிரியை (3 Dimensional Model) நிஜமாகவே உருவாக்கி அதன் மீது காற்றை செலுத்தி சோதிக்க வேண்டும். இது சாத்தியமா? விமானத்தை விட அளவில் சிறிய விமான மாதிரியை  (Scaled down model) மரத்திலோ இழை நார் வலுவேற்றிய பிளாஸ்டிக் பொருளிலோ உருவாக்கலாம். முப்பரிமாண அச்சில் (3D Printing) நேரடியாக விமான மாதிரிகளை அச்சடிக்கவும் முடியும்.

சரி, விமானத்தின் மாதிரி தயாராகிவிட்டது. ஆனால் விமானம் பறக்கும் போது விமானத்தின் மீது காற்று எப்படி செயல்படுகிறது என்பதைச் சோதிக்க விமான மாதிரியை காற்றில் பறக்க வைப்பது எப்படி? முடியுமா?

முடியும். ஆனால் புதுமையாக யோசிக்க வேண்டும். நடைப்பயிற்சி அல்லது ஓட்டப்பயிற்சி செய்ய பயன்படுத்தும் ஓடுபொறியை (Treadmill) பார்த்திருக்கிறீர்களா? அதில், ஓடுபவர் ஒரே இடத்தில் இருக்க தரை வேகமாக நகரும். அதைப்போல, நிலையான காற்றில் விமானம் பறப்பதற்கு பதில், விமானத்தை நிலையாக வைத்து அதன் மீது காற்றை ஊதினால் என்ன? இப்படிப்பட்ட ஒரு சோதனை அமைப்பு உருவாக்கப்பட்டு, அதில் தான் விமான மாதிரிகள் சோதிக்கப்பட்டு, விமானங்களின் வடிவமைப்பு உறுதி செய்யப்படுகிறது. இந்த சோதனைக்கூடத்துக்கு காற்றுச்சுரங்கம் (Wind Tunnel) என்று பெயர்.

காற்றுச்சுரங்கம்

ஒரு நீண்ட குழாய்க்குள், விமான மாதிரியை தாங்கியில் (Stand) நிறுவி, ராட்சச விசிறிகள் மூலம் காற்றை செலுத்தி, விமானத்தோடு காற்று எப்படி வினைபடுகிறது என்பதை ஆய்வு செய்வார்கள். என்ன ஆய்வு செய்வார்கள்? விமானத்தைத் தழுவிச் செல்லும் காற்றலைகளின் வடிவத்தை கவனிப்பார்கள். பார்ப்பதற்கு வசதியாக, விமான மாதிரி நிறுவப்படும் பகுதியின் (Test Section) சுவர்கள் கண்ணாடியால் அமைக்கப்பட்டிருக்கும்.   விமானத்தை தழுவிச் செல்லும் காற்றலைகளின் வடிவத்தை காண்பதற்கு ஏதுவாக, காற்றில் புகையைச் செலுத்துவார்கள். காற்றலையில் பயணப்படும் புகை, காற்று செல்லும் பாதையைக் காட்சிப்படுத்தும். இதைப் படமெடுத்து ஆய்வு செய்வதும் உண்டு. புகைக்குப் பதில் வண்ணப்பொடியை காற்றில் செலுத்திச் சோதிப்பதும் உண்டு. ஒரு முனையில் கட்டப்பட்ட வண்ண நூல்களைக் கொண்டு காற்றலையின் போக்கை கவனிப்பதும் உண்டு.

காற்றழுத்தத்தை அளக்க அழுத்த உணரிகள் (Pressure Sensors), காற்றினால் உருவாகும் விசையை அளக்கும் கருவிகள் விமான மாதிரியில் பொருத்தப்பட்டிருக்கும். இதல் கிடைக்கும் தரவுகளைக் கொண்டு மேற்கட்ட ஆய்வுகள் நடக்கும். சிறிய விமான மாதிரியை காற்றுச்சுரங்கத்தின் தாங்கியில் (Stand) பொறுத்தாமல், மின்காந்தப்புலத்தில் அந்தரத்தில் மிதக்கவிட்டு சோதிப்பதும் உண்டு.

காற்றுச்சுரங்கம் பல அளவுகளில் உண்டு. முழு விமானத்தை நிறுத்தி சோதனை செய்யும் பெரிய சோதனைக்கூடங்களும் சில நாடுகளில் உண்டு. காற்றின் வேக அளவைப் பொறுத்தும் சோதனைக்கூடங்கள் மாறுபடும். ஒலியின் வேகத்தை விட 5 மடங்கு வேகத்தில் காற்றைச் செலுத்தும் ‘மீமிகை வேக காற்றுச்சுரங்கத்தில்’  (Hypersonic Wind Tunnel), ஏவுகணைகளையும் செயற்கைக்கோள் ஏவூர்திகளையும் சோதிக்கலாம்.

இந்தியாவில் காற்றுச்சுரங்கச் சோதனைக் கூடங்கள் உள்ளன. பெங்களூருவிலுள்ள இந்திய அறிவியல் கழகம் (IISc), கான்பூர்-இந்திய தொழில்நுட்பக்கழகம் உள்ளிட்ட கல்வி நிறுவனங்களிலும், தேசிய விமானவியல் ஆய்வகம் (NAL),  டி.ஆர்.டி.ஓ, இஸ்ரோ உள்ளிட்ட தேசிய ஆய்வு நிறுவனங்களிலும் காற்றுச்சுரங்கங்கள்  உள்ளன. உலகிலேயே மூன்று நாடுகளில் தான் ‘மீமிகை வேக காற்றுச்சுரங்க’ ஆய்வுக்கூடம் இருக்கிறது. அதில் இந்தியாவும் ஒன்று என்பது நாம் பெருமைப்பட வேண்டிய அறிவியல் செய்தி.

வானில் பறக்கும் வாகனங்களை மட்டுமல்ல, கட்டிடங்களையும் காற்றுச்சுரங்கத்தில் சோதிப்பார்கள்.  அப்படியா? ஏன்? காற்றின் எதிர்விசையால் பாதிக்கப்படும் உயர்ந்த கட்டிட கோபுரங்கள், புகைப் போக்கிகள், மேம்பாலங்கள் ஆகியவற்றின் மாதிரிகளையும் காற்றுச்சுரங்கத்தில் சோதித்து, காற்றின் சுமையை (Wind Loads) ஆராய்ந்து அவைகளை வடிவமைப்பது தற்கால தொழில்நுட்ப நடைமுறை.

வாகனச் ‘சோதனை’

ஒரு முறை மராட்டிய மாநிலத்தின் அஹமது நகர் சென்றிருந்தேன். அங்கே ஒரு சோதனைச் சாலையில் (Test Road), அதிவேகத்தில் வந்த கார் சடுதியில் நிறுத்தப்பட்டது (Sudden Brake). அந்த கணத்தில் திசைமாறி அதிர்ந்து திரும்பிய அந்த பிரபல வாகனத்தின் நிலையை நேரில் பார்த்தவர்கள், அப்படி அதிவேகத்தில் வாகனத்தை ஓட்ட மாட்டார்கள். தரைப்போக்கு வாகனங்களின் சோதனைகள் என்னென்ன? எப்படிச் சோதிக்கிறார்கள்?

(சோதனை தொடரும்)