نخبه شو

چرا پنجره‌های هواپیما برخلاف ساختمان‌ها مربعی نیستند و تقریباً همیشه گرد یا بیضی‌شکل طراحی می‌شوند؟

در ارتفاع پرواز، بدنه‌ی هواپیما دائماً تحت اختلاف فشار شدید بین داخل کابین و هوای بیرون قرار دارد؛ فشاری که اگر به‌درستی مدیریت نشود، می‌تواند به ترک‌خوردگی و حتی شکست سازه منجر شود. شکل پنجره در این میان نقشی بسیار حیاتی دارد؛ نقشی که مستقیماً به توزیع تنش و ایمنی پرواز مربوط می‌شود.

در این مطلب بررسی می‌کنیم که:

اختلاف فشار در ارتفاع چه اثری بر بدنه هواپیما دارد

تمرکز تنش چیست و چرا گوشه‌های تیز خطرناک‌اند

و چگونه یک انتخاب ساده‌ی هندسی، جان صدها نفر را حفظ می‌کند

اگر می‌خواهی بفهمی چرا مهندسی گاهی در ساده‌ترین جزئیات حیاتی می‌شود، ادامه این مطلب را بخوان.

چرا پنجره‌های هواپیما گرد هستند؟

اگر به هواپیماهای مسافربری دقت کرده باشی، یک نکته‌ی مشترک در همه‌ی آن‌ها دیده می‌شود: پنجره‌ها تقریباً همیشه گرد یا بیضی‌شکل هستند، نه مربعی. این انتخاب اتفاقی یا صرفاً زیباشناسی نیست، بلکه نتیجه‌ی مستقیم محاسبات دقیق مهندسی سازه و فشار است.

در ارتفاع پرواز، شرایطی کاملاً متفاوت از سطح زمین حاکم است. فشار هوا در بیرون هواپیما به‌شدت کاهش پیدا می‌کند، اما داخل کابین برای راحتی مسافران تحت فشار نگه داشته می‌شود. این اختلاف فشار باعث می‌شود بدنه‌ی هواپیما دائماً تحت تنش‌های کششی قرار بگیرد؛ گویی بدنه از داخل در حال «باد کردن» است.

در مهندسی سازه، یکی از مهم‌ترین عوامل شکست، تمرکز تنش است. گوشه‌ها و زوایای تیز، نقاطی هستند که تنش در آن‌ها چند برابر نواحی دیگر می‌شود. اگر پنجره‌ی هواپیما مربعی یا مستطیلی بود، تنش در گوشه‌های تیز آن متمرکز می‌شد و با هر بار پرواز، ترک‌های ریز شروع به شکل‌گیری می‌کردند. این ترک‌ها شاید در یک یا دو پرواز خطرناک نباشند، اما با تکرار چرخه‌ی فشار و کاهش فشار، به‌مرور رشد می‌کنند و می‌توانند به شکست ناگهانی بدنه منجر شوند.

شکل دایره‌ای یا بیضی یک مزیت مهم دارد:

در این شکل‌ها، تنش به‌صورت یکنواخت توزیع می‌شود و نقطه‌ی خاصی وجود ندارد که فشار در آن جمع شود. به زبان ساده، دایره اجازه می‌دهد نیروها «پخش شوند» و روی یک نقطه متمرکز نشوند. به همین دلیل است که در مخازن تحت فشار، زیردریایی‌ها و حتی پنجره‌های هواپیما، اشکال گرد اولویت دارند.

این موضوع فقط یک تئوری نیست؛ تاریخ هوانوردی آن را ثابت کرده است. در دهه‌ی ۱۹۵۰، برخی هواپیماها با پنجره‌های تقریباً مربعی طراحی شدند. پس از چندین پرواز، ترک‌هایی در گوشه‌های پنجره ایجاد شد که در نهایت به شکست بدنه در حین پرواز انجامید. همین حوادث باعث شد مهندسان به‌طور جدی شکل پنجره‌ها را بازطراحی کنند و استانداردهای امروزی شکل بگیرد.

علاوه بر فشار، پنجره‌های هواپیما باید لرزش، خستگی سازه‌ای و تغییرات دمایی شدید را هم تحمل کنند. شکل گرد در برابر خستگی سازه‌ای نیز عملکرد بهتری دارد، چون تنش‌های متناوب را ملایم‌تر به بدنه منتقل می‌کند.

نکته‌ی جالب اینجاست که حتی لایه‌های پنجره هم مهندسی‌شده‌اند. پنجره‌ی هواپیما فقط یک شیشه نیست؛ چندین لایه‌ی مقاوم دارد و لایه‌ی بیرونی بیشتر نقش سازه‌ای و تحمل فشار را بازی می‌کند، در حالی که لایه‌های داخلی برای ایمنی و عایق‌کاری طراحی شده‌اند.

درس مهم مهندسی اینجاست:

در طراحی، شکل فقط ظاهر نیست؛ شکل مستقیماً روی ایمنی و دوام تأثیر می‌گذارد. پنجره‌ی گرد هواپیما یادآور این اصل اساسی است که یک تصمیم به‌ظاهر ساده‌ی طراحی می‌تواند مرز بین ایمنی و فاجعه باشد.