فناوری های برجسته هوانوردی که در خودروسازی استفاده شده اند

بسیاری از سیستم‌ها و فناوری‌های موجود در خودروها، ابتدا در هواپیماها وجود داشتند. در این مقاله با معرفی چند نمونه از این فناوری‌ها، ارتباط خودروسازی و هوانوردی را بررسی می‌کنیم. 

شاید در نگاه اول، خودروسازی و هوانوردی کاملا متفاوت باشند و احتمالا بسیاری از افراد معتقد هستند که تنها ویژگی مشترک این دو صنعت، حمل‌ونقل و رسیدن از مبدا به مقصد است. مثلا در خودروسازی انواع برندها و شرکت‌ها درحال رقابت هستند اما در هوانوردی و هواپیماسازی دو نام بزرگ ایرباس و بوئینگ شهرت بیشتری دارند.

خودروسازی و هوانوردی بیشتر از آنچه تصور می‌کنیم ارتباط دارند. این ارتباط تقریبا پنهان بیشتر در فناوری‌ها و سیستم‌های مختلف وجود دارد و معمولا بین دو صنعت تبادل می‌شود. بسیاری از تکنولوژی‌های مدرن خودروها که امروز در انواع مدل‌های تولیدی یافت می‌شود، سال‌ها پیش در هواپیماها برای استفاده‌ی نظامی اختراع شده بود. مثلا انواع سیستم‌های راداری و کمک‌راننده‌ی خودروها، مواد کامپوزیت مثل فیبرکربن، طراحی آیرودینامیک، فرمان‌پذیری چهارچرخ و حتی بازی با نیروی روبه‌پایین (داونفورس، Downforce) راه ارتباطی خودروسازی و هوانوردی هستند.

در این مقاله فناوری‌های مهمی را بررسی می‌کنیم که از هواپیما به خودرو رسیده‌اند. برخی از این فناوری‌ها ابتدا با هدفی کاملا متفاوت با چیزی که امروز در خودروها می‌بینیم، استفاده می‌شدند.

ترمز ضدقفل (ABS)

سیستم ترمز ضدقفل (ABS) یکی از استانداردهای خودروهای مدرن است و درحقیقت تمام خودروهایی که در آمریکا و اروپا فروخته می‌شوند باید به این سیستم ترمز مجهز باشند. ABS اولین‌بار در روزهای پایانی جنگ جهانی اول اختراع شد. گبریِل ویزین، مخترع و هوانورد فرانسوی اولین کسی بود که از سیستم ترمز ضدقفل در هواپیماهای بمب‌افکن استفاده کرد. سیستم ابداعی این هوانورد فرانسوی بسیار ابتدایی و کاملا مکانیکی بود؛ شرایط سخت فرود بمب‌افکن‌ها در مسیری کوتاه باعث شد که اولین ترمزهای ضدقفل تاریخ اختراع شود.

جدیدترین سیستم‌های ترمز ضدقفل در شرایط مختلف جاده عملکرد مطلوبی دارند. به‌لطف ترمزهای ABS خودروها در مسیری کوتاه و در زمانی کمتر متوقف می‌شوند. اولین خودرویی که با ترمز ABS عرضه شد، مدل انگلیسی جنسن FF بود. این خودروی اسپرت که چهارچرخ محرک هم بود، در سال ۱۹۶۶ تولید شد. نمونه‌های دیگر ABS در خودروهای کرایسلر محصول سال ۱۹۷۰ نصب شدند. مرسدس بنز در سال ۱۹۷۸ مدل S-Class W116 را عرضه کرد که به سیستم چندکاناله ضدقفل در چهار چرخ مجهز بود و نقش مهمی در استانداردسازی این فناوری داشت.

نمایشگر هداپ (HUD)

نمایش بخشی از اطلاعات فنی روبروی راننده و روی شیشه، فناوری جدیدی در خودروسازی است اما سال‌ها پیش، خلبان‌ها با این تکنولوژی آشنا شدند. نمایشگر هداپ (Head Up Display) که به‌صورت اختصار HUD نوشته می‌شود، پیش از جنگ جهانی دوم در هوانوردی وجود داشت. در اولین نمونه‌ها، نمایشگر هداپ برای هدف‌گیری دقیق‌تر خلبان در میدان دید داخل دوربین بمب‌افکن‌ها وجود داشت. مدل بهتر که بیشتر به HUD‌های امروزی شباهت دارد در جنگ جهانی دوم استفاده شد. متخصص‌های نیروی هوایی سلطنتی بریتانیا (RAF) در هواپیماهای جنگنده‌ و بمب‌افکن موسکیتو (Mosquito) از سیستمی استفاده کردند که نمایشگر رادار را روی شیشه‌‌ی جلوی خلبان منکعس می‌کرد. سیستم هداپ پس از جنگ جهانی دوم در انواع جنگنده‌ها و بمب‌افکن‌ها استفاده و کم‌کم پیشرفته شد؛ به‌طوری که هواپیماهای غیرنظامی مدرن هم به این سیستم مجهز شدند.

اولین خودرویی که با سیستم نمایشگر هداپ عرضه شد، نسخه‌ای ویژه از الدزموبیل کاتلس سوپریم کروک (Cutlass Supreme Convertible) بود. این مدل، خودروی ایمنی مسابقات ایندی 500 بود که در سال ۱۹۸۸ با ظرفیت محدود ۵۰ دستگاه فروخته شد. الدزموبیل از HUD در مدل‌های جدید هم استفاده کرد که البته به‌عنوان آپشن و قطعه‌ی سفارشی عرضه می‌شد. در مدل ۱۹۹۰ الدزموبیل کاتلس سوپریم، نمایشگر هداپ به‌صورت دیجیتالی سرعت حرکت خودرو را نمایش می‌داد. جنرال موتورز برند مادر الدزموبیل، این فناوری را از شرکت هیوز الکترونیکز (Hughes Electronics) که درسال ۱۹۸۵ خریده بود، قرض گرفت.

گرم‌کن شیشه

گرم‌کن شیشه سیستمی ساده اما بسیار کاربردی است. در این فناوری، جریان الکتریکی از یک قطعه شیشه که با روکش رسانای برقی پوشیده شده است، عبور می‌کند. اولین نمونه‌ از گرم‌کن‌های شیشه در هواپیماهای جنگ جهانی دوم اختراع شد. از این فناوری زمانی استفاده می‌شد که هوایپماها در ارتفاع بالا پرواز می‌کردند؛ هدف از اختراع گرم‌کن این بود که به‌دلیل پایین بودن دما، از یخ‌زدگی شیشه‌ی کابین خلبان جلوگیری شود.

پس از جنگ جهانی دوم، از این فناوری در گرم‌کردن شیشه‌های خودروها استفاده شد. به‌مرور و با ارزان شدن سیستم و قطعات گرم‌کن شیشه، خودروسازان بیشتری از این فناوری برای تبلیغ بهتر محصول‌شان در فصل زمستان بهره بردند. فورد اولین شرکتی بود که از گرم‌کن شیشه در انواع خودروهای محصول سال ۱۹۷۴ استفاده کرد؛ البته سیستم فورد درابتدا کارایی خوبی نداشت. فورد برای دومین بار، این فناوری را در مدل ۱۹۸۵ خودروهای گرناپا (Ford Granapa) و تائوروس (Ford Taurus) و مرکوری سیبل (Mercury Sable) به‌کار برد که کیفیت بهتری داشتند. امروز گرم‌کن شیشه علاوه بر خودروهای مدرن فورد در انواع محصولات برندهای دیگر هم نصب می‌شود و یک ویژگی استاندارد است.

تیتانیوم

تیتانیوم ماده‌ای بسیار سخت و سبک است که دربرابر خوردگی هم مقاومت بالایی دارد. بنابراین، تیتانیوم در صنعت هوانوردی بسیار استفاده می‌شود. برای مثال، این ماده یکی از مهم‌ترین ویژگی هواپیمای معروف لاکهید SR-71 Black Bird است؛ به‌طوری که تیتانیوم ۹۲ درصد از کل این هواپیما با بیشینه‌ی سرعت ۳/۲ ماخ را تشکیل می‌دهد. جالب این است که بخش زیادی از تیتانیوم مورد نیاز بلک‌برد از اتحاد جماهیر شوروی تأمین شد. تمام ویژگی‌های مثبت تیتانیوم در خودروها هم وجود دارد و این نکته را هم باید درنظر گرفت که دسترسی به این ماده درمقایسه با دهه‌ی ۱۹۶۰ آسان‌تر شده است. البته تیتانیوم هنوز هم ماده‌ای گران‌قیمت است، بنابراین در خودروهای تولیدانبوه استفاده نمی‌شود.

برخی شرکت‌ها از تیتانیوم در خودروهای سوپراسپرت و لوکس و گران‌قیمت با ظرفیت تولید محدود استفاده می‌کنند. برای مثال سیستم اگزوز شورولت کورولت C7 از تیتانیوم ساخته شده بود. در سال ۲۰۱۵ سوپراسپرت Icona Vulcano معرفی شد که از بدنه‌ی تمام تیتانیومی بهره می‌برد؛ به‌هرحال تیتانیوم هنوز هم قیمت پایینی ندارد، به‌طوری‌که قیمت پایه‌ی این خودرو ۲/۵ میلیون یورو بود.

پیشرانه‌ی V8

پیشرانه‌‌ی ۸ سیلندر با آرایش V شکل بخشی جدانشدنی از خودروهای آمریکایی است اما سال‌ها پیش، این موتور در هواپیماها وجود داشت. پیشرانه‌ی V8 یکی از اختراعات لیون لَواواسور فرانسوی است؛ برای اولین‌بار، یک هوایپمای کانارد در سال ۱۹۰۴ با این پیشرانه ساخته شد. پس از آزمایش موفقیت‌آمیز اختراع لواواسور، پیشرانه‌ی V8 در هوایپماهای جنگنده‌ی جنگ جهانی اول نصب شد. اگر موتور V8 اختراع نمی‌شد، دنیای خودرویی که امروز می‌شناسیم کاملا متفاوت می‌شد. در اولین سال دهه‌ی ۲۰۲۰ و با وجود پیشرفت در فناوری برقی و هیبرید، هنوز هم پیشرانه‌ی ۸ سیلندر V شکل در بسیاری از خودروها نصب می‌شود. شرکت‌های خودروسازی آمریکا از این موتور در انواع خودروهای عضلانی و شاسی‌بلند و پیکاپ استفاده می‌کنند.

رادار

فناوری رادار در دهه‌ی ۱۹۳۰ توسط چند کشور توسعه یافت. رادار (Radar) که از سرواژه‌های Radio Detection And Ranging نام‌گذاری شده است، در دهه‌ی ۱۹۳۰ فناوری مخفی در خدمت سیستم دفاعی کشورها بود. در آن دوران، خطر بمب‌های هوایی مثل نگرانی‌ها بمب اتمی در عصر مدرن بود. با فناوری رادار کشورها می‌توانستند کمی زودتر از حمله‌ی دشمن  مطلع شوند و اقدامات دفاعی لازم را انجام دهند. سیستم رادار CH که در نبرد بریتانیا سال ۱۹۴۰ استفاده شد، از اولین نمونه‌های موفق تاریخ است. انگلیسی‌ها با کمک این فناوری هواپیماهای جنگنده را به‌سمت بمب‌افکن‌های آلمانی هدایت می‌کردند.

تویوتا اولین شرکت خودروسازی تاریخ بود که از فناوری رادار در محصولاتش استفاده کرد. حسگر هشدار دنده عقب تویوتا کرونا مدل ۱۹۸۲ اولین خودرو با سیستم رادار بود. پس از تویوتا، مرسدس بنز با سدان لوکس S کلاس مدل W220 کاربرد رادار در خودروسازی را فراتر برد. در S کلاس مرسدس بنز محصول سال ۱۹۹۸، رادار با سیستم کروز کنترل هماهنگ شد تا سرعت حرکت خودرو به‌صورت هوشمند و انطباقی تغییر کند. از فناوری رادار در خودروهای پلیس و دوربین‌های تشخیص و محدودیت سرعت هم استفاده می‌شود.

سیستم راهیابی ماهواره‌ای (GPS)

در طول جنگ جهانی دوم، بسیاری از خلبانان به‌دلیل مشکل در مسیریابی برای رسیدن به پایگاه جهت سوخت‌گیری کشته و هواپیماهای زیادی نابود شدند. دولت ایالات متحده آمریکا برای برطرف کردن این مشکل که حتی پس از جنگ جهانی دوم هم وجود داشت، درقالب سیستم TRANSIT چند ماهواره به فضا ارسال کرد. هدف از ایجاد کردن این سیستم، کمک به مسیریابی هواپیماها، کشتی‌ها و زیردریایی‌ها در دهه‌ی ۱۹۵۰ بود. فناوری جدیدتر و پیشرفته‌تر ایده‌ی قدیمی آمریکایی‌ها چند دهه بعد با نام سامانه‌ی موقعیت‌یابی جهانی (Global Positioning System) یا به‌اختصار GPS، عملیاتی شد. این فناوری در صنایع مختلفی مثل خودروسازی هم به‌کار برده می‌شود.

در دنیای خودروسازی، مزدا اولین شرکتی بود که از GPS در مدل اینوس کازمو (Mazda Eunos Cosmo) محصول سال ۱۹۹۰ استفاده کرد. در سال ۱۹۹۴ بی‌ام‌و سری 7 نسل E38 اولین خودروی اروپایی بود که با GPS عرضه شد. الدزموبیل هم اولین شرکت خودروسازی در آمریکا بود که از GPS بهره می‌برد؛ سیستم الدزموبیل، گایداستار (Guidestar) نام داشت.

سیستم انژکتور

سوخت‌رسانی انژکتوری در بهبود کاهش مصرف سوخت و افزایش قدرت خودرو نقش مهمی دارد، اما این سیستم اولین‌بار در اولین پیشرانه‌ی V8 هواپیمای فرانسوی استفاده شده است. درواقع هواپیمای کانارد که پیش‌تر در این مقاله به آن اشاره کردیم، به سیستم انژکتور هم مجهز بود. در طول جنگ جهانی دوم هواپیماهای بیشتری با این سیستم تولید شدند؛ آلمانی‌ها نقش مهمی در پیشرفت و افزایش کارایی سوخت‌رسانی انژکتوری داشتند. هواپیمای مسراشمیت ‌Bf 109 یکی از معروف‌ترین نمونه‌ها بود که در سرعت‌های بالا، قابلیت مانور درخورتوجهی داشت. سیستم انژکتور در حالت‌های مختلف در کنار موتور هواپیما بود؛ اما در هواپیماهایی که از پیشرانه‌ی کاربراتوری استفاده می‌کردند، قدرت موتور در برخی مانورهای پیچیده کاهش پیدا می‌کرد. برای مثال جنگنده‌ی اسپیت‌فایر (Spitfire) معروف انگلیسی‌ها کاربراتوری بود و در همه‌ی شرایط برتری نداشت.

یکی از شناخته‌شده‌ترین موتورهای جهان با سیستم انژکتور، پیشرانه‌ی V12 مرسدس دایملر DB 601 بود که در هواپیمای مسراشمیت Bf 109 هم وجود داشت. پس از جنگ جهانی دوم، آلمانی‌ها به‌دنبال جایگاهی برای این پیشرانه‌ بودند؛ آلمان هم مثل برخی کشورهای درگیر جنگ، خودروسازی را برای نشان دادن بازگشت و احیا صنایع انتخاب کرد. با هدف قدرت‌نمایی پس از جنگ جهانی دوم، دایملر پیشرانه‌ی ۱۲ سیلندر مسراشمیت را با کمی تغییر زیرکاپوت خودروی اسپرت نصب کرد. پیشرانه‌ی هواپیمای مسراشمیت برای اینکه نیروبخش مرسدس بنز 300SL باشد، ۶ سیلندر از دست داد و حجمش از ۳۳/۹ لیتر به ۳ لیتر رسید. مرسدس بنز 300SL گالوینگ که به‌عنوان یکی از معروف‌ترین و ماندگارتین خودروهای تاریخ، سال ۱۹۵۴ در نمایشگاه نیویورک رونمایی شد، از پیشرانه‌ای با فناوری انژکتوری مشابه هواپیمای مسراشمیت ۲۴۰ اسب‌بخار قدرت می‌گرفت. سیستم انژکتوری برقی از سال ۱۹۵۸ با محصولات کرایسلر به خودروسازی وارد شد.

توربوشارژ

اولین ایده‌ از توربوشارژ در سال ۱۹۰۵ ثبت شد. در این سیستم، هوای فشرده به محفظه‌ی احتراق پیشرانه‌ی درون‌سوز خورانده می‌شود تا قدرت بیشتری دراختیار راننده قرار بگیرد. پیاده‌سازی سیستم توربوشارژ به‌صورت عملی کمی زمان برد؛ اوگوستو راتو، مهندس برجسته‌ی فرانسوی در جنگ جهانی اول با نصب توربین روی موتورهای رنو در هواپیماها، اولین قدم‌ها برای عملی‌شدن ایده‌ی توربوشارژ را برداشت. سیستم ابداعی این مهندس فرانسوی باعث شد تا فشار هوا در پیشرانه، فارغ از ارتفاعی که هواپیما در آن پرواز می‌کند، ثابت بماند؛ بنابراین هواپیما در بالاترین ارتفاع ممکن هم عملکرد فنی مناسبی داشت. توربوشارژ در خودروهای جدید (تولیدانبوه)، بیشتر ابزاری برای افزایش کارایی است. پیشرفته‌ترین توربوشارژهای امروز در خودروها با هدف کوچک‌تر و کمتر کردن حجم پیشرانه و مصرف سوخت به‌کار برده می‌شوند. علاوه بر این، توربوشارژها به بخشی ضروری در موتورهای دیزلی هم تبدیل شده‌اند.

خودرو و هواپیما؛ طراحی آیرودینامیک و فناوری‌های ارتباطی و خودران

سال‌ها است که در خودروسازی و هوانوردی، اصول طراحی آیرودینامیک، باتوجه به دلایلی مثل افزایش سرعت، مهم شمرده می‌شود. تقریبا از دهه‌ی ۱۹۴۰، آیرودینامیک به‌ بخشی مهم در خودروهای مسابقه‌ای، به‌خصوص رقابت‌های لمان و فرمول یک تبدیل شده است. از طرفی، بسیاری از طراحان خودرو برای الهام‌گیری به هواپیما یا پرنده‌ها توجه می‌کنند. در هوانوردی و طراحی هواپیما، آیرودینامیک یکی از پایه‌های اصلی تولید است؛ به‌همین خاطر است که هواپیماها ضریب درگ بسیار پایینی دارند. در صنعت خودروسازی، پس از آزمایش موفق طراحی آیرودینامیک مدل‌های مسابقه‌ای، این ویژگی در نمونه‌های تولیدانبوه و جاده‌ای هم درنظر گرفته شد. آیرودینامیک در طراحی خودرو دو ویژگی مثبت دارد؛ کمک به عملکرد فنی بهتر و جذاب‌تر کردن ظاهر خودرو. به‌لطف هواپیماها بود که در دهه‌ی ۱۹۶۰، خودروهای اسپرت و زیبایی با خطوط و منحنی‌های ملایم بدنه جای طراحی قدیمی جعبه‌شکل و آجری را گرفتند. البته در آن دوران، طراحی آیرودینامیک بیشتر با هدف زیبایی انجام می‌شد اما خودروسازها سرانجام به اهمیت شکل بدنه در کاهش مصرف سوخت هم پی بردند. تقریبا همه‌ی خودروهای امروز طراحی آیرودینامیک دارند؛ بسیاری از سوپراسپرت‌ها و ابرخودروها هم (مثل خودروهای لامبورگینی) با الهام مستقیم از طراحی هواپیماهای جنگنده‌ها طراحی می‌شوند.

سیستم‌های ارتباطی خودرو، فناوری جدیدی است که در هرروز گسترده‌تر می‌شود. در این سیستم بین خودروها تبادل اطلاعاتی مثل وجود و شناسایی تابلوهای راهنمایی و رانندگی و وضعیت ترافیک انجام می‌شود. در هوانوردی هم سیستم ارتباطی VCS مراحل ابتدایی توسعه را پشت سر می‌گذارد که می‌تواند در آینده، سامانه‌های کنترل ترافیک هوایی را حذف کند. فناوری مشترک دیگر بین خودروها و هواپیماها که هنوز تا نهایی شدن فاصله‌ی زیادی دارد، سیستم‌های خودران است. اولین سامانه‌های اتوپایلوت هواپیماها از دهه‌ی ۱۹۳۰ اختراع شدند که هنوز هم در حال توسعه هستند. این فناوری در خودروسازی هم مفهوم مشابهی دارد؛ کنترل خودرو تا سطحی بدون نیاز به دخالت راننده انجام شود. فناوری خودران در خودروسازی و هوانوردی به مرحله‌ی نهایی نرسیده است؛ با این وجود، آزمایش‌های زیادی برای کمتر کردن دخالت انسان در کنترل وسایل نقلیه انجام می‌شود.