שמן למדורת הסילון: כך הומצא המבער האחורי

שלום, כאן הקברניט; מטוסי קרב קיבלו את הסקסאפיל שלהם מהרבה סיבות - בראשן העובדה שזה כוח שאפשר לראות בעיניים: מכונה של עשרות טונות שלועגת לכוח המשיכה, מזנקת לשמיים וטסה במהירות של כדור אקדח? לו היה הטבע תבוני, אולי היה נעלב.  

וכל מי שראה מטוס קרב ממריא יסכים שאי אפשר להתעלם מלשונות האש שפולט האגזוז שלו, להבה צהובה-כחולה מסנוורת. היא תוצאה של פעולת רכיב שנקרא מבער אחורי, ומספק למטוס תוספת כוח אדירה. היום נדבר עליו ונגלה מאין הגיע, מה אפשר לעשות איתו, ולמה אין כאלה במטוסי הנוסעים שלוקחים אותנו לחו"ל.

• הקברניט נחת באינסטגרם - עם תמונות, סיפורים ופרשנויות שלא תמצאו בטורים. אתם באים?
  

מטוס F16 אמריקאי מטפס במבער פתוח צילום: tradestation

מטוס טייפון בריטי במבער פתוח צילום: UK MOD

מסרשמיט 262, מטוס הקרב הסילוני של גרמניה הנאצית צילום: USAF

המהנדסים רצו מנועים חזקים מקודמיהם והטכנולוגיה, כהרגלה, פיגרה אחר השאיפות: כל עיצוב שבחנו היה כבד מדי, דלקים עשירים מדי יכלו לפוצץ את המנוע ובגלל פערים עצומים בתחום הנדסת החומרים, גם התכנון הכי יעיל לרכיבים הקיימים היה עלול להתפרק בשל רעידות, להישבר בשל עומסים או להינמס בשל התחממות מבנית; אין מה לעשות, הנדסת אירוספייס זה דבר קשה וחוקי הפיזיקה לא עושים הנחות גם למי שמנסה להביס את היטלר.

ב-1945, האנשים המבריקים מחברת רולס רויס עלו על פיתרון ביחד עם מהנדסי גלוסטר: מנוע סילון נשען על יניקת אוויר, הצתה והאצת הגזים אחורנית. אבל לא כל האוויר שנשאב למנוע הסילון נע דרך הליבה שלו, מתערבב בדלק וניצת. חלק פשוט עובר מסביב כדי לקרר את מעטפת המנוע וכי אין צורך בו להצתה; אז אם כבר יש חמצן פנוי, אולי אפשר לעשות איתו משהו? נניח, להדליק אותו בנפרד? התוצאה היה בדיוק מה שחיפשו: בעירה שפלטה גזים שנשארים לוהטים יותר זמן, ודוחפים את המטוס בעוצמה.

גלוסטר מטאור, מטוס הסילון המבצעי הראשון של בעלות הברית צילום: RAF

וכך נולד לו המבער האחורי הראשון בהמשך השנה, ונוסה על מטוס מטאור. במלחמה הוא לא הספיק להשתתף; לשמחתנו, מדינות הציר הפסידו ובאוגוסט כבר עמד לו סדר עולמי חדש, של שתי מעצמות עולמיות, שתיהן מתוחות ומפחדות זו מזו. בימים ההם, מבער אחורי היה בגדר צורך קיומי: ארה"ב ובריה"מ העריכו שמלחמה ביניהן תתחיל בתקיפה של ציי מפציצים עצומים, כך שכל יצרן שפיתח מטוסי יירוט מיד קיבל תקציבים גדולים ותמיכה.

היכולת לטפס במהירות לגובה בו מגיעים המפציצים היתה קריטית, וכך החלו חברות המטוסים האמריקאיות להתקין מבערים על כל מטוס קרב. בתחילה, על בסיס מחקר עצמי, אך בינואר 1947 פורסם מחקר מבערים מקיף בידי NACA, גוף מחקר האירוספייס שקדם לנאס"א - וכל יצרן יכל להיעזר בו.

עיצוב המבער הראשון של ארצות הברית צילום: NASA

וכך ב-1948 המריאו ראשוני מטוסי הקרב הסדרתיים בעלי מבערים - ה-F94 סטארפייר (Starfire) וה-F-89 סקורפיון בארצות הברית, והסוויפט בבריטניה. לברית המועצות לקח קצת זמן ליישר קו, ומטוס המיג 17 טס לראשונה רק שנתיים אחריהם (ואולם, היה זה מטוס מוצלח בהרבה. למעשה, הוא עדיין משרת בחיל האוויר הקמבודי, בעוד הם עומדים במוזיאונים כבר עשורים שלמים). המבער האחורי הפך לסטנדרט, ומאז הדור הראשון שלו אפשר למצוא אחד בכל מטוס קרב שבעיצובו הושם דגש על טיסה מהירה.

ה-F94 סטארפייר היה מטוס יירוט שסבל לאחר השקתו מבעיות אמינות, אך לאחר שתוקנו בדגם C, הפך לחביב על טייסיו צילום: USAF

המבער אמנם פשוט בהרבה ממנוע סילון ומהווה מודול בו, אך עדיין כולל כמה רכיבים: הראשון הוא הדפיוזר, שנועד לווסת את מהירות הגזים שנפלטים מהמנוע; אם הלחץ שלהם גבוה מדי, יהיה קשה להדליק אותם. גם חלל המפלט עצמו רחב יותר מחלל המנוע, כדי לצמצם במעט את הלחץ. בתוך החלל נמצאת סדרת שסתומי הזרקה, שמרססים דלק בצורה סימטרית בחלל המפלט, ומצתים שמבעירים אותו. למה לרסס ולא לשפוך? כדי שיהיה קל יותר להדליק את החומר.

זרם סילון רותח נפלט (A) בעוד אוויר קר זורם סביבו (B) ומגיע לדפיוזר (C) שמאט ומווסת את מהירות זרימתו, ואז מתערבב בדלק וניצת (D), מה שיוצר בעירה נוספת שנפלטת אחורנית (E). צילום: (Tosaka (CC BY 3.0

הריסוס הוא בלחץ גבוה, כדי שהלהבה לא תעשה את דרכה קדימה, לעבר המנוע עצמו. אורך חלל המפלט ומבנהו חשובים מאוד: אם לא יהיה מקום לבערה, הלחץ עלול לפוצץ את האגזוז. שולי המפלט הם בעיצוב משכך זעזועים, שכן הפעלת המבער מעלה את הלחץ בקצה המטוס ויכולה לגרום לרעידות שעלולות להזיק למטוס, אם לא יטופלו כהלכה. כמו כן, ישנו מעבר אוויר בין חלל המפלט והמעטפת החיצונית - אוויר קר שלא הוצת, ומאפשר לצמצם את התחממות גוף המטוס. המפלט עצמו מורכב מדלתות שמאפשרות לשלוט בקוטר האגזוז, במבנה אוטומטי שמותאם לעוצמת המצערת שקבע הטייס ולגובה ומהירות הטיסה, או ידני.

ניסוי מנוע סילון בעל מבער אחורי, שנערך בשנות החמישים צילום: NASA

מטוס מיג 31 בריצת המראה, במבערים מלאים צילום: mil.ru

מדוע ללהבת המבער יש צבעים שונים? הגוון נע בין צהוב-כתום לכחול-סגול, פשוט בשל הרכב תערובת הדלק והאוויר; להבה כתומה מראה על עושר בדלק, בעוד כחולה - על תערובת מאוזנת יותר, בה הדלק כולו מאוכל בטרם יוצא הסילון את המפלט. ולמה ללהבת המבער יש צורות בתוכה? הן מכונות יהלומי הלם, ונגרמות משום שהלהבה נעה במהירות כה גבוהה שהיא יוצרת גלי הלם שפוגעים בדופן המפלט ומצטלבים.

יהלומי הלם בלהבת המבער של "הציפור השחורה" צילום: indiandefence

מיג 29 במבער פתוח צילום: שאטרסטוק

F22 מתמרן במבער פתוח במסגרת מפגן צילום: שאטרסטוק

קונקורד ממריא צילום: British Airways

לעיתים משתמשים במבער גם ליישומים שאפשר להגדיר כאסתטיים; למפציץ ה-F111 יש פתח שפיכת דלק שנמצא בין שני המנועים שלו; חיל האוויר האוסטרלי נהג להמם את הצופים במפגני הטיסה שלו, כש-F111 היה שופך דלק ופשוט מצית אותו במבער, מה שיצר לשון אש עצומה.

ומה עם מטוסי נוסעים סטנדרטיים? להם אין מבער בתצורה שתיארתי כאן; הם פשוט לא זקוקים לכך. דלק הוא ההוצאה הגדולה ביותר של כל חברת תעופה ולמטוסיה אין צורך להגיע לגובה שיוט במהירות עצומה. מתאר טיסת הנוסעים הוא המראה וטיפוס לגובה, שיוט ואז הנמכה ונחיתה; מהירות הטיפוס תלויה בנתיבים, בעומס הטיסות באוויר, בסוגיות מזג אוויר ועוד, כך שאין היגיון בכלי שידע להגיע במהירות לגובה השיוט שלו - שכן מהירות ההרקעה תלויה ביותר מדי משתנים. מטוסי נוסעים הם מופת ליעילות הנדסית: אף בורג בהם לא נמצא שם אם אינו חיוני ומסייע לחיסכון בהוצאות. ולכן, מודול מבער פשוט מיותר במקרה הזה.

למעשה, הרקעה מהירה אף תגרום אי נעימות לרוב הנוסעים והמבער עלול לגרום לרעידות. ולכן, טוב שמטוסי הנוסעים שלוקחים אותנו לחו"ל טסים לאט ובבטחה, ולא בעוצמה מתפרצת עם להבות מהאגזוז. טיסה נעימה!