الطيور عدو أم صديق للطائرات

في المحاولات البشرية المبكرة لنسخ تحليق الطيور، كان يعتقد أنّ رفرفة الأجنحة أمر ضروري ولهذا السبب ركزت النماذج الأولية على رفع الطيران، عن طريق آليات الحبال والبكرات التي تحرك الأجنحة الكبيرة مثل الطيور، ومع ذلك بعد العديد من المحاولات الفاشلة والعديد من الدراسات تم التوصل إلى استنتاج مفاده أنّ البشر بسبب ملامحهم، لن يكونوا قادرين على توليد القوة اللازمة لرفع أنفسهم من خلال رفرفة أجنحتهم والبقاء في الجو.

العلاقة بين الطيور والطائرات

في عام 1799م ابتكر السير “جورج كايلي” مهندس ومخترع بريطاني أول مفهوم حديث لطائرة تعتمد على المصعد مستوحى من طيران النسور، ومن خلال مراقبة هذه الطيور الكبيرة التي تغطي مسافات شاسعة دون أن ترفرف بجناحيها، ساعده مجرد الانزلاق على إدراك أنّ كل ما هو مطلوب هو السرعة والمستويات الثابتة للتأثير على التيارات الهوائية المتولدة، تُعرف هذه القوة الصاعدة التي توازن الوزن وتصد المقاومة باسم الرفع.

ربما في المستقبل سيحاكي جسم الطائرة تحركات الطيور أثناء الطيران أو ربما سنغير التوربينات لأنظمة دفع أكثر كفاءة، كما قد يتم جعل الأجنحة تنتشر وتتراجع في الرحلة، ويجب أن يكون البشر قد استوحوا إلهام الطيور من الطيران؛ لأنّ الطيور كانت الكائنات الحية الوحيدة باستثناء الحشرات الموهوبة بمهارة الطيران.

أوجه التشابه بين الطيور والطائرات

هناك بعض العناصر التي يتم مشاركتها بوضوح بين الطائرات والطيور، حيث أنّ الأجنحة هي الأولى والأكثر وضوحاً ولكن أيضاً سطح التحكم في الذيل أو اللوحات، واحتوت النماذج الأولية للطائرات في الأيام الأولى على أجنحة متحركة مثل الطيور، كما يمكن الميل كثيراً إلى فرضية “الطائرة المستوحاة من الطيور” هذه التي تدل على أوجه التشابه بين الطائرات والطيور.

أولاً: الأجنحة وهي عنصر أساسي

ينزلق مثل النسر يصل إلى سرعة الصقر أو معلق مثل طائر القطرس، طور كل نوع من أنواع الطيور تشريح جناح خاص به يتكيف مع موطنه، وبالمثل ما يحدث مع هذه الأنواع من أجنحة الطيور فإنّ تصميم الطائرات يتضمن أنواعاً مختلفة من الأجنحة المصممة لنشاط أو لتفضيل نوع معين من الطيران، وبهذه الطريقة واعتماداً على نوع الطائرة سيكون لها نوع جناح معين.

ومثال على ذلك تتمتع طائرات (Diamond DA20 C1) بقدرة عالية جداً على الانزلاق بفضل أجنحتها المستطيلة الهائلة مما يجعلها أكثر الطائرات أماناً للتعلم بها، وتوفر الأجنحة شبه المنحرفة لمركبة (Diamond DA42) ذات المحركين ثباتاً كبيراً أثناء الطيران وفي نفس الوقت تتيح قدرة رائعة على المناورة بسرعات عالية.

ثانياً: اللوحات تشبه الريش

يلعب ريش الطيور دوراً كبيراً في الرحلة، حيث بدون ريش سيكون الطيران ببساطة مستحيلاً ومن خلال دراسة أنواع ريش الطيور يكون لكل مجموعة وظيفة محددة وفريدة من نوعها:

• ريش (Alulas)، وهو زيادة مؤشر الرفع عند السرعات المنخفضة وتقليل الاضطراب.

• ريش الجناح، يقوم بتوليد الرفع اللازم للإقلاع والتحكم في سرعة الهبوط.

• الأغطية، تعمل على تدفق هواء مباشر تحت الأجنحة مما يؤدي إلى تكوين صورة ديناميكية هوائية.

• كتف الكتف، تقوم بتغطية وحماية المفصل بين الجناح والجسم في الكتفين أي كتف الكتف.

كالريش تكون اللوحات مسؤولة عن تغيير زاوية وشكل وسطح أجنحة الطائرة لزيادة الرفع عند السرعات المنخفضة، وبالإضافة إلى ذلك تخلق اللوحات مزيدًا من المقاومة لذلك في مرحلة تصميم الطائرة، ويتم إجراء الاختبارات لتحديد السرعات القصوى والدنيا التي يمكن نشرها وسحبها.

ثالثاً: سطح التحكم على الذيل

كما هو الحال مع أشكال الأجنحة فإنّ ذيول الطائرة مستوحاة من أنواع مختلفة من ذيول الطيور، بحيث تتمثل الوظيفة الرئيسية لذيل الذيل الأفقي في تثبيت الطائرة، ممّا يخلق قوى معاكسة توفر الرفع، ومن الضروري أيضاً التحكم في محور ميل الطائرة، كما أنّ جميع أنواع ذيل الطائرات المسؤولة عن هذه الوظائف وتوفر كل منها خصائص ومزايا تتكيف مع نوع الرحلة التي تم تصميمها من أجلها.

رابعاً: الشرائح والأجنحة

من ناحية أخرى الشرائح عبارة عن أجهزة ديناميكية هوائية تقع على الحافة الأمامية للجناح، والتي بمجرد نشرها تسمح بزاوية هجوم أعلى ممّا يزيد من الرفع عند السرعات المنخفضة، وهذه الأجهزة مستوحاة من ريش الصلالة وتعمل بالمثل.

من ناحية أخرى من المؤكد أنّ الطيور تفصل ريش جناحها الأساسي لتقليل المقاومة عند أطراف الأجنحة للمساعدة في الانزلاق وفي الطائرات لها نفس الوظيفة، كما أنّها تقلل من استهلاك الوقود بنسبة (10%) ممّا يجعلها عنصراً مهماً للغاية في طائرات اليوم، كما أنّه على الرغم من أنّ أوجه التشابه بين الطائرات والطيور واضحة فقد قام الإنسان بدمج عناصر جديدة مثل دافعات الدفع، ممّا أحدث بعض الاختلافات الجوهرية.

الاختلافات بين الطيور والطائرات

أولاً: المراوح والتوربينات لتوليد قوة الدفع

الفرق الرئيسي بين الطيور والطائرات هو استحالة ضربات الجناح للأخير، بينما تولد الطيور قوة الدفع بضربات الجناح، فإنّ الطائرات تفعل ذلك باستخدام المراوح أو التوربينات في الطائرات التجارية الكبيرة.

ثانياً: المستوى الرأسي للذيل

نظراً لقدرتها الطبيعية على تكييف أجسامها للطيران في الوقت الفعلي، فإنّها لا تحتاج إلى ذيل عمودي على الذيل والطائرات في المقابل تفعل، وبهذه الطريقة يُعد تضمين المستوى الرأسي على ذيل الطائرة أمراً ضرورياً للحفاظ على الانحراف، أو تعويض الانزلاق في الرحلات غير المتماثلة أو لتخفيف تذبذبات الطائرة.

عوامل التشابه في العمل بين الطيور والطائرات

1. الإقلاع أي الرفع

تقلع الطيور بطرق مختلفة وتجري بعض الطيور قبل الرحلة مباشرة لتكوين قوة رفع جوي أي قوة صاعدة وبعضها يرفرف بأجنحته والبعض الآخر يقفز وينزلق، وإنّ خفقان أجنحتهم لتمرير الهواء بالأسفل بالإضافة إلى سرعتهم أثناء الجري ينتج عنه الضغط أسفل الطيور ليكون أعلى والضغط الأعلى يكون أقل، لذلك يؤدي هذا إلى رفع هوائي يدفع الطيور إلى أعلى.

يحدث الشيء المماثل في الطائرة، حيث في المروحية يقوم الدوار بدفع الهواء إلى أسفل كما تفعل أجنحة الطائر، وفي الطائرة أيضاً تخلق السرعة في المدرج فرق الضغط وهو المسؤول عن إنشاء قوة الرفع الكافية للطيران ويُعتبر التصميم الإنشائي في الواقع أكثر أهمية للمصعد.

2. الشكل والهيكل

هيكل الطيور والطائرات متشابه تماماً وكلاهما له هيكل جسم انسيابي وهو أمر ضروري للطيران، كما يتكون الجسم من مواد خفيفة في حالة الطائرات، بينما الطيور لها عظام وريش خفيف في أجسامها وتجعل الأجنحة الطيور والطائرات أقرب، حيث يستخدم كلاهما أجنحة للطيران وكذلك شكلها، وكما أنّ الجزء الأمامي من الطائرة مدبب على أنّه الجزء الأمامي من الطائر، هذا هو المسؤول عن خلق المزيد من الديناميكية الهوائية ويساعد في الحركة الأمامية عن طريق كنس الهواء.

3. تقنيات الطيران أي التحليق والطيران

هناك العديد من تقنيات الطيران التي تمارسها الطائرات كما تفعل الطيور، ويمكن لكل من الطيور والطائرات المجنحة الانزلاق في الهواء لمسافة أطول، ويمكنهم أيضاً استخدام الانزلاق كوضع موفر للطاقة وأثناء الانزلاق لا تستهلك الطيور أي طاقة تقريباً بينما تستخدم الطائرات أيضاً الحد الأدنى من الطاقة.

تحوم المروحيات كما تفعل الطيور المختلفة، وكما تستخدم تقنية الغوص التي تستخدمها الطيور في العروض الجوية، وتم اعتماد معظم تقنيات الطيران من مراقبة الطيور، حيث يسعى الإنسان إلى التغلب على الطيور في الطيران.