اقرأ في هذا المقال
- ما هي الزاوية ثنائية السطوح في الطائرات
- كيف تؤثر الزاوية ثنائية الأضلاع على الطيران
- ما هي إيجابيات جناح الطائرة ثنائي السطوح
- ما هي سلبيات جناح الطائرة ثنائي السطوح
- أجنحة الطائرات متعددة السطوح
الطائرات آلات معقدة، وكل جزء منها مصمم بشكل هادف، حتى الأشياء التي قد تبدو جمالية بحتة، مثل الزاوية التي تلتقي فيها الأجنحة بجسم الطائرة، ولها تأثيرات عميقة على كيفية تحليق الطائرة وما يمكن أن يتوقعه الطيار منها، وعندما ننظر إلى طائرة وجهاً لوجه، سنرى غالبًا أن الأجنحة تتقاطع مع جسم الطائرة بزاوية، وإذا كان الجناح يشير لأعلى من جذوره إلى أطرافه، فإنه يوصف بزاوية ثنائية السطوح (Dihedral) تسمى الزاوية اللاهوائية (anhedral) إذا كانت الأجنحة متجهة لأسفل، لكن هذا ليس شائعًا جدًا.
ما هي الزاوية ثنائية السطوح في الطائرات
عندما يتم النظر إلى طائرة وجهاً لوجه، سنرى غالبًا أن الأجنحة تتقاطع مع جسم الطائرة بزاوية، وإذا كان الجناح يشير لأعلى من جذوره إلى أطرافه، فإنه يوصف بزاوية ثنائية السطوح، وتسمى الزاوية اللاهوائية إذا كانت الأجنحة متجهة لأسفل، لكن هذا ليس شائعًا جدًا.
وغالبًا ما يتم الخلط بين الزاوية ثنائية السطوح والتأثير الثنائي السطوح (dihedral effect)، والذي منه تأخذ الزاوية اسمها، وسيتعين علينا غالبًا استخدام أدلة السياق حيث يمكن استخدام المصطلح ثنائي السطوح لوحده لوصف الزاوية أو التأثير.
الزاوية ثنائية السطوح هي ميزة تصميم موجودة في العديد من الطائرات تساعد في تحسين الاستقرار، كما إنها الزاوية التي تلتقي عندها الأجنحة بجسم الطائرة عند النظر إليها من الأمام، تختلف الزاوية من تصميم إلى آخر، ويتعامل مهندسو الطيران مع المقدار الدقيق للزاوية لإيجاد توازن بين الاستقرار والقدرة على المناورة.
ما هو الغرض من الزاوية ثنائية السطوح في الطائرات
الزاوية ثنائية السطوح هي واحدة من تلك الأشياء التي تم إنشاؤها في الطائرة من قبل المصممين، وهي ليست شيئًا يمكن للطيار تعديله أثناء الطيران، وبالنسبة للطيارين، فإن ما يحتاجوا لمعرفته حول ثنائي السطح محدود أولاً، عليهم أن يعرفوا ما هي الزاوية ثنائية الأضلاع، وأنها تختلف من طائرة إلى أخرى، وإنها أداة تساعد في جعل الطائرة أكثر استقرارًا حول محورها الجانبي، والذي يسمى أحيانًا الاستقرار اللولبي (spiral stability).
تساعد الزاوية ثنائية السطوح على إعادة الطائرة إلى رحلة مستقيمة ومستوية بسبب التغيرات في زاوية الهجوم على كل جناح والتي تحدث أثناء الانزلاق الجانبي (sideslip).
أما المهندسين في مجال الطيران فيتطلعوا إلى تصميم الطائرات وتحسين استقرارها، حيث يمكنهم كتابة كتب كاملة عن تأثير ثنائي الأضلاع، وإنه موضوع معقد، كما هو الحال مع جميع القضايا التي تتناول استقرار الطائرة والتفاعل بين ميزات التصميم المختلفة.
كيف تؤثر الزاوية ثنائية الأضلاع على الطيران
يستخدم ثنائي السطح لتحسين ثبات بعض الطائرات حول محور اللف الخاص بها، ومع ذلك ليست كل الطائرات لها زاوية ثنائية الأضلاع، فبعضها لها أجنحة متعامدة على جسم الطائرة والمحور الرأسي، حتى أن بعضها لديه أجنحة بزاوية لأسفل، وهي ميزة تصميم تسمى (anhedral) والتي سنتحدث أكثر عنها أدناه.
وعندما تبدأ الطائرة بالتدحرج إلى اليسار أو اليمين، فإنها ستنزلق جانبًا، حيث لم يعد جسم الطائرة يسافر بالتوازي مع الريح النسبية، وبعض الرياح تضرب جانب جسم الطائرة، ويجب أن يكون الاتجاه الطبيعي هو عودة الطائرة إلى الوضع الطبيعي دون انزلاق جانبي، كما يجب أن ترغب الطائرة في السفر بالتوازي مع الريح النسبية، وتكون هذه العودة إلى الرحلة العادية بفضل تأثير ثنائي السطوح.
وستساهم عدة عوامل في التصميم في تأثير ثنائي السطوح، وليس فقط الزاوية ثنائية السطوح، على سبيل المثال، لا تحتاج بعض الطائرات إليها، لأن العوامل الأخرى توفر تأثيرًا ثنائي السطوح كافٍ بحيث لا يكون ضروريًا.
يلعب تأثير العارضة وهو تأثير الهيكل الطولي أيضًا دورًا في الاستقرار اللولبي، فالطائرات عالية الأجنحة على سبيل المثال لها تأثير واضح للغاية في العارضة، حيث يتم تثبيت الأجنحة فوق (CG)، وتعمل جوانب جسم الطائرة مثل عارضة القارب، ونتيجة لذلك فإن جسم الطائرة يشبه البندول ويتأرجح بالطائرة مرة أخرى إلى المستوى، وهذا هو السبب في أن معظم الطائرات عالية الأجنحة تحتاج إلى زاوية مدمجة أقل ثنائية الأضلاع.
ميزة التصميم الأخرى التي تعمل مثل الزاوية ثنائية السطوح هي التراجع، حيث ستضيف الطائرة ذات الأجنحة الخلفية أيضًا إلى تأثير ثنائي السطوح وتتطلب زاوية ثنائية السطوح أقل ليتم بناؤها.
ما هي إيجابيات جناح الطائرة ثنائي السطوح
إن تصميم طائرة من الألف إلى الياء ليس بالمهمة السهلة أبدًا، حيث يتم تضمين كل شيء لسبب ما، والتصميم يترك لوحة الرسم المصممة لغرض مثلًا هذه لنقل البضائع، وهذه الطائرة كطائرة مقاتلة، وهذه الطائرة كطائرة تدريب تجريبية.
وبمجرد بناء نموذج أولي وطيرانه، سيستمر المهندسون في تعديل التصميم، حيث يجد طيارو الاختبار خصائص طيران غير مرغوب فيها تحتاج إلى إصلاح، وتعد الزاوية ثنائية السطوح واحدة من العديد من الأدوات التي سُيصلح المصممون بها.
استخدامها في تحسين الاستقرار
نظرًا لأن الزاوية ثنائية الأضلاع تعمل على تحسين الاستقرار عن طريق زيادة تأثير ثنائي السطوح، فقد يغير المهندسون الزاوية في الإصدارات الأحدث بمجرد أن يحدد طيارو الاختبار مقدار العوامل الأخرى التي تؤثر على كيفية تحليق الطائرة، على سبيل المثال، إذا كانوا بحاجة إلى مزيد من الاستقرار، فسوف يضيفون المزيد من الزاوية ثنائية الأضلاع، أو قد يقللونها إذا كانوا يريدون استقرارًا أقل وقدرة أكبر على المناورة.
يزيد من تخليص طرف الجناح
تتمتع الزاوية ثنائية السطوح أيضًا بفائدة مفيدة تتمثل في زيادة طرف الجناح إلى الخلوص الأرضي، ومزيد من الخلوص يعني أمانًا أكبر نظرًا لوجود فرصة أقل في اصطدام رأس الجناح بالأجسام التي تقع خارج المدرج أو الممر، وقد يكون هذا مفيدًا جدًا لطائرة منخفضة الجناح ذات جناحي كبير.
ما هي سلبيات جناح الطائرة ثنائي السطوح
بدلاً من التفكير في الأمور الجيدة والسيئة أو المؤيدة مقابل المخالفة، سنفكر في سبب قيام مصممي الطائرات بتصميم الطائرات بالطريقة التي يفعلونها، وليس بالضرورة أن يكون المرء جيدًا أو سيئًا؛ ولكن كل شيء له هدف، إذن ما هو الغرض من الزاوية ثنائية الأضلاع ومتى لا تكون مناسبة؟
أقل قدرة على المناورة
والغرض من ذلك هو جعل الطائرة أكثر استقرارًا، وكلما كانت الطائرة أكثر استقرارًا، أصبحت أقل قدرة على المناورة.
أجنحة الطائرات متعددة السطوح
أخيرًا، تعني تقنيات الإنتاج الحديثة ومواد عصر الفضاء أنه يمكن للمهندسين دمج أشكال أجنحة أكثر تعقيدًا في تصميماتهم، مما كانت عليه في الماضي على سبيل المثال، الجناح متعدد السطوح له زوايا مختلفة خلال امتداده.
أحد الأمثلة على ذلك هو مقاتلة (F-4 Phantom)، التي لها أجنحة قابلة للطي للخدمة الحاملة، حيث اكتشف المصممون أنه يمكنهم إضافة ثنائي السطوح من النقطة المحورية إلى الخارج لإضافة الاستقرار، وترك جذور الجناح بالقرب من زاوية الصفر، وتتميز الطائرة أيضًا بطائرة خلفية بزاوية منخفضة واضحة.
