الدوران الآلي وحركة طائرة الهليكوبتر

الدوران الأوتوماتيكي هو حالة الرحلة التي يتم فيها تدوير نظام الدوار الرئيسي للمروحية بفعل حركة الهواء لأعلى خلال الدوران بدلاً من قوة المحرك التي تقوده، حيث أنه في الرحلة العادية والتي تعمل بالطاقة يتم أخذ الهواء إلى نظام الدوار الرئيسي من الاتجاه العلوي، ويتم نقله إلى أسفل، ولكن أثناء الدوران التلقائي ينتقل الهواء باتجاه الأعلى في نظام الدوار من الأسفل أثناء هبوط المروحية، كما يُسمح بالدوران الأوتوماتيكي ميكانيكيًا بواسطة وحدة حرة الحركة، وهي تسمى بآلية القابض الخاصة، والتي تسمح للدوار الرئيسي بمواصلة الدوران حتى إذا كان المحرك لا يعمل.

فشل محرك طائرة الهليكوبتر

تقوم وحدة التدوير الحر تلقائيًا بفصل المحرك عن الدوار الرئيسي، مما يسمح للدوار الرئيسي بالدوران بحرية، كما إنها الطريقة التي يمكن بواسطتها أن تهبط طائرة هليكوبتر بأمان في حالة تعطل المحرك، وبالتالي يجب على جميع طائرات الهليكوبتر إثبات هذه القدرة من أجل الحصول على شهادة.

رحلة الهليكوبتر إلى الأمام

في الطيران الأمامي الثابت دون تغيير في السرعة الجوية أو السرعة الرأسية، يجب أن تكون القوى الأربع الرفع والدفع والسحب والوزن متوازنة، وبمجرد إمالة مستوى مسار الحافة للأمام فإن قوة الدفع والرفع الكلية تميل أيضًا للأمام، حيث يمكن تحليل هذه القوة الدافعة الناتجة إلى مكونين؛ حيث يعمل الرفع عموديًا لأعلى ويعمل الدفع أفقيًا في اتجاه الرحلة، بالإضافة إلى الرفع والدفع، يوجد وزن (القوة المؤثرة للأسفل) وسحب (القوة التي تعارض حركة الجنيح عبر الهواء).

في المستوى المستقيم باتجاه ثابت وعلى ارتفاع ثابت، تكون رحلة أمامية غير متسارعة وقوة الرفع تساوي الوزن وقوة الدفع تساوي قوة السحب، وإذا تجاوز الرفع الوزن تتسارع المروحية عموديًا حتى تتوازن القوى وإذا كان الدفع أقل من السحب، فإن المروحية تبطئ حتى تتوازن القوات، أيضًا عندما تتحرك المروحية إلى الأمام، تبدأ في فقدان الارتفاع بسبب فقدان قوة الرفع، حيث يتم توجيه قوة الدفع إلى الأمام.

ومع ذلك، عندما تبدأ المروحية في التسارع يصبح نظام الدوار أكثر كفاءة بسبب زيادة تدفق الهواء والنتيجة هي القوة الزائدة على ما هو مطلوب لتحوم، كما يؤدي استمرار التسارع إلى زيادة أكبر في تدفق الهواء عبر القرص الدوار وزيادة الطاقة الزائدة من أجل الحفاظ على الطيران غير المتسارع.

ويجب على الطيار عدم إجراء أي تغييرات في القوة أو في الحركة الدورية؛ لأنه قد تؤدي أي تغييرات من هذا القبيل إلى صعود أو هبوط المروحية وبمجرد الحصول على رحلة مستقيمة ومستوية، يجب على الطيار أن يلاحظ القدرة (ضبط عزم الدوران) المطلوبة وعدم إجراء تعديلات كبيرة على أدوات التحكم في الرحلة.

تم تحسين كفاءة نظام الدوار الذي يحوم بشكل كبير مع كل عقدة من الرياح الواردة والمكتسبة، وذلك من خلال الحركة الأفقية للطائرة أو الرياح السطحية، وعندما تدخل الرياح الواردة الناتجة عن حركة الطائرات أو الرياح السطحية في نظام الدوار يتم ترك الاضطراب والدوامات خلفها، ويصبح تدفق الهواء أفقيًا بشكل أكبر، بالإضافة إلى ذلك يصبح دوار الذيل أكثر كفاءة من الناحية الديناميكية الهوائية.

الرفع التفاضلي في الهليكوبتر

عدم تناسق قوة الرفع أي الرفع التفاضلي (غير المتكافئ) بين النصفين المتقدم والمتراجع للقرص الدوار الناتج عن سرعة تدفق الرياح المختلفة عبر كل نصف، حيث سيؤدي هذا الاختلاف في الرفع إلى جعل المروحية غير قابلة للسيطرة في أي موقف بخلاف التحليق في رياح هادئة، أيضًا يجب أن تكون هناك وسيلة لتعويض هذا الرفع غير المتكافئ أو تصحيحه أو القضاء عليه لتحقيق التناظر في قوة الرفع.

عندما تتحرك المروحية في الهواء، يختلف تدفق الهواء النسبي عبر قرص الدوار الرئيسي في الجانب المتقدم عنه في الجانب المتراجع، حيث أن الريح النسبية التي تواجهها الشفرة المتقدمة تزداد بالسرعة الأمامية للمروحية، بينما يتم تقليل سرعة الرياح النسبية التي تعمل على الشفرة الراجعة من خلال السرعة الجوية الأمامية للمروحية، لذلك نتيجة لسرعة الرياح النسبية ينتج جانب الشفرة المتقدمة للقرص الدوار قوة رفع أكبر من جانب الشفرة الراجعة.

مبدأ عمل شفرات المروحية

إذا تحركت طائرة هليكوبتر ذات دوران شفرة دوار رئيسي بعكس اتجاه عقارب الساعة سوف تتدحرج إلى اليسار؛ بسبب الاختلاف في قوة الرفع، وفي الواقع فإن ريش الدوار الرئيسي ترفرف وتتقلص تلقائيًا لموازنة الرفع عبر قرص الدوار لتشتمل أنظمة الدوار المفصلية، وعادةً تكون مع ثلاث شفرات أو أكثر على مفصل أفقي؛ وذلك للسماح لشفرات العضو الدوار بالتحرك أو الرفرفة لأعلى ولأسفل أثناء تدويرها، كما يستخدم نظام الدوار شبه الصلب (شفرتان)، مما يسمح للشفرات بالرفرفة كوحدة واحدة، وعندما ترفرف إحدى الشفرات، تنخفض الشفرة الأخرى لأسفل.

عندما تصل الشفرة الدوارة إلى الجانب المتقدم من قرص الدوار، فإنها تصل إلى أقصى سرعة خفقان لأعلى، وعندما يرفرف النصل لأعلى، تقل الزاوية بين خط الوتر والرياح النسبية الناتجة، وهذا يقلل من (AOA)، مما يقلل من كمية قوة الرفع التي تنتجها الشفرة، وعادةً ما يؤدي الجمع بين رفرفة الشفرة والرياح النسبية البطيئة التي تعمل على الشفرة المنسحبة إلى الحد من السرعة الأمامية القصوى لطائرة هليكوبتر.

وعند السرعة الأمامية العالية تتوقف الشفرة الراجعة بسبب ارتفاع (AOA) وبطء سرعة الرياح النسبية، ويتم ذلك من خلال ميل مقدمة الطائرة إلى أعلى والاهتزاز وتغيير واتجاه الدوران عادةً باتجاه اليسار في المروحيات مع دوران النصل، وذلك بعكس اتجاه عقارب الساعة.

يمكن للطيارين تجنب تراجع الشفرة من خلال عدم تجاوز السرعة التي لا تتجاوز مطلقًا هذه السرعة المحددة بـ (VNE) ومشار إليها على لافتة ومُشار إليها بخط أحمر على مؤشر سرعة الطيران، وذلك أثناء التحرك الديناميكي الهوائي لريش الدوار؛ لأنها تعوض عدم تناسق الرفع.

كما تحقق الشفرة المتقدمة أقصى إزاحة للرفرفة لأعلى أي مقدمة الطائرة وأقصى إزاحة للرفرفة لأسفل على الذيل، حيث يؤدي هذا إلى إمالة مستوى طرف المسار إلى الخلف، ويشار إليه باسم الارتجاع وكيف يتم توجيه قرص الدوار في الأصل، بحيث يكون الجزء الأمامي لأسفل، وعندما يتم اكتساب سرعة الهواء ويقضي الاهتزاز على عدم تناسق الرفع.

كما يظهر الجزء الأمامي من القرص وينخفض ​​الجزء الخلفي منه، مما يؤدي إلى إعادة توجيه القرص الدوار إلى تغيير الاتجاه الذي يعمل فيه الدفع الكلي للجهاز الدوار، أيضًا تتباطأ السرعة الأمامية للمروحية، ولكن يمكن تصحيحها، حيث انه يستخدم الطيار الريش للتعويض عن عدم تناسق قوة الرفع مما يسمح له بالتحكم في القرص الدوار.

ملاحظة: “AOA” اختصار لـ” angle of attack”.

ملاحظة: “VNE” اختصار لـ “never-exceed speed”.