حركة الطائرات وكيفية تولد القوى عليها

إن قوى الرفع والسحب هي النتيجة المباشرة للصلة بين الرياح النسبية والطائرة، كما تعمل قوة الرفع دائمًا بشكل عمودي على الريح النسبية وتعمل قوة السحب دائمًا بالتوازي مع الريح النسبية وفي نفس اتجاهها، هذه القوى هي في الواقع المكونات التي تنتج قوة رفع ناتجة عن الجناح.

حركة الطائرة بالاعتماد على القوى المؤثرة عليها

• الجاذبية أو الوزن: هي القوة التي تسحب الطائرة نحو الأرض والوزن وقوة الجاذبية التي تؤثر على كل ما يدخل الطائرة مثل الطائرة نفسها والطاقم والوقود والبضائع.

• الرفع: هي القوة التي تدفع الطائرة لأعلى ويعمل الرفع عموديًا ويقاوم تأثيرات الوزن.

• الدفع: هي القوة التي تحرك الطائرة إلى الأمام، أي الدفع هو القوة الأمامية التي ينتجها المحرك الذي يتجاوز قوة السحب.

• السحب: هي القوة التي تمارس الفرملة لإيقاف الطائرة، أي السحب هو قوة رادعة للخلف وينتج عن تعطيل تدفق الهواء بواسطة الأجنحة وجسم الطائرة والأجسام البارزة.

العلاقة بين القوى المؤثرة على الطائرة

للوزن علاقة مؤكدة بالرفع والدفع بالسحب، هذه العلاقات بسيطة للغاية، لكنها مهمة جدًا في فهم الديناميكا الهوائية للطيران، فالرفع هو القوة الصاعدة المؤثرة على الجناح المتعامد مع الريح النسبية والرفع مطلوب لمواجهة وزن الطائرة الناجم عن قوة الجاذبية المؤثرة على كتلة الطائرة، وتعمل قوة الوزن هذه إلى أسفل من خلال نقطة تسمى أصل الثقل (CG) و (CG) وهي النقطة التي يتم فيها اعتبار وزن الطائرة مركّزًا، وعندما تكون قوة الرفع في حالة توازن مع قوة الوزن، لا تكتسب الطائرة أو تفقد الارتفاع، وإذا أصبح الرفع أقل من الوزن، تفقد الطائرة الارتفاع، وحينها يكون الرفع أكبر من الوزن، كما تكتسب الطائرة ارتفاعًا.

تقاس مساحة الجناح بالأقدام المربعة وتشمل الجزء المغطى بجسم الطائرة، ويتم وصف منطقة الجناح بشكل مناسب بأنها منطقة الظل التي يلقيها الجناح عند الظهيرة وتظهر الاختبارات أن قوى الرفع والسحب تترك تأثير على الجناح تتناسب تقريبًا مع منطقة الجناح، هذا يعني أنه في حالة مضاعفة مساحة الجناح، تظل جميع المتغيرات الأخرى كما هي، كما يتم مضاعفة قوة الرفع والسحب التي تنتج عن الجناح، وإذا تضاعفت المساحة ثلاث مرات، فسيتم مضاعفة الرفع والسحب ثلاث مرات.

في مجموعة المروحة والمحرك، تكون المروحة في الواقع عبارة عن اثنين أو أكثر من الجنيحات الدوارة المركبة على عمود أفقي وتنتج حركة الشفرات عبر الهواء قوة رفع مماثلة للرفع على الجناح، ولكنها تعمل في اتجاه أفقي، مما يؤدي إلى سحب الطائرة للأمام.

كيفية توليد القوى عند حركة الطائرات

قبل أن تبدأ الطائرة في التحرك، يجب أن يتم الدفع وتستمر الطائرة في التحرك وتكتسب السرعة حتى يتساوى الدفع والسحب ومن أجل الحفاظ على سرعة ثابتة، يجب أن يظل الدفع والسحب متساويين تمامًا، كما يجب أن يكون الرفع والوزن متساويين في الطيران الأفقي الثابت، وزيادة الرفع تعني أن الطائرة تتحرك لأعلى.

في حين أن تقليل الرفع، بحيث يكون أقل من الوزن يؤدي إلى فقدان الطائرة للارتفاع، كما تنطبق قاعدة مماثلة على قوتي الدفع والسحب وإذا تم تقليل دورات المحرك في الدقيقة (rpm)، يتم تقليل الدفع وتبطئ الطائرة طالما أن قوة الدفع أقل من السحب، تتحرك الطائرة ببطء أكثر فأكثر حتى تصبح سرعتها غير كافية لدعمها في الهواء.

أنواع قوى السحب

السحب هو مقاومة الهواء للأشياء التي تمشي من خلاله وإذا كانت الطائرة تحلق في مسار مستوٍ، فإن قوة الرفع تعمل عموديًا لدعمها، بينما تعمل قوة السحب أفقيًا لتثبيتها، كما يتكون المقدار الإجمالي للسحب على الطائرة من العديد من قوى السحب.

يتكون السحب الطفيلي من مجموعة من قوى السحب المختلفة، حيث يوفر أي جسم مكشوف على متن طائرة بعض المقاومة للهواء ، وكلما زاد عدد الأجسام الموجودة في تيار الهواء زاد السحب، في حين يمكن تقليل (parasite drag) عن طريق تقليل عدد الأجزاء المكشوفة إلى أقل عدد ممكن من الناحية العملية وتبسيط شكلها.

إن الاحتكاك هو نوع من (parasite drag) التي يصعب تقليلها ولا يوجد سطح أملس تمامًا، وحتى الأسطح المُشكلة بالآلات لها مظهر خشن غير متساوٍ عند فحصها تحت التكبير، كما تعمل هذه الأسطح الخشنة على تحويل الهواء بالقرب من السطح مسببة مقاومة لتدفق الهواء السلس، كما يمكن تقليل احتكاك السطح باستخدام تشطيبات ناعمة لامعة والتخلص من رؤوس البرشام البارزة والخشونة والمخالفات الأخرى.