كيف تولد الطائرات الكهرباء؟ تقريبًا كل شيء كهربائي على الطائرة من الأضواء إلى شاشات الترفيه وغيرها، ومن السهل نسبيًا أن نرى كيف تنتج المحركات التوربينية الهائلة الدفع، لكن الطاقة والهواء الساخن الذي تنتجه تلك المحركات التي تستهلك الكثير من الوقود يتم استخدامهما لتشغيل العديد من الأنظمة على متن الطائرة بما في ذلك المكونات الهيدروليكية والضغط والكهرباء.
الكهرباء على الطائرات
مثل معظم المركبات التي تعمل بالمحرك، تقوم الطائرات على توليد الكهرباء باستخدام إما مولد التيار المتردد أو المولد، وتستخدم هذه الأجهزة القوة الدورانية للمحرك لتدوير مغناطيس مثبت داخل ملف مجال ينتج الكهرباء، وعلى الرغم من أنه ليس ضروريًا للطيران أو لحركة الطائرة، إلا أن النظام الكهربائي للطائرة لا يزال أحد أكثر الأنظمة أهمية على متن الطائرة.
حيث تُستخدم الكهرباء لمعدات السلامة والعديد من أدوات قمرة القيادة والأنظمة البيئية والوظائف الترفيهية وبالنسبة للطيار، فإن مدى أهمية الكهرباء بالنسبة للطائرة يعتمد على تصميم الطائرة، فالعديد من الطائرات ليس لديها أي نظام كهربائي على الإطلاق، مثلًا لا تحتاج الطائرات الخفيفة، أو الطائرات الكلاسيكية مثل (J-3 Cub)، إلى الطاقة لأنها لا تحتوي على أي إلكترونيات.
ومن أهم سلبيات هذه الطائرات البسيطة أنها لا تحتوي على أضواء، لأنه تحتاج الأضواء إلى الكهرباء، لذلك لا يمكن للطائرة بدون نظام كهربائي أن تعمل في الليل، ولا يمكن أن تحتوي أيضًا على أي أجهزة راديو مدمجة، على الرغم من أن الطيارين يمكنهم حمل وحدة محمولة قابلة لإعادة الشحن.
كيفية تزويد متن الطائرة بالكهرباء
تُستخدم الطاقة المولدة على متن طائرة لشحن بطارية وتشغيل أجهزة إلكترونية صغيرة، وعلى هذا النحو، وفي حالة استخدام الطاقة لشحن البطارية، يجب أن تكون تيارًا مستمرًا (DC) في منازلنا، ويتم نقل الكهرباء عادة باستعمال التيار المتردد (AC)، وتنقل طاقة التيار المتردد المزيد من الفولتات عند شدة تيار منخفضة.
ولكن لا يمكن استخدامها لشحن البطاريات أو تشغيل الإلكترونيات الحساسة، وتولد الطائرات طاقة التيار المستمر من البداية بهذه الطريقة، حيث يمكن توصيله مباشرة بالبطارية لشحنه واستخدامه في أجهزة الراديو والإلكترونيات، كلا النظامين 14 و 28 فولت شائعان.
وإذا كانت الطائرة كبيرة جدًا مثل طائرة ركاب، وتحتاج إلى الكثير من الطاقة لمنافذ الركاب والأنظمة البيئية، فستكون لديها أنظمة لتوليد طاقة التيار المتردد والتيار المستمر، ولا تزال طاقة التيار المستمر مستخدمة لجميع معدات الطيران المهمة.
مولد التيار المتردد
حتى أن وجود القليل من القوة يساعد، تحتوي معظم الطائرات الصغيرة على مولد تيار متردد، تمامًا مثل السيارات، حيث يقوم المولد بشحن بطارية تُستخدم لتخزين الطاقة للمساعدة في بدء تشغيل الطائرة وتشغيل المعدات في حالة فشل المولد.
ويمكن تقسيم النظام الكهربائي للطائرة إلى أربعة أجزاء يجب أن يكون هناك شيء ما يولد الكهرباء، وبطارية لتخزين الطاقة وطريقة لتوزيع الطاقة وأخيراً عناصر على متن الطائرة تستخدم الطاقة، ويتعلم الطيارون كل مكون من مكونات نظام طائراتهم حتى يتمكنوا من استكشاف المشكلات التي قد تنشأ وإصلاحها.
تعد المولدات الآن الطريقة الأكثر شيوعًا لتوليد الطاقة في طائرات محرك المكبس، وتستعمل الطائرات الصغيرة الطاقة الكهربائية في عدة أشياء، والاستعمالات الأساسية للأضواء وأجهزة راديو الاتصال ومعدات الملاحة تمامًا مثل السيارة، تنتج هذه الأنظمة قدرًا محدودًا من الطاقة.
وتستهلك بعض الطائرات كهرباء أكثر من غيرها بشكل عام، كلما زادت الإلكترونيات الفاخرة التي نراها في قمرة القيادة، زادت أهمية الكهرباء، حيث يستخدم الطيارون الآليون الماكينات الكهربائية لتحريك أدوات التحكم في الرحلة، وتستخدم بعض الطائرات الطاقة الكهربائية لسحب معدات الهبوط وتمديدها أو لتمديد اللوحات.
هذه أمثلة أكثر أهمية على استهلاك الطاقة، وهي توضح لماذا يجب أن يكون الطيارون على دراية جيدة بإجراءات الطوارئ في حالة انقطاع التيار الكهربائي.
مولدات كهرباء Generators
مولد يولد تيارا كهربائيا مباشرا، وإن عيب المولد هو أنه يحتاج إلى الدوران بسرعة ثابتة لتوليد الطاقة، وفي الطائرات الصغيرة، التي ترتفع سرعة محركها وتنخفض أثناء الطيران، تكون المولدات أقل من الأمثل.
بعض الطائرات القديمة بها مولدات على متنها، وكان لديها قيود على تشغيلها لجعل النظام يعمل على سبيل المثال، إذا توقفت الطائرة عن العمل على مدرج المطار لفترة طويلة جدًا قبل الإقلاع، فلن يتمكن المولد من توفير طاقة كافية للحفاظ على شحن البطاريات.
وتعد المولدات أكثر شيوعًا في الطائرات التي تعمل بالطاقة النفاثة، كما يمكن استخدام المولدات بصورة مبدأيه أيضًا، وتُستخدم طاقة البطارية لتدوير المولد، والذي يدور المحرك لبدء التشغيل، وبمجرد تشغيل المحرك، يقوم المحرك بتدوير المولد لتوليد الكهرباء.
وحدات الطاقة المساعدة APU
تتطلب الطائرات والطائرات التوربينية الكبيرة قدرًا كبيرًا من الطاقة، كما أن طاقة البطارية وحدها لا تكفي لتدوير محرك نفاث كبير لبدء تشغيله، ولإصلاح هذه المشاكل، عادة ما تكون الطائرات مجهزة بوحدة طاقة مساعدة (APU)، وهذه محركات توربينية حجمها صغير مثبتة في قسم ذيل الطائرة، والتي تشغل مولدات الطاقة وتعطي هواءً مضغوط.
وهذه تتطلب طاقة أقل بكثير لبدء التشغيل، بحيث يمكن أن تبدأ بالبطاريات لكنها كبيرة بما يكفي لتوليد الكهرباء لاستخدامها في الطائرة وإعادة شحن تلك البطاريات، كما أنها توجد هواءً مضغوطًا، تمامًا مثل المحركات الرئيسية، والتي يمكن أن تساعد في بدء تشغيل المحركات الرئيسية.
وحدات الطاقة الأرضية GPU
تُستخدم وحدات الطاقة الأرضية (GPU) على مدرج المطار لمساعدة الطائرات على البدء في حالة نفاد بطارياتها، وفي بعض الحالات، يتم استخدامها مثل كابلات العبور للطائرات.
لكنها تستخدم أيضًا لتوفير الكهرباء للطائرة دون تشغيل المحركات، وإن تشغيل المحركات مكلف ويحرق الوقود، وإذا كانت الطائرة جالسة لبعض الوقت، فيمكن استخدام وحدات الطاقة الأرضية (GPU) لتوفير طاقة رخيصة، ويعد هذا أمرًا رائعًا إذا كان الطيارون يبرمجون معدات ملاحية، أو إذا احتاج الركاب إلى ترك تكييف الهواء أو التدفئة.
إجراءات الطوارئ
أهم شيء يجب تذكره هو أن معظم الطائرات مصممة بطريقة تجعل فشلًا واحدًا لا يمثل مشكلة خطيرة، وفي الطائرات التي تحتوي على مولد تيار متردد واحد فقط، يجب ألا تتعطل أي معدات أساسية للطيران.
وعلى عكس السيارات التي تستخدم المولد والبطارية لإنتاج شرارة اشتعال المحرك، تستخدم الطائرات مغناطيسات منفصلة للقيام بالمهمة وفي معظم السيارات، إذا فشل المولد سيتوقف المحرك بعد نفاد البطارية، لكن يمكن للطيارين إيقاف تشغيل الطاقة الكهربائية أثناء الطيران دون المخاطرة بإيقاف المحرك، ولا يحتاج المحرك إلى طاقة كهربائية لتشغيله.
تحتوي العديد من الطائرات الجديدة على محركات يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر تسمى (FADEC) أي (التحكم الرقمي الكامل في المحرك)، كما تستخدم هذه الأنظمة أجهزة كمبيوتر كهربائية زائدة عن الحاجة للتحكم في المحرك، ونظرًا لأن فشل النظام الكهربائي قد يعني عطلًا في المحرك، فإن أجهزة الكمبيوتر هذه لها بطارياتها الخاصة.
ملاحظة: “AC” اختصار لـ”alternating current “.
ملاحظة: “DC” اختصار لـ”direct current”.
ملاحظة: “APU” اختصار لـ”auxiliary power unit”.
ملاحظة: “GPU” اختصار لـ”Ground Power Units”.
ملاحظة: “FADEC” اختصار لـ”Full Authority Digital Engine Control “.
