The Impact of High Lift Devices on Aircraft Takeoff Performance in Short Runway Operations

ويعتمد الطيران الحديث على القدرة على العمل بأمان وكفاءة من الطرق المتباينة، وأجهزة رفع عالية، مثل الرفوف، والرقائق، وأجهزة الكروغر، هي من أهم الابتكارات الهوائية التي تجعل العمليات الميدانية القصيرة ممكنة، وبتعديل شكل الجناح وخصائص تدفق الهواء، تتيح هذه النظم للطائرات أن تولد الرفع اللازم بسرعة أقل، وتخفض من مستوى الأمان.

المبادئ الأيرودينامية خلف الأجهزة العالية الرفع

ويزيد جهازا رفع عاليا من الحد الأقصى للمنقولات (C]Lmax) من الجناح، ويتحقق ذلك أساسا بآليتين: زيادة كامبو الجناح وتأخير فصل التدفق الجوي، وعندما يمتد الشعلة، يُعفي فعليا من خط الحدود المتحركة للجناح ويزيد من زاوية الهجوم على التدفق الجوي وينتج ارتفاعا في معامل الرقبة.

أنواع الأجهزة العالية الرفع

ويمكن تصنيف نظم رفع عالية حسب موقعها على الجناح وطريقة تشغيلها، وتشمل أكثر الأنواع شيوعاً الموجودة على الطائرات التجارية والطائرات العامة الذبابات والرقائق وأجهزة الحفر.

أجهزة الإطفاء

إن الأسطح المتحركة ملحقة بطرف المسير من الجناح، وهي مصنفة في عدة نماذج فرعية تستند إلى قياسها الجغرافي وحركها:

  • Plain flaps simply hinge downward, increasing camber.
  • Split flaps] deflect a portion of the wing’s lower surface, also increasing camber but with less drag penalty at low deflections.
  • Slotted flaps] have a gap between the flap and the main wing, allowing high-energy air to flow over the flap and delay separation. This design provides higher up increments than plain flaps.
  • Fowler flaps] translate rearward and downward, increasing both chord length and camber. They produce the largest lift increase among tracking edge devices.

Slats

إن النملة هي أجهزة حافة رئيسية تتحرك إلى الأمام والى الأسفل لتخلق مكاناً بين القشرة والجنحة، وهذا الطيار يعجل تدفق الهواء فوق سطح الجناح، ويعيد ضخ طبقة الحدود ويسمح بزاوية هجومية أعلى قبل التوقف، وتشترك السلاطين في طائرات من فئة النقل والعديد من الطائرات النفاثة من الطائرات، كما تستخدم قطع ثابتة على بعض الطائرات الخفيفة، وإن كانت أكثر قابلية للانتقال.

Krueger Flaps

فلوحات كروغر هي لوحات تمتد من السطح السفلي للجنحة الرئيسية، وعندما يتم نشرها، فإنها تتجه نحو الانخفاض والمضي قدما، وتزيد بشكل فعال من كواشف الجناح وتؤخر الفصل، وهي أبسط وأبسط من الصفائح، ولكنها توفر تحسينا أقل نوعا ما في رفع الطائرات التي يكون فيها الوزن والتعقيد الميكانيكي مصدر قلق.

أجهزة أخرى ذات حرف عال

وتستخدم بعض الطائرات ذبابا حافة (السيمة إلى كروغر، ولكنها ترتعش من السطح العلوي)، أو نظم كاميرا متغيرة، أو مطاطا مفخخة (حيث يوجَّه الهواء المحركات فوق سطح المحركات للحفاظ على التدفق المرفق)، وهي أقل شيوعا، ولكنها يمكن أن تحقق مكاسب كبيرة في الأداء للعمليات المتخصصة، مثل الطائرات الصغيرة الحجم من البضائع الميدانية.

How High Lift Devices Improve Takeoff Performance

وخلال عملية الإقلاع، يتمثل الهدف الرئيسي في الإسراع بوتيرة يمكن أن تولد فيها الأجنحة ما يكفي من الرفع لدعم وزن الطائرة، ثم التسلق من المدرج بحواف كاف على سرعة التوقف، وتؤثر أجهزة رفع عالية تأثيرا مباشرا على جميع مراحل السحب الأرضية والتسلق الأولي.

خفض الإعفاء من الخدمة

The most immediate benefit of high lift devices is a shorter ground roll. By increasing the wing’s lift coefficient, the aircraft can become airborne at a lower true airspeed. because takeoff distance is proportional to the square of the takeoff speed, even a modest reduction in VR (rotation speedoff speed) and V

خطف أسفل

(أ) السرعة القصوى متناسبة مباشرة مع الجذر المربع لتحميل الأجنحة المقسمة على CLmax.

معدل المتسلق بعد الرفع

وفي حين أن أجهزة رفع عالية تزيد من جرها، فإن الأثر الصافي على سرعة التسلق المنخفضة يمكن أن يكون صالحا، ففي سرعة الرفع، تعمل الطائرة على نحو قريب من الحد الأقصى لنسبة الرفع إلى السحب بالنسبة لمحطة السحب، ويقل عنصر الجر الناتج عن ذلك لأن الجناح ينتج المصعد المطلوب بأقل من زاوية الهجوم، ويحقق العديد من الطائرات درجة أعلى من سرعة التسلق الأولية مع تحديد الضوضاء القصوى التي ترتفع إلى نقطة الإقلاع مقارنة بالعقبات القصوى.

مثال: آثار تحديد مواقع التصفيق على الإقلاع عن بعد

بالنظر إلى وجود طائرة خفيفة تعمل من ممر على ارتفاع 4000 قدم، وقد تصل المسافة المحسوبة إلى 200 4 قدم، تتجاوز طول المدرج، وبتختار 10 درجات من الذباب، تهبط سرعة التوقف بثماني عقدات، وتخفض سرعة الرفع تبعا لذلك، وتخفض مسافة السحب إلى نحو 400 3 قدم، في حدود المجرى، وهذا المثال يوضح سبب وجود وسائل نقل أساسية.

الاعتبارات التشغيلية لاستخدام الأجهزة العالية الارتفاع

وفي حين توفر أجهزة رفع عالية فوائد واضحة للأداء، يجب إدارة نشرها بعناية، ويجب أن يفهم الطيارون الإجراءات والقيود المرتبطة بها لضمان التشغيل الآمن.

إجراءات التمديد والانتقال

ويمكن أن تمتد الطلقات والقطع قبل أن يتم سحبها وتسحب بعد تحديد معدل التسلق الإيجابي، كما أن قوائم الطائرات المرجعية تحدد الاختراق الموصى به (مثلاً، الإصدار 5، الإصدار 10، الإصدار 15) على أساس الوزن، طول المسافة، والظروف البيئية، ويجب على الطيار التحقق من أن الأجهزة تنتشر بشكل متناظر وأن تُحدث إشارات التعبئة بشكل طبيعي.

العقوبات والتعويضات الترامية

ويزيد عدد أجهزة رفع المركبات من جرها أو سحبها، ويجب أن يُحسب هذا السحب الإضافي أثناء عملية السحب، وستتسارع الطائرة ببطء أكبر مقارنة بتشكيل نظيف، مما يتطلب عملية تدحرج أرضية أطول مما يمكن مع نفس دفعة المحرك إذا لم تكن هناك حاجة إلى رفع، ولكن الزيادة في المصعد أكثر من ثلاث مرات تعوض عن السحب الإضافي من حيث الحد من سرعة الرفع، وعندما يولد العرض الجوي، يجب على الطيار أن يُقرضية الضغط على الطائرة من أجل إحداث التحول.

الآثار على الوزن والتوازن

ويؤثر مركز الجاذبية للطائرات والوزن الإجمالي على فعالية أجهزة رفع عالية، ويزيد الفريق العامل من سلطة المصعد المطلوبة للتناوب، وقد يتطلب وضعاً أعلى لضمان التناوب بالسرعة الآمنة، وعلى العكس من ذلك، فإن ارتفاعاً في مستوى العجلات يقلل من هامش سلطة المصعد.

تقنيات الإقلاع الميداني القصيرة

(أ) العمليات التي تتم من خلال ممرات قصيرة جداً (مثلاً تحت الـ 000 3 قدم) تتطلب أسلوباً دقيقاً، ويمكن أن يستخدم الطيار إجراءً في حقول ميسرة أو في حقول قصيرة، وتتم مواءمة الطائرة مع خط المجرى المائي، وتُزال المكابح إلى أقصى حد قبل الإطلاق.

العوامل البيئية

ويقلل ارتفاع مرتفع ودرجة حرارة عالية ورطوبة عالية من كثافة الهواء وتوجه المحرك، ويزيد من المسافة إلى المسافات، وفي هذه الظروف، تصبح أجهزة رفع عالية أكثر أهمية، وينبغي أن تطبق الطيارات أقصى درجات الارتفاع المسموح بها التي لا تزال توفر درجة تسلق إيجابية بعد رفعها، كما أن منحدرات الهروب والريح تؤثر أيضا على أداء التصريف: حيث تخفض منحدر الطائرات أو تخفض من مسافات الرأس، وتشمل جداول العجلات.

جوانب تصميم الطائرات والتصديق عليها

وترمي نظم رفع عالية إلى تلبية متطلبات التصديق التي حددتها سلطات الطيران مثل القوات المسلحة الأنغولية (مثلاً، 14 من وحدات خفض الانبعاثات 25 بالنسبة لفئة النقل) ووكالة الطيران المدني الأوروبية (النظام الأساسي لتحديد الحد الأدنى من درجات التسلق التي لا تعمل بمحرك واحد (OEI) مع وجود حواجز في موقع الإقلاع، ويجب أن تثبت الطائرة أنه مع فشل المحرك الحرج في V(25) [الجهاز الرفع:])

ويحقق المصانعون أفضل البيئات المطاطية والبطيئة التوازن بين أداء الاقلاع والقدرة على التسلق والضوضاء، ويستخدم بعض الطائرات الحديثة تكنولوجيات أجنحة التكييف أو التصريف التي تختلط بدرجة عالية من الكفاءة في الرحلات، وعلى سبيل المثال، تستخدم الطائرة المرنة 787 Dreamliner مواقع متقدمة من الطوابع المتحركة وتقود على مراحل مثلى.

التدريب والارتقاء بالألفاظ الرائدة

ويتطلب التشغيل الآمن لأجهزة رفع عالية تدريبا أوليا ومتكررا، وينبغي أن تشمل دورات المبسطة سيناريوهات تحدث فيها فارق أو ازدحام في الرواسب أثناء الإقلاع، مما يرغم الطاقم على اتخاذ قرار بشأن رفض أو مواصلة ذلك، كما يجب على الطيارين أن يمارسوا عمليات نقل قصيرة ذات أجسام مختلفة من أجل استيعاب خصائص المناولة، ويرتبط استخدام أجهزة رفع عالية ارتباطا وثيقا بإجراءات التشغيل الموحدة للخطوط الجوية.

ففهم المبادئ المادية وراء أجهزة رفع عالية يساعد الطيارين على اتخاذ قرارات أفضل، فعلى سبيل المثال، إذا تعرضت طائرة لفشل في المحرك بعد أن تنفجر الطائرة (V)(1) ، ينبغي ألا يتراجع الطيار إلى أن يتم تحديد معدل إيجابي للتسلق وأن تكون الطائرة في ارتفاع آمن، وأن التراجع يخفض من سرعة الرفع وقد يتسبب في عودة الطائرة إلى الطريق أو الدخول إلى مكان غير مركب.

التطبيقات العالمية الحقيقية

أجهزة رفع عالية ليست فقط لخطوط جوية كبيرة. فالطائرات العامة، مثل سيسنا 172، كثيرا ما تكون ذات فتحة واحدة أو مفرقعة.

For further reading, the FAA regulations] provide detailed certification requirements for high lift systems. The Boeing Aero magazine] has published articles on the aerodynamics of high lift devices. Additionally, the NASA Technical Reports Server[Fimt studies:5]

خاتمة

إن أجهزة رفع عالية لا غنى عنها بالنسبة للطائرات التي يجب أن تعمل من المدرجات القصيرة، فبزيادة معامل رفع الجناح الأقصى، فإنها تقلل من مسافة الإقلاع، وتخفض سرعة التوقف، وتحسن الأداء الأولي للتسلق، غير أن الاستخدام الفعال يتطلب النظر بعناية في تحديد المنافذ، والوزن والتوازن، والظروف البيئية، والانضباط الإجرائي، ويجب على الطيارين ومصممي الطائرات أن يعملوا معا لضمان نشر نظم رفع عالية بشكل صحيح لتحقيق أقصى قدر من السلامة والكفاءة في البيئات المعقدة.