Table of Contents

مقدمة إلى تصميم صفيق في الجيتس العسكرية

الطائرات العسكرية هي من بين أكثر الطائرات تقدماً التي تُعد بسرعة قصوى، ودرجة عالية من المناورة، ومتطلبات كفاءة الوقود الصارمة، أحد النظم الفرعية الرئيسية التي تؤثر مباشرة على هذه البارامترات هو نظام الإصطدامات في الجناحين، وأجهزة الإضاءة في أسطح متحركة متحركة مثبتة على حافة (وبعضها يُحدّدُ)

أساسيات الطائرات المتحركة والملاحة الجوية

ولفهم أثر تصميم المزلاج على سرعة استهلاك الوقود، من الضروري أولاً استعراض المبادئ الأساسية للملاحة الجوية، ويولد الجناح رفعاً نتيجة لتدهور تدفق الهواء، ويتناسب حجم المصعد مع مربع سرعة الهواء، ومنطقة الجناح، ومعامل الرفع (التصميمات ذات الرفع المنخفض التي غالباً ما تكون مصحوبة بـ " خط العرض " ).

كما أن المصابيح تؤثر على زاوية الهجوم في المكبس، مع إطفاء الذباب، يمكن للجناح أن يحقق زاوية أعلى من الهجوم قبل التماطل، مما يحسن السلامة أثناء الطيران البطيء، بالنسبة للطائرات الخارقة، يجب أن يكون قياس الأرض متوافقاً مع نظم التدفق عبر الصوتي والسطحية، حيث يمكن لتشكيل الصدمة أن يغير توزيع الضغط بشكل جذري، الإدارة الدقيقة لهذه المبادلات الجوية العسكرية

أنواع تصميمات الطائر

وتوجد أشكال متعددة من الطوابق، يقدم كل منها مزايا هرمية وهيكلية متميزة، وفيما يلي أكثر الأنواع شيوعا الموجودة على الطائرات العسكرية:

Plain Flaps

فلوحات الرفوف الصغيرة هي لوحات مائلة بسيطة تتحول إلى أسفل من الحافة المتاخمة، وهي تزيد من الكامبر والرفع ولكنها تؤدي أيضا إلى جر كبير، ولا سيما إلى الانكماشات الكبيرة، ونظرا لتدني تعقيدها ووزنها الخفيف، تستخدم المزلاجات السهلة أحيانا على المدربين العسكريين الأصغر أو الأكبر سنا، غير أن ضعف نسبة رفعها إلى السحب أثناء التمديد يجعلها أقل ملاءمة للمقاتلين ذوي الأداء العالي الذي يتطلب الحد الأدنى من العقوبة لكفاءة.

Slotted Flaps

وتشمل الطوافات الملوّثة فجوة بين الرف والجنحة عند نشرها، ويزيد الهواء عالي الطاقة من تحت الجناح من خلال هذا الطوق وينشط طبقة الحدود على السطح العلوي من المزلاج، ويؤخر الفصل ويسمح بمعاملات رفع أعلى من المزلاجات السهلة، ويحسن هذا التصميم رفعه دون زيادة كبيرة في الجر، مما يجعله مفيدا للطائرات التي تحمل على متن ناقلات والتي تحتاج إلى سلاسل سريعة.

Fowler Flaps

ويجمع رفلر التناوب إلى أسفل مع الترجمة إلى الخلف، ويزيد بشكل فعال من مساحة الجناحين والقطع، وينتج عن ذلك زيادة كبيرة في رفع الطائرة بعقوبة جر متوسطة نسبيا، وعند سحبها، يقوم فاولر بتبسيط الجناح الخاص بالطيران ذي السرعة العالية، ويستخدم على نطاق واسع على متن طائرات نقل، وكذلك على بعض الطائرات العسكرية الكبيرة مثل طائرة فلوبيماستر الثالث من طراز C-17 Globemaster.35

Krueger Flaps

(كروجر) يُستخدم في أغلب الأحيان في مُمرات مُتقطعة من أجنحةٍ متدنية، ويُزيد من الكامبر ويؤخر فصل التدفق الجوي في زوايا هجومية عالية، وغالباً ما يُستخدمون في مُزجات مُتقطعة، لتوفير قدرة عالية المُتَوَقَة على سرعة منخفضة، ويستخدم الـ (إف-18) (كروغر) في حوافات الأمامية على حوافات

Leading Edge Slats and Flaperons

وفي حين أن " النكهات " بالمعنى التقليدي، فإن النكبات واللوحات (المجمعة على سطح الزعنفة) تؤدي وظائف مماثلة، وتمتد هذه النوافذ من الطرف الرائد لتحسين خصائص المكسو، بينما يمكن للزجاجات أن ترتدى بشكل غير متجانس لتعمل كبشات وكميات متماثلة للسيطرة على الطيران المتدفق.

أثر تصميم الطائرات على سرعة الطائرات

السرعة هي مواصفات حرجة للطائرات العسكرية سواء لأغراض الاعتراض أو التفوق الجوي أو الهروب من التهديدات، ويؤثر تصميم الطوق على السرعة في نظامين رئيسيين هما: التحليق المنخفض السرعة وارتفاع السرعة.

الأداء المنخفض السرعة

وخلال عمليات التصفية والهبوط، تم توسيع نطاق المنافذ لتوليد ارتفاع في سرعة الهواء المنخفضة الإشارة، حيث يحدد تصميم نظام الشعلة الحد الأدنى للسرعة التي يمكن أن تصبح بها الطائرة محملة جوا أو مهبطا، ولا بد من أن يؤدي نظام القفز المصمم جيدا إلى الحد من سرعة النهج بعد عدة عقدات، مما لا يؤدي إلى تحسين السلامة فحسب بل يؤدي أيضا إلى خفض طول الطوابق المطلوبة.

رحلة سريعة وسوبسونية

بعد أن تسحب الطائرات العسكرية من الجو إلى أدنى حد ممكن لتسرع وتسرع وتسرع عالياً، في سرعة عالية من دون الصوت وفوق الصوتية، وجود حتى البروتات الصغيرة أو الثغرات يمكن أن يخلق عقوبات جرّية مسببة للصدمات، لذا يجب تصميم نظم الارتجاج على القفز ضد الجناح عند السحب، والوصل بين الرف والهيكل الجناحين يجب أن يكون سلساً من الناحية الجوية 35

وفي سرعات عابرة )الطائرة ٨-١-٢(، تتغير عمليات توزيع الضغط على الأجنحة تغيرا كبيرا، ويمكن أن تؤدي الشعلات التي يتم نشرها بصورة طفيفة )للثلاثة أو المناورات( إلى زيادة موجات الصدمة التي تزيد من جرها، كما أن النظم الحديثة التي تعمل بالطيران على الحد تلقائيا من الانزلاق في أعداد كبيرة من الماكات لمنع الحمل الهيكلي المفرط والسحب المفرط، وهذا الجدول التلقائي يضمن أن تتمكن الطائرة من تحقيق أقصى سرعة للهروب من القذائف.

التأثير على استهلاك الوقود

ويرتبط استهلاك الوقود ارتباطا مباشرا بتدفق وقود المحركات وكفاءة استخدام الطاقة الهوائية، وبالنسبة لأية نقطة ضغط معينة، يعني ارتفاع معدل السحب ارتفاع تدفق الوقود للحفاظ على السرعة، ويؤثر تصميم الطوق في استهلاك الوقود أساسا من خلال عقوبة الجر التي تُفرض خلال التشكيلات الموسعة والمعادلة على السواء.

عقوبات على أجهزة إطفاء

وأثناء الإقلاع والتسلق، عادة ما تُحدد المنافذ إلى زاوية معتدلة (مثل 10-20 درجة) لتوفير مصعد إضافي دون سحب مفرط، ولكن سحب المنافذ من تمديد المنافذ يضيف ما يقرب من 15 إلى 30 في المائة إلى مجموع جر الطائرة خلال التسلق الأولي، وهذا يزيد من حروق الوقود لكل ميل بحري، وهذه العقوبة مقبولة بالنسبة للبعثات القصيرة المدى، ولكن بالنسبة للفترات الزمنية الطويلة الأجل،

دراج في كروز

وفي مرحلة الرحلة، تُسحب الطوافات بالكامل، ولا يزال تصميم نظام النكهة مهماً لأن أي مخالفات سطحية أو تسرب للهواء من خلال التلال المشتعلة يمكن أن يزيد من جر الاحتكاك، وتستخدم الطائرات الحربية مسارات مشتعلة ومعارض محكمة للحد من السحب الطفيلي، وتُدرج بعض التصميمات المتقدمة، مثل مفهوم " بوينغ X-32 " (وعد عدم اعتماده) في تكييف مسارات سلسة للتكييف

موجزات البعثات وكفاءة الوقود

كما أن الطريقة التي يُستخدم بها نظام تجريبي لنشر الوقود تؤثر أيضا على استهلاك الوقود، مثلا، استخدام نظام أعلى للهبوط (مثلا، 30 درجة مقابل 20 درجة) يزيد من الجر، وقد يتطلب نهجا أكثر حزما، ولكنه يمكن أن يقلل من قوة المحرك اللازمة للحفاظ على المنحدرات، مما يقلل من حروق الوقود في المنطقة الطرفية، وعلى العكس من ذلك، يستخدم الكثير من الارتفاع في نفايات السيناريوهات العالية.

اعتبارات التصميم لتحقيق الاستخدام الأمثل لنظم القفز

ويواجه المهندسون مجموعة من المبادلات عند تصميم مغازلات الطائرات العسكرية، والعوامل التالية هي من أهم العوامل:

القوة المادية وال الوزن

ويجب أن تتحمل أجهزة الإطفاء الحمولات الهوائية التي يمكن أن تتجاوز ٢-٣ أضعاف الحمولات الثابتة أثناء المناورات العالية الكيلوغرامات، أما المواد مثل سبائك الألمنيوم، والتيتانيوم، والمركبات المحررة بالكربون فتنخفض الإضاءة من وزن الطائرات عموما، مما يحسن كفاءة الوقود ويتيح قدرة أكبر على الدفع، غير أن هياكل الوزن الخفيف تتطلب قدراً كافياً من التحلل لتجنب حدوث الفلور(أ)

سرعة الانتشار وإمكانية الاعتماد

ويجب أن توزع المنافذ العسكرية بسرعة في غضون ثوان قليلة للسماح بتغييرات التشكيل السريع أثناء المناورات القتالية أو الطارئة، وتتراوح نظم الاختراع بين الأسطوانات الهيدروليكية والمحاضرات الكهروميكانيكية، وتوفر النظم الهيدروليكية كثافة عالية في الطاقة، ولكنها تتطلب سباكاً معقداً، وتخفض نظم الترميم في مجال التحلل الحراري، ولكن يجب أن تصمم لزيادة الحمولة.

التقليل إلى أدنى حد من داء الأيرودينامي

وبالإضافة إلى الصورة الأساسية للتشهير، يعمل المهندسون على الحد من السحب الطفيلي عن طريق إزالة الثغرات، واستخدام المكافآت على المسارات المتحركة، وضمان الانتقال السلس بين الجلد المشتعل والجنح، وبعض التصميمات تتضمن ختماً مشتعلة تسد الفجوة بين الرف والجناح عند التراجع، وزيادة الحد من السحب، وفي السرعة الخارقة، يمكن للمنطقة القريبة من خط التلال المشتعل أن تولد موجات الصدمة إذا لم يكن ملائماً.

مقارنة مع الرحلة الجوية العالية السرعة وسرقة

وتحتاج الجيل الخامس من المقاتلين مثل F-22 و F-35 إلى رفوف لا تضر بالسرقة، كما أن الحواف القارعة، والفجوات الكبيرة، أو التأملات من الخلايا المتحركة يمكن أن تزيد من التقاطع الراداري، وفي هذه الطائرات، تُرفع الحواف المشتعلة أو تغطى بمواد رادارية - مُضافا إليها أن المزلاجات يجب أن تحافظ على شكلها ومواءها عند درجة حرارة عالية (تة إلى سرعة حرارة)

التكامل مع قوانين مراقبة الطيران حسب المناطق

وتستخدم الطائرات العسكرية الحديثة نظماً رقمية لمراقبة الطيران تضبط تلقائياً ظروفاً مشتعلة من أجل الأداء الأمثل، وتضع قوانين الرقابة جدولاً زمنياً لفك الشباك كوظيفة من وظائف الماك وزاوية الهجوم والوزن، فعلى سبيل المثال، يمكن للنظام، أثناء فترة تحول عالية، أن يقلل بشكل متماثل من كلا النكهةين لزيادة سرعة الرفع والحد من سرعة التماشي، مما يتيح للطائرة الرائدة أداء أفضل.

تكنولوجيات التدفق المتقدمة والاتجاهات المستقبلية

ومع أن الطيران العسكري يدفع نحو سرعة أعلى وزيادة الكفاءة، يقوم الباحثون بوضع مفاهيم جديدة للثغرات يمكن أن تحل محل الأسطح المشرقة التقليدية، وتشمل بعض التكنولوجيات الأكثر واعدة ما يلي:

أجهزة الاستيعاب والاختطاف

وتتغير ملامح الارتحال في شكل الرحلات الجوية باستخدام مواد ذكية (مثلاً، تشكيل مسارات الذاكرة، أو محركات الفطائر المتطورة) أو آليات متوافقة، وبدلاً من أن تكون هذه السلاسل ذات النطاق المتميز أو المشرق، يمكن أن تنحني الطرف بأكمله بشكل سلس، وأن تُفضي إلى الحد الأقصى من الكميبر لكل حالة طيران، وقد قامت وكالة مشاريع البحوث المتقدمة للدفاع بتمويل مشاريع استكشاف أفضل " مصعد إلى آخر " .

أجهزة الحاسب المستمر

وفي نظام متغير لرفوف الكامبر، تكون السطح العلوي والأدنى من الطرف المركب مرنا، ويغير المُلَكِّن الداخليون منحنى الشوربة، وهذا النهج يسمح للجهة بأن تحافظ على تدفق حراري على جزء أكبر من السطح، مما يقلل من جر الاحتكاك، وبالنسبة للطائرات العسكرية التي تمضي وقتا طويلا في رحلات جوية سطحية (مثلا، فإن وجود طائرات إضرابية عالية السرعة في المستقبل) قد يقلل بدرجة كبيرة من حجما.

تصميمات الطائر/الآلرون

تصميمات المقاتلين في المستقبل قد تزيل المنافذ والمزمار بشكل كامل بدلا من استخدام سطح واحد متطور قادر على التصفير والتشويش اللامعي

دراسات حالة عن نظم الطائرات الحربية

ويوضح بحث أمثلة العالم الحقيقي كيف تؤثر خيارات التصميم المرن على قياسات الأداء.

F-16 Fighting Falcon

إنّ الـ (إف 16) تستخدم نظاماً مُتطوّراً مُتطوّراً، يتكون من مُزجّات مُحدّدة، عندما يقترن بـ (الذبابات) المُرتفعة،

F-22 Raptor

المقاتلون الـ "إف - 22" يستخدمون النكهة على حافة المسافات و المحركات الأمامية على كلا الجناحين والمثبتات الأفقية هذه الأسطح مدمجة بشكل لا يطاق في الحاسب الجوي للحفاظ على السرقات، و يمكن للزجاج أن يعمل كبش خلال الإقلاع والهبوط، و أيضاً يقوموا بضبط مُدلل في الرحلة العالية السرعة، قوانين التحكم في الـ "ف - 22" متطورة جداً

F-35 Lightning II

و الـ "إف-35" تُميز مزيجاً من الـ "فليبر" و "الطائرات المُتدلّلة" و "الطائرات" المُصمّمة لكل من الإرتفاع والسرقة، و "إف-35" تُضمّن مروحة و "نواة خلفية" تدور، لكنّ أجنحتها ضرورية لتوليد ما يكفي من المُرفعات الرأسية.

B-2 روح (Stealth Bomber)

وعلى الرغم من أن المقاتل B-2 يستخدم مقطورة فريدة من نوعها " الماشية " مع عدة أعاليال تعمل كبش فداء ومصاعد ومزمار، وتتكون هذه الأسطح من مواد مركبة، وتصمم للحفاظ على شكل كثيف للرحلات السياحية باستمرار مع توفير السلطة اللازمة، ولا يكون للجهاز B-2 تأثير على التحلل العالي؛

موجز العوامل الرئيسية التي تؤثر في سرعة استهلاك الوقود

  • Flap type and deployment schedule:] Fowler flaps provide high lift with low drag but add weight; slotted flaps offer a good compromise for fighters; Krueger flaps improve low-speed lift on the leading edge.
  • Drag reduction at cruise:] Retracted flap design must minimize gaps, hinge fairings, and surface discontinuities to avoid drag increments that increase fuel burning.
  • ] التعجيل والسرعة القصوى: ] While flaps are retracted during high-speed flight, the flap system's ability to stay flush and the control laws that prevent unwanted deployment at high Mach directly affect maximum speed.
  • Thermal and structural constraints:] Flaps on supersonic aircraft must withstand high temperatures; materials like titanium and advanced composites help, but they add to cost and weight.
  • Stealth considerations:] Flap edges and gaps must be treated to reduce radio signature, which can conflict with aerodynamic optimization.
  • Fly-by-wire integration:] Automated scheduling of flaps improves performance without increasing pilot workload, but the software must be carefully tuned to avoid excessive drag.

المراجع الخارجية المتعلقة بمزيد من القراءة

وفيما يتعلق بالقراء المهتمين بمزيد من التفاصيل التقنية، توفر الموارد التالية معلومات موثوقة عن الديناميكية الهوائية المشتعلة وتصميم الطائرات الحربية:

وتغطي هذه المراجع كلا من المبادئ الأساسية للملاحة الجوية وآخر الابتكارات في تصميم المجازر للتطبيقات العسكرية.

خاتمة

إن نظام الطوافات في طائرة عسكرية هو عنصر مصمم بدرجة عالية ويؤثر تأثيرا مباشرا على سرعة واستهلاك الوقود في جميع مظروف الرحلات الجوية، ومن اختيار نوع المزلاج (المنخفض، والمنخفض، والفولر، والكروبورون، أو اللافبرون) يؤدي إلى اختيار المواد، والاختراع، ودمج الطوابع، ويشتمل كل قرار على تحقيق التوازن بين التصميمات الأساسية للرفع والجرعة والوزن والكلفة.