إن أداء الطائرات أثناء الإقلاع هو مرحلة حرجة من الطيران، تؤثر مباشرة على السلامة، والقدرة على تحميل الشحن، والاقتصادات التشغيلية، وعلى مدى العقود الماضية، فإن الابتكارات الهوائية - وخاصة التعديلات التي أدخلت على أجنحة الطائرات مثل الجنايات - تحولت كيفية انتقال الطائرات، وهذه التغييرات في التصميم تقلل من الجر، وتحسن خصائص الرفع، وتسمح للطائرات بأن تغادر مسارات أقصر مع تحميلات أثقل.

The Aerodynamics of Winglets and Wing Modifications

وفهما لطريقة تأثير تعديل الأجنحة على الإقلاع، يجب أولاً أن يستوعب المرء المبادئ الأيرودينامية عند العزف، وعندما تولد الطائرة، فإن الهواء العالي الضغط تحت الجناح يتدفق بطبيعة الحال حول الجناح نحو منطقة الضغط المنخفض أعلاه، مما يؤدي إلى ظهور دوابير متفرقة، وهذه الطوابق تمثل شكلاً من أشكال الارتفاع المستحث الذي يُفقد في الهواء بدلاً من استخدامها في المصعد الأمامي.

Winglets: Vertical or Angled extensions

وينغلزات سطحية أو مجهزة في الجناحين، وتستخرج تصميمها الطاقة من دودة الجناح، وتحوّل بعض التدفق التناوبي إلى عنصر دفعة للأمام، مما يقلل من كثافة الدوافع، ويقلل بالتالي من الجر الناتج بنسبة 3 في المائة إلى 8 في المائة تبعاً لتصميم معين وظروف التشغيل، وتشمل أنواع الجناحين المشتركة ما يلي:

  • Blended Winglets:] A smooth transition from the wing into a gently upward-curving tip, first popularized by the Boeing 737 next Generation.
  • Sharklets:] Airbus’s version of blended winglets, longer and more sculpted, used on the A320neo family. They improve takeoff performance by reducing drag while add minimal weight.
  • Split Scimitar Winglets:] An enhancement over earlier designs, incorporating both upper and lower elements for additional vortex disruption. Commonly retrofitted on 737-800s, they deliver fuel savings of 1.5% to 2% beyond standard winglets.
  • Raked Wingtips:] Extended, backward-swept tips used on the Boeing 787 and 777-300ER. rather than a sharp column fin, the wing is simply lengthened and swept, achieving similar drag reductions through a different mechanism-spanwise lift redistribution.

تعديلات أخرى على الأجور

وليست الرواسب الأدوات الهوائية الوحيدة المتاحة، كما أن التعديلات الأخرى تعزز أداء الإقلاع:

  • Leading-Edge Slats:] Extendable surfaces that increase wing camber and allow air flow to remain attached at higher angles of attack. On takeoff, slats are typically deployed to 10°-25°, raising maximum lift coefficient and lowering stall speed.
  • Trailing-Edge Flaps:] Fowler flaps, for instance, increase both wing area and camber. During takeoff, partial flap settings (e.g., 5°-15°) provide a lift boost without excessive drag, shortening ground roll.
  • Wing Fences:] Small capital surfaces running chordwise on the upper wing, preventing spanwise flow from migrating outward. Common on early Airbus A300/310 designs, they serve a similar function to winglets but with less complexity.
  • ]Vortex Generators:] Tiny vanes placed on the wing’s upper surface. They energize boundary layer air, delaying separation and ensuring higher lift margins at low speeds.

ويتفاعل كل تعديل مع تشكيلة الإقلاع، والنظارات، وتهيئة الطاقة من أجل تحقيق فوائد تراكمية، ولا سيما التلميح أثناء الجزء الأول من التسلق لأنها تحسن نسبة الرفع إلى الدراجة عبر نطاق واسع من زاوية التكتل.

تحديد كمية الأثر على الأداء المنفذ

ويقاس أداء عمليات السحب بعدة مقاييس رئيسية: مسافة السحب الأرضية، وسرعة الرفع، والوقت المعجل، ودرجة التدرج، وتؤثر الوابل والأجهزة الأيرودينامية المماثلة على هذه البارامترات أساسا من خلال التغييرات في معامل سحب الطائرات القطبي والحد الأقصى للمصعد.

خفض الدراجات المُستحثة

أما الأثر المباشر للجناح فهو انخفاض الجر المتعمد، فخلال الطوافات الأرضية، تتسارع الطائرة إلى سرعة رفعها بوزن مساوي للوزن، ويجب التغلب على دراغ بدافع المحرك، وإذا انخفض الجر المسبب، فإن الدفع الأكثر متاح للتسارع، ويخفض المسافة من خط التدحرج البري، والوقت اللازم للوصول إلى الطائرة VLO.

نسبة المحسنين من الحرف إلى الدراج

ويحسن معدل المصعد إلى الدراجة، لا سيما في السمات المنخفضة لسرعة الهواء التي تتسم بها الإقلاع، ويعني ارتفاع معدل السحب إلى درجة أعلى أن الطائرة يمكن أن تحقق درجة أعلى من الارتفاع بنفس الاتجاه، أما بالنسبة للمطارات التي تحيط بها عقبات أو مناطق مراعية للضوضاء، فإن ذلك يحسن مرونة العمليات.

أثر على ارتفاع الحد الأقصى للإقلاع

ويمكن تحويل القدرة على السحب المخفضة وتحسين التسلق إلى حدود أعلى من الحد الأقصى للشحنات الجوية، إذ يستخدم العديد من الخطوط الجوية أجنحة ليس فقط لإنقاذ الوقود بل لزيادة الحمولة على العمليات السريعة أو القصيرة الأجل، فعلى سبيل المثال، فإن إعادة تجهيز أجنحة الطائرات في مطار أ319 يسمح لها بالعمل من كيتو، إكوادور (الارتفاع 400 2 متر/900 7 لتر) مع زيادة في الحمولة تتراوح بين 000 2 و 000 3 كيلو.

Effects on Takeoff Noise

كما أن انخفاض معدلات الجر وارتفاع مستوى اللياقة/الد تترجم إلى انخفاض في احتياجات المحركات من أجل الإقلاع، ونظراً لأن ضوضاء محركات الطائرات ترتبط ارتباطاً وثيقاً بالدفع، كثيراً ما تنتج الطائرات المجهزة بالجناح مستويات ضوضاء مجتمعية أقل أثناء المغادرة، إذ أن 737 طائرة ذات أجنحة سيمطرية مقسمة، على سبيل المثال، تدل على انخفاض في البصمة الضوئية المخففة، مما يؤدي إلى الامتثال للأنظمة 4/5.

التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات الحالات الإفرادية

ولم تكن المطبوعات وتعديلات الأجنحة نظرياً - فقد شهدت اعتماداً واسع النطاق على نطاق واسع عبر الأسطول التجاري، كما أن ما يلي أمثلة ملحوظة لها فوائد قابلة للقياس في أداء الاقلاع.

737 أسرة

The Boeing 737NG introduced blended winglets as an option in the early 2000s. By 2010, nearly all new 737s were delivered with them, and retrofit programs gained steam. The 737-800 with blended winglets demonstrates a 4% reduction in block fuel, but the takeoff benefits are equally significant: at MTOW, the required runway length drops by about 5% to the winglet-led

Airbus A320neo Family

(أ) أن أسماك القرش التي تستخدمها الطائرات في أ320نيو أطول وأكثر صقلاً من تصميمات الجناح السابق، وعند الإقلاع، تنتج هذه القرش انخفاضاً بنسبة تتراوح بين 3.5 و4 في المائة في حروق الوقود وتحسيناً متناسباً في التدرج المتصاعد، وتسمح القرشات باستخدام مهارات الطول الحساس مثل مدينة لندن وفلورنس، إيطاليا، حيث تتطلب مستويات أعلى من مستوى.

Embraer E-Jet E2

(أ) تصاميم أجنحة متقدمة من طراز E175-E2 و E190-E2، مع صفائح كاملة وأجهزة متحركة تعمل بنفس الطريقة مع البقشيش المزدحم، وحقق الإبراهيد أفضل جناح للإقلاع والتسلق، وحقق تخفيضاً بنسبة 16 في المائة في الجر بالمقارنة مع السلسلة E1 السابقة، مما يعزز الأداء في مطارات ساخنة وعالية مثل دينفر ومدينة المكسيك(2).

إعادة تشكيل طائرة قديمة

ويمكن تركيب أجهزة إعادة توجيه الطائرات من طراز Winglet في كثير من الأنواع القديمة، وعلى سبيل المثال يمكن تركيبها بأجهزة أجنحة مدمجة من شركة " بويينغ " لشركاء الطيران، مما يؤدي إلى تخفيض المسافة بين 5 و 7 في المائة، وبالمثل، أعادت شركة Airbus A340 تشغيل محركات الجناحين لتحسين الإقلاع من الممرات القصيرة، وتبين هذه التعديلات التي أدخلت بعد السوق أن الفوائد من حيث التكلفة تتجاوز طريقة تصميم المصانع(و).

المنافع التشغيلية والنظر في المسائل الاقتصادية

ومن منظور شركات الطيران، تؤدي التحسينات في الأداء المخفف إلى تحقيق عائدات مالية ملموسة.

وفورات الوقود والانبعاثات

ويقلل انخفاض معدل السحب من استهلاك الوقود خلال مرحلة المغادرة، مما يمكن أن يُعزى إلى ما يصل إلى 5 في المائة من مجموع الوقود المتحرك على الطرق القصيرة الأجل، وعلى مدى سنة، قد ينقذ 737-800 000 2 دورة من الوقود النفاثة 000 50 لتر من الوقود، ويدل البحث الجوي NASA على أن وفورات الوقود التراكمية في الأسطول العالمي تبلغ 000 2 طن من الوقود.

استخدام الطرقات ومرور المطارات

فقصر المسافات في المسافات يمكن شركات الطيران من خدمة المطارات ذات الهياكل الأساسية المحدودة، فعلى سبيل المثال، لا يتجاوز مدرج مطار لندن 500 1 متر (900 4 متر)، وبدون أجنحة وأجهزة نقل عالية، لم يكن بوسع العديد من الطائرات النفاثة أن تعمل من LCY.

الصيانة والتقديم

وفي حين أن الطائرات التي تعمل بجناحها تقلل تكاليف الوقود، فإنها تضيف تعقيداً ووزناً هيكلياً، وتراوحت تكلفة تركيب طائرة مروحية على متن طائرة صغيرة من 000 500 دولار إلى 1.5 مليون دولار، غير أن فترات السداد من 18 إلى 36 شهراً شائعة بسبب وفورات الوقود، وتشمل اعتبارات الصيانة تفتيش ملحق الجناح من أجل الإضرار بالضربات التي تصيب البرقية وإصلاحها، وهي تكلفة باهظة.

التحديات والحدود

ولا توجد تعديلات على الأجور دون أن تتراجع، ويجب على المهندسين أن يوازنوا بين المكاسب الأيرودينامية وبين القيود الهيكلية والوزنية والتكاليف.

عقوبة مشددة

ويضيف كل جناح كتلة، بينما يزن جناح مختلط للألومنيوم ما بين 50 و70 كيلوغراماً لكل جانب، وفي 737-800، يضيف هذا إلى الوزن الفارغ حوالي 140 كيلوغراماً، بينما يتجاوز الحد الأقصى من السحب هذا أثناء الرحلة البحرية، يرتفع الوزن الزائد قليلاً في الأداء بسرعة منخفضة جداً بالقرب من المكبس، أما بالنسبة للعمليات المحدودة لثقوب الإقلاع، فإن زيادة الوزن الفارغ تقلل من القدرة على الدفع بمقدار صغير من المدخرات.

العقوبات الجوية غير المحددة

وتُحدَّد المنافذ على الوجه الأمثل لظروف الرحلات السياحية والتسلق النموذجية، وعند الإقلاع، مع نشر المنافذ والقطع، يمكن تخفيض فعاليتها بسبب تغير هيكل الدوافع، بل إن بعض التصميمات تُحدث عقوبة جر صغيرة في زوايا هجومية عالية جداً، غير أن أدوات السائل المحوسبة الحديثة قد قللت من هذه المصاعب.

تكاليف إعادة تقدير التكاليف

ويتطلب إصدار شهادات مكررة على طائرة موجودة في إطار جوي قائم اختبارات واسعة النطاق للرحلات الجوية وتحليلات هيكلية. ويمكن أن تكلف شهادات الطراز التكميلي للجناح عدة ملايين دولار، وهذا هو السبب في أن معظم التراجعات تركز على الأساطيل ذات الحجم المرتفع مثل سلسلة الـ 737 من كلاسيكية وسلسلة NG.

الابتكارات المستقبلية في تصميم الجناح

ومع دفعات الفضاء الجوي نحو انبعاثات صافية من الصفر، ستتطور تعديلات الجناحين إلى ما يتجاوز الخطوط الثابتة.

"وينغ تيتس"

وتميز الطائرة 777X التي تطوي أجنحة، مما يتيح مساحة قدرها 64.8 متر (213 قدما) في الطيران - ملاءمتها للكفاءة الهوائية - مع تخفيض البصمة المتوقفة لتلائم 50 مترا (165 قدما) وقد يؤدي الطول الأطول (الممتد) إلى الحد من الجر الناتج عن طريق الارتفاع بشكل ملحوظ، إلى تحسين مستوى التدرج وحرق الوقود بنسبة 7 في المائة مقارنة بمفهوم الـ 777-300.

الرقابة على تدفق المركبات

ويمكن أن تؤدي تكنولوجيات مثل الطائرات التركيبية ومحركات البلازما والمنافذ الدقيقة إلى تعديل دينامي لسلوك طبقة الحدود على الجناح، وأثناء الإقلاع، يمكن أن تؤخر النظم النشطة الفصل، مما يتيح للأجنحة الأصغر حجماً التي تقل جرها لتوليد نفس المصعد.

هياكل رائحية الدفن

وتهدف البحوث في المحاور الشكلية والجلد المرن إلى إيجاد أجنحة تغير الراقص واللوي في الطيران، ومن أجل الإقلاع، يمكن أن يزيد جناح المورفين من الراسب إلى أقصى حد ممكن دون الذباب والقطع التقليدية، مما يقلل من قطع الغيار والوزن المتحركة، وهذا يظل تجريبياً، ولكنه يعد بتحسينات في مجال التغيير التدريجي في الأداء المنخفض السرعة.

خاتمة

وقد أصبحت الجولات وما يتصل بها من تعديلات على الأجنحة أدوات لا غنى عنها لتحسين أداء الإقلاع، إذ إن خفض معدلات الجر المستحث، وتعزيز نسب الرفع إلى الدراجة، وإتاحة مزيد من الأوزان من الممرات القصيرة، وتسهم هذه السمات الهوائية إسهاما مباشرا في كفاءة العمليات وسلامتها، ومن خلال الخليط المختلط الذي يُستخدم في البوينغ 737 إلى مستويات متقدمة من مسافات الذروة في الأسر التي ترتفع فيها أجنحة.