تطور الوينغلتس: من الفضول إلى معيار الصناعة

وقد أصبحت الجولات - وهي صغيرة أو صعودية أو منخفضة الزاوية، التي وجدت في طرف العديد من أجنحة الطائرات الحديثة - واحدة من أكثر الابتكارات برودية في مجال الطيران التجاري وضوحاً وتأثيراً، وهي ليست مجرد طيور متطورة بل أجهزة مصممة بعناية تقلل مباشرة من الجر، وتحسن كفاءة الرفع، وتخفض حروق الوقود، وقد استكشفت هذه المواد في السبعينات من قبل شركة NASA aerody

إن عنوان الجيليات الأساسية هو جرّ مُستحث ]، شكل من أشكال المقاومة الأيرودينامية التي تنشأ حتماً عندما يُرفع الجناح، وبإدارة الطوابق العالية الطاقة التي تُسدّق من أطراف الجناح، فإن الطائرات تتيح لها الطيران بمزيد من الكفاءة، وقد أنقذت شركات الطيران بلايين الدولارات في تكاليف الوقود، وقطعت ملايين الأطنان من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

ما هي وينجلتس؟

ويُعد الجناح سطحا عموديا أو شبه منحرفي ملحقا بقلم جناح طائرة، ويمكن أن يمتد إلى أعلى (كما هو الحال بالنسبة لمعظم الخطوط الجوية)، أو إلى الأسفل (مثل بعض طائرات الشحن)، أو إلى أعلى وإلى أسفل في تصميم مقسم، ويعمل الجناح من خلال إعادة توجيه التدفق الجوي إلى الجناح، مما يؤدي إلى تيسير انتقال الضغط بين منطقة الضغط المرتفعة أسفل الجناح والمنطقة المنخفضة الضغط فوقه.

ومن وجهة نظر هيكلية، تضيف الجنايات كمية صغيرة من الوزن والتعقيد، ولكن الدفع الجوي كبير، ففي طائرة عادية من طراز 150 إلى متنقلة، يمكن للجناح المصمم جيدا أن يقلل من مجموع الجر من خلال 3-5 أثناء الرحلة البحرية، مما يترجم إلى توفير الوقود لتصل إلى نسبة مئوية كبيرة من إلى 3.5 في المائة.

ولم تكن النوافذ فكرة جديدة، إذ عادت التجارب إلى العشرينات، ولكن كان يتعين على التطبيق العملي انتظار التقدم في مجال علوم المواد وديناميات السوائل الحاسوبية، وكانت اختبارات طيران ناسا التي أجريت في الثمانينات على KC135 Stratotanker قد قامت بأول عملية تحقق من قيمة المنافع التي تحققت في العالم الحقيقي، وهي 720 بعد ذلك بفترة وجيزة

كيف ستخفض (وينجلز)

ولفهم سبب عمل الطائرات، يجب أن نفهم أولاً ] دودة الطائرات . وعندما تنتقل الطائرة عبر الهواء، فإن الفرق في الضغط بين أسطح الجناح الأعلى والأدنى يسبب الهواء للتدفق حول الجناح من منطقة الضغط العالية (أعلى) إلى منطقة الضغط المنخفض (أعلى من ذلك).

Vortex Formation and Induced Drag]
These vortices contain kinetic energy that is effectively wasted. The energy required to create them is extracted from the forward motion of the aircraft, manifesting as an additional drag component called In dragmicly drag.[4]

ويتصرف الرواسب كعائق أمام التدفق المتقاطع في الجناح، إذ يرغم الدوافع على البدء من جديد أو بنشرها على منطقة أكبر، ويقلل الجناح من كثافة الدوافع ويعيد توجيه طاقتها، وينتج عن ذلك إيقاظ أقل وأقل جراً، ويماثل ذلك وضع سياج في نهاية الرف لوقف الانسكابات الجسمية.

ويحقق هذا في مختلف أنواع الجيولوجيا المتحركة بطرق مختلفة اختلافا طفيفا. أما الجناح المزج ] (النوع الأكثر شيوعا) فيتم رفعه وخارجه بسلاسة، مما يؤدي إلى انتقال تدريجي ينشر دوامة على مسافة أطول.

تحسين الكفاءة في الرفع

وفي حين أن تخفيض الجر هو الاستحقاق الأولي، فإن الطائرتين تحسنان أيضاً نسبة إلى السحب ] (L/D). ويعني ارتفاع درجة حرارة الطائرات أن تولد نفس كمية الرفع مع انخفاض في الدفع، مما يؤدي إلى تحسين كفاءة الوقود وتوسيع النطاق، وتسهم الرواسب في زيادة سرعة السحب إلى أعلى من سرعة الرفع على الجناح.

This effect is especially valuable during departure and climb. When an aircraft is heavy and jumping out of a hotand-high airport, the L/D improvement from winglets can be critical. For example, the Boeing 737 MAX with its advanced winglet design (the Advanced Technology Winglet) achieves a L/D improvement of about [1.

كما تحسنت الجرعات أداء المكعب . ونظراً لأن الجناح ينتج رفعاً أكثر فعالية لكل وحدة من وحدات الجر، فإن الطائرة يمكن أن تصل إلى ارتفاعها الحاد بسرعة، مع احتراق الوقود بدرجة أقل في الجزء المتعلق بالتسلق. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للأجنحة أن تعزز [(FLT:2]]) استقرار الكميات عن طريق توفير تأثير تناقصي على الاستحقاق الثانوي.

أنواع وينغلتس في الخدمة اليوم

Winglets Blended

أول تصميم للجناح المعتمد على نطاق واسع على الطائرات التجارية: تقدمت به شركاء التطهير بوينغ ] (APB) في أواخر التسعينات، وتشهد أجنحة مزودة تحولا سلسا وحاصلا من الجناح إلى الزند الرأسي، وهي معيار على نطاق بوينتنغ 737NG (باستثناء مجموعة الـ 500)،

Split Scimitar Winglets

ويضيف جناح سبيت - سيميتار، الذي تطور التصميم المختلط، سطحا ثانويا منخفضا تحت الجناح، بالإضافة إلى الطرف الصعودي الرئيسي، ويزيد هذا الترتيب من الحد من الجر الذي يسببه التحكم في دوامة الطراز من كل من أعلاه وما دونه، ويعرض جناح سليفيت سيميتار على شكل مكرر للنماذج البوليكس - ٧٣٧ نيغاغرام، ويصبح معيارا.

مسلسل "وينج تيس"

كما أن طائرة ذات أجنحة متحركة ليست زهيدة بل امتدادا للجنحة نفسها، وهي تعمل على نحو مماثل على متن طائرة متجهة نحو الطائرتين A350، وهي تعمل على تحسين كفاءة الجناحين على مدى السرعة القصوى 3 في المائة، وهي تعمل أيضا على تحسين مستوى أعلى من مستوى أعلى من مستوى أعلى.

وينغتيب) المُبتدئ) (وينجتيب فينس)

ويستخدم الطائرون جناحاً أصغر حجماً شبيهاً بالسياج في أسرة A320 () شاركلي ]) وA380، وهو صخرة عمودية ملتوية مع ميل طفيف من العضلات يقلل من الجر بحوالي 3.5 في المائة، وهي عنصر أقصر وأرخص من عنصر مختلط الجناحين، ولكنها لا تزال توفر مدخرات وقودية ذات معنى.

S — S —Shaped or Curved Winglets

وتشتمل بعض تصميمات الطائرات الجديدة على أجنحة مع مسح مسموع للأمام أو بالعكس، ويوصف أحياناً بأنها " متشابكة " عندما ينظر إليها من أعلاه، وتستعمل طائرات الـ () ذات طراز MX() ذات أجنحة مُنَزة، على سبيل المثال، ويزيد هذا التكوين الجغرافي من تعظيم توزيع الرفع ويخفض قوة الرافعات([Fvortex.

ما بعد وفورات الوقود: فوائد إضافية

وفي حين أن وفورات الوقود هي الفائدة الرئيسية، فإن المناشير توفر عدة مزايا أخرى تجعلها جذابة للخطوط الجوية والمصنعين.

  • Reduced motor wear and noise.] By lowering the push required, winglets reduce the stress on motors, extending time on wing between overhauls. Additionally, the weakened vortex wake reduces the noise footprint in airport communities, especially on approach.
  • Lower carbon emissions.] Every gallon of jet fuel save prevents roughly 21 pound of CO2 from entering the atmosphere. A typical 737 with winglets can cut annual CO2 emissions by hundreds of tons per aircraft ](Boeing Aero Magazine).
  • Increased range or payload capacity.] because the aircraft burns less fuel for a given distance, it can either fly further on the same fuel load or carry more payload to the same destination. This is especially valuable for operations from short runways or in hot climates where performance is limited.
  • Improved resale value.] Aircraft equipped with winglets are often more desirable on the secondary market because they offer a quick return on investment through lower fuel costs (Cirium).
  • Enhanced handling qualities.] Many pilots report that winglets improve roll damping and reduce adverse yaw, though the effect is subtle on modern flyby —-wire aircraft.

التحديات والمنافع التجارية

فالنوافذ ليست غذاء مجاني، بل تضيف وزنا )من زهاء ١٥٠ إلى ٤٠٠ جنيه لكل زوج على هيئة ضيقة(، وتعزيز هيكلي، وتكاليف أولية، ولا يحدث الدفع إلا إذا تجاوز تخفيض الجرعة عقوبة الوزن، التي عادة ما تُفرض على الطائرات التي تستخدم استخداما عاليا، ولكن على الطرق القصيرة جدا )مع العديد من عمليات الإقلاع والتسلق(، فإن الفوائد تتقلص لأن الجناح توفر أكبر تخفيض خلال الرحلات البحرية، وليس أثناء العمليات البرية.

وعلاوة على ذلك، يمكن للجناح أن تزيد من إجمالي مساحة الجناحين، الذي قد يتجاوز أبعاد موقف السيارات في بعض المطارات (المثال الكلاسيكي هو 747 - 400 الذي كان يطوي أجنحة لتلائم البوابات القائمة)، كما أنها تزيد من تعقيدها في إزالة الألغام خلال عمليات الشتاء ويمكن أن يكون عرضة للتأثير على الأضرار الناجمة عن المعدات الأرضية، وعلى الرغم من هذه المبادلات، فإن صافي الفوائد الاقتصادية والبيئية قد تم تبنيها على نحو قريب من الوراث.

مستقبل تصميم الجناح

ومع دفع مصممي الطائرات إلى انخفاض استهلاك الوقود، لا تزال تتطور، وهناك عدة مفاهيم واعدة في الأفق:

  1. Active or morphing wingtips.] These would change shape or rotate in flight to optimize efficiency at different phases (e.g., extended for cruise, retracted for taxi and landing). NASA and several universities are testing prototype active winglets that could reduce drag by an additional 2–3%.
  2. Wingtip —mounted motors.] Placing motors at the wingtip can further reduce induced drag by injecting high-velocity exhaust into the vortex, effectively repealing it. This was tested on the NASA Advanced Transport (AT) challenges remain, but noise and integration.
  3. Longer, lighter composites.] With carbon —fiber wings becoming standard (Boeing 787, A350), designers can incorporate longer raked tips without a weight penalty, potentially making discrete wingspan unnecessary. The 787’span is already one of the largest in its class, with a brlet raked benefits that provides most of.
  4. UAV and electric aircraft.] For smaller unmanned aerial vehicles and electric air taxis, winglets will be critical to maximize range on limited battery energy. Several eVTOL designs use highly curved, sail-also winglets.

وفي الوقت نفسه، لا تزال إعادة تشغيل الطائرات القديمة التي تحتوي على تصميمات جديدة للموجات تعمل على ازدهار، ولا يزال شركاء الطيران بوينغ يطورون مجموعات من الطائرات القديمة، ويقدم حاملو هذه الطائرات (شهادة من النوع الإضافي) كتيبات للأجنحة نماذج مثل مجرى الخليج الرابع، و737 صفا، وحتى ماكدونيل دوغلاس MD -80 (الناسا) - الكتيبات

خاتمة

فالنوافذ هي تكنولوجيا مثبتة وناضجة تحقق وفورات حقيقية في الوقود والانبعاثات وتكاليف التشغيل، ومن التصاميم المختلطة في وقت مبكر في التسعينات إلى الشعارات المجزأة والمزدوجة التي تقسم اليوم، فإن تطور أجهزة الهاتف يعكس سعي صناعة الطيران دون هوادة لتحقيق الكفاءة، وفي كثير من الأحيان، فإن الاستثمار في البصمات الأجنحة (سواء على طائرات جديدة أو على أجنحة متجددة)

مع أن تصميمات الجناح أصبحت أكثر تطوراً وربما حتى نشطة في العقد القادم، فإن المكاسب المثيرة للإعجاب ستستمر في النمو، في المرة القادمة التي تنظر فيها من نافذة شركة طيران وترى تلك الزعنفة العمودية الصغيرة في الجناح، يمكنك أن تقدر عقود البحث والهندسة الهوائية التي دخلت في جعل رحلتك أكثر خضراء قليلاً.


Sources and further reading:]
[FLT:]
NASA - Winglets
Boeing Aero Magazine - Winglets