اعتبارات تصميم الأطفاء في الطائرات العاملة في ظروف الطقس القصوى

المرجع التنفيذي لنظم القفز الموثوق بها

ومن بين أكثر المحركات ميكانيكياً وشديداً على سطح التحكم بالرحلات الجوية، يجب أن تنتج عن ذلك زيادات يمكن التنبؤ بها في المصعد والسحب، مع وجود إضرابات في البرق، وآثار في درجة الحرارة من - 60 درجة مئوية على ارتفاع + 50 درجة مئوية على الأسطوانات الصحراوية، وتعرّض مباشرة لهوامش التصفيق والثلج والرملي والبركاني.

الأخطار البيئية على الأداء الطائر

فيزياء الجليد على سطح الطائر

تراكم الثلج على المزلاجات يغير بشكل أساسي شكل الهواء ويزيد من تقريب السطح ويزيد الكتلة التي يمكن أن تزيل سطح السيطرة من التوازن

Snow and Slush Ingestion Hazards

وعندما تستقل سيارة أجرة أو تهبط على مجرى مغطى بالثلج، فإن نظام الشعلة معرض لابتلاع الثلج المدمج والزلاجات، ويمكن لهذه المواد أن تحزم في مسارات السحب، وأنبوب الحرق، وقضبان السحب، وعندما تُعلق، تتجمد في كتل صلبة تمنع الانتشار الكامل أو التراجع.

الرياح وبطولة الترسب

فالعمل في ظروف عاصفة يمتد إلى أحمال هروبية شديدة ومتفاوتة بسرعة، ويمكن أن تؤدي التداخلات القوية، والواجهات الضارية، والاضطرابات التي تلت ذلك إلى قفزات على فترات زمنية ممتدة تتجاوز الحدود العادية للتصميم، ويجب أن تكون الملجأات قوية بما يكفي للسيطرة على هذه الحمولات دون صعوبات في القيادة، ويجب أن تكون الضوضاء الهيكلية متجاوزة في حالات الاكتشاف السريع.

الاعتبارات الأساسية للتصميم في البيئات القصوى

اختيار المواد للجهة المنخفضة القدرة على العمل

ويخضع اختيار المواد اللازمة لسد النكهة والأضلاع والتتبعات والمصابيح للاحتلال للحاجة إلى الاحتفاظ بقوّة الصعق والكسر عند درجات الحرارة المنخفضة - 65 درجة مئوية.

تكامل نظم مكافحة الإشعال وإبطال مفعوله

ويتطلب حماية النكبات من تسارع الجليد إما منع الجليد من تكوينه (التكسير بالقطع) أو إزالة الجليد بعد أن يُشكّل (التلقيح بالأشعة) - وتجمع أكثر النظم قوة بين النهجين معا.

Electro-Thermal Anti-Icing for Flap Leading Edges

وتُنتج من خلال هذه العمليات، التي تُستخدم عادةً في سلاسل التدفئة المقاومة المتجسدة في الجلد المزدحم أو في بطانات مسخنة منفصلة متصلة بالهيكل، درجة حرارة سطحية أعلى من التجمد لمنع الجليد، وتُصمم هذه النظم للعمل تلقائياً عندما تدخل الطائرة في ظروف التسخين، وتسحب الطاقة من المحركات أو وحدة طاقة مضافة.

Pneumatic De-Icing Boots for Retracted Flaps

الأحذية المطاطية المشتعلة، متصلة بالنقطة الرئيسية للزلاجة، تتوسع عندما تضغط على الهواء النزيف، تكسر أي ثلج متراكم، ثم يغسل الجليد في المجرى الجوي، والأزرار بسيطة، والضوء، وشديدة الفعالية للثلج، ولكن لديهم عدة قيود،

Electro-Mechanical De-cing (EMDI)

نظم المعلومات عن البيانات الإلكترونية تستخدم مُصَوِّرات فائقة الفطائر أو تشكيل سبيكات الذاكرة لتوليد ذبذبات عالية التردد تُهزّ الجليد من سطح المُزلاج، وتستهلك هذه النظم طاقة أقل بكثير من النظم الحرارية وتتجنب تعقيدات الصيانة من الأحذية المُخزِّرة، وهي مناسبة بشكل خاص للثبات المضغوطة لأنّواة اليقظة قد تُظهر

تصميم نظام التكوين من أجل قابلية الاعتماد على الذات

والقلب الميكانيكي لنظام النكهة هو تجمعه للاختراع، الذي يجب أن يعمل بسلاسة حتى عندما يُحزم بالجليد، أو يُجْرَب بالحطام، أو يُخضع لفرق حرارة شديدة، وتشمل استراتيجيات التصميم الرئيسية ما يلي:

• Ball Screw vs. Acme Screw Selection:] Ball das offer higher efficiency and lower friction but require sealed lubrication to prevent ingress of ice and grit. Acme daction have higher inherent inherent frction but are less sensitive to contamination and can operate with grease that remains effective at -50°C for extreme weather, some
• يجب أن تُوضع الأنابيب التي تربط بين المُصَوِّقين عبر الجناح في مُضَعَب مُغلقة مع ختم الشفاه التي تمنع المياه والجليد من الدخول، وبعض التصميمات تستخدم ختماً مُلتهِبة تتوسع عندما يُشغل الشعلة لإيجاد حاجز إيجابي.
• Fail-Asymmetric Protection:] The flap control system must continuously monitor the position of each individual flap panel. If the system detects a position difference exceeding a preset threshold (typically 2-3 degrees on a transport aircraft) it must automatically stop further deployment and annunciction a warning to the flight crew. In extreme weather, the threshold may be widened slightly
• (ب) في حالة فشل الإصدار الأولي، يجب نشر النكازات بواسطة نظام بديل، أو كبل ميكانيكي أو كدعم هدروليكي، وفي حالة البرد الشديد، يجب اختبار نظام الدعم ليعمل عندما تكون الكابلات صلبة، ويحتوي السوائل الهيدروليكية على درجة عالية من الكفاءة الكهربائية(65).

التكليف السطحي والعلاجات

وبالإضافة إلى حماية الجليد النشطة، فإن المعالجة السطحية السلبية تقلل من قوة الجليد وتعجل بتخزينها تحت قوى الأيرودناميكية، حيث تُحدث المعاطف الفوقية ذات الزوايا المترابطة التي تزيد على 150 درجة، وتتسبب في تسرب المياه إلى الخرز وتطفو قبل أن تتجمد، وتُستوحى من هذه المعاطف الميكانيكية المحتوية على أشعة دون مائل، إلا أن هذه المعاطف الميكانيكية ذات الأشعة دون أن تكون أكثر من حيث لا يمكن أن تكون أكثر من حيث لا يمكن أن تُعدام.

Aerodynamic Shaping for Passive Ice Mitigation

ويمكن أن يُستفحل شكل الشعلة نفسها إلى الحد الأمثل من معدل تسارع الجليد، كما أن الحواف الأمامية المزروعة، مثلا، تسبب تسرباً مُعمَّراً للسطح في زاوية مُهَمة، مما يقلل من كفاءة التحصيل، بينما تُدرَب الحواف الأمامية، وتُغلَّب على جمع المزيد من الجليد لأنها تمثل منطقة أمامية أكبر في تصميم المجرى الجوي.

الاختبار والتصديق في الظروف القصوى

Icing Wind Tunnel Validation

ويجب أن يخضع كل تصميم مزدهر يراد به التصديق لفحص واسع في نفق رياح مسموع، ويخضع النفق جزءاً من المزلاجات ذات النطاق الجغرافي المتناظر لحجم قطرات متحكمة، ومحتويات مياه سائلة، وظروف حرارة تستنسخ كامل نطاق مظاريف التذييل جيم وأوراق التصوير، وتلتقط الكاميرات العالية السرعة نمو الجليد في الوقت الحقيقي، وتقيس أرصدة الاحتكاك نتيجة التغيرات في الرفع والسحب.

Cold Weather Ground Testing

كما يتم اختبار الطائرات في بيئات الطقس الباردة الطبيعية مثل مختبر ماكينلي للطائرات التابع لقاعدة إيغلين الجوية أو ظروف الشتاء في يلوكينيف بكندا، وتتم تذويب كامل الطائرة في درجات حرارة تصل إلى - 55 درجة مئوية لمدة 24 ساعة، ثم تدور الطلقات مراراً، وتطبق أطقم الصيانة بشكل متعمد الجليد على المسارات المشتعلة وأسطح التحكم باستخدام أجهزة الرش التي ترسم المتجمد.

الاستراتيجيات التشغيلية والآثار على الصيانة

إجراءات التفتيش قبل الطيران في الطقس الأقصى

يجب على التقنيين التجريبيين وعمال الصيانة أن يكيفوا عمليات التفتيش السابقة للرحلات لنظم النكهات في الأحوال الجوية القصوى، ويشمل التفتيش التحقق المادي من مسارات الارتفاع للثلج المدمج أو الجليد أو الأجسام الأجنبية، وفي بعض أنواع الطائرات، يتم إجراء عملية مسح للطائرات، حيث يتم تشغيل المزلاجات بكاملها بينما تهبط الطائرة على الأرض لتخليص أي تراكم ثلجي طفيف والتحقق من أن النظام يعمل في غضون وقت عادي والوقت الحالي.

تطبيقات السائل المفلط المزيل والمضادة للذوبان

وتطبق الأطقم الأرضية السوائل من النوع الأول أو الثاني أو الرابع لإلغاء السمنة على الجناح بأكمله، بما في ذلك السطح المشتعل، قبل المغادرة في التهطال المتجمد، غير أنه يجب تطبيق السوائل بعد أن تُقَمَّم إلى موقع الإقلاع لضمان أن تصل سلسلة السائل إلى الثغرات بين الأجزاء المشتعلة، وإذا ما طُبِّقت السائلة مع الاختراق، فإن الحل المركز يمكن أن يتجمد في الثغرات التي تكفل حدوث انحرافات.

الرصد والإدارة الصحية

وقد تكون نظم المغازلة الحديثة مجهزة بمعدات اختبار مجهزة بالبنايات التي تُسجل المصباح الحالي، وبيانات استشعار المواقع، وقراءات درجة الحرارة، ومن خلال تحليل الاتجاهات في هذه البارامترات، يمكن لأفرقة الصيانة أن تكتشف ارتفاع الاحتكاك، أو الفشل اللاحق، أو تدهور الختم قبل أن يتسبب في فشل تشغيلي، وعلى سبيل المثال، فإن الزيادة التدريجية في العدد المطلوب لسحب المزلاجات في الطقس البارد.

دراسات الحالة: دروس من الأسطول

Boeing 737 and the Slush Track Problem

وقد شهدت أسرة بوينغ ٧٣٧ عدة حوادث استغل فيها الركود على المدرج في مرافئ المسار المتحرك ثم تجمد أثناء التسلق، مما أدى إلى تضييق المنافذ في الموقع المتراجع، وخلال حدث بارز، لم يتمكن طاقم الطيران من توسيع نطاق المنافذ للهبوط، وكان عليه أن ينفذ نهجاً للتحقق من عدم الانقطاع، وهو ما يتطلب اتباع نهج أعلى وأحدث عملية متطورة في مجال عمليات التفتيش على المسار البصري.

Airbus A380 Composite Flap Performance in Cold

ويستخدم جهاز الشحن الجوي A380 أجهزة الدفع المتطورة التي تبلغ نسبة أقل من البنى المعدنية المكافئة 20 في المائة، وخلال رحلات التصديق في كندا، اكتشف المهندسون أن المزلاجات المركبة كانت لها دفعة أعلى من الجليد الجاهز لأن السمعة الحرارية للمركب كانت أقل من الألومنيوم، مما أدى إلى تهدئة السطح بسرعة أكبر خلف الطرف المهيمن المسخن.

العمليات العسكرية في ظروف القطب الشمالي

طائرة مقاتلة مثل الـ (ف-35) مصممة للعمل من قواعد أمامية في مناطق القطب الشمالي مع الحد الأدنى من الدعم الأرضي، نظام (إف-35) يستخدم مزيجاً من الهواء النزيف المتحرك لـ (مضادات) و مُصعقة كهربائية عالية الطراز، والتي يمكن أن تُشعل سعة الجليد الخفيفة أثناء النشر، ويُحسب المُحرقة لتعمل باستمرار عند -55 درجة مئوية، وتستخدم قنابلة واحدة من الحرارة الاصطناعية

الاتجاهات المستقبلية في تصميم الصفوف من أجل الطقس الأقصى

Shape Memory Alloy Actuators

(ب) أن تكون للزواحف التي تبثها النيكل - التيتانيوم القدرة على تغيير الشكل عندما تسخن وتعود إلى شكل الوالدين عندما تبرد، ويقوم الباحثون بتطوير نظم مصباحية قائمة على نوع SMA يمكن أن تنشر بشكل سلس دون الحاجة إلى سائل الهيدروليكي أو محركات كهربائية، وتكون معدلات الرش قوية بطبيعتها للتلوث لأنها لا تحتوي على ختم مائل من النسيج.

مراقبة تدفق الجليد

ويستخدم التحكم في التدفق النشط طائرات صغيرة من الهواء المنفجر من سطح المزلاج لتنشيط طبقة الحدود وسقوط مغلفة بالعزلة بعيدا عن الطرف الرئيسي قبل أن يتمكنوا من التجميد، ويقضي هذا النهج على الحاجة إلى أسطح مسخنة أو أحذيان قابلة للاشتعال، ومن خلال وضع الطائرات في الثغرات التيارية بين الأجزاء المشتعلة، يمكن للمصممين أيضا أن يحولوا دون تسرب الجليد.

التكليفات الخاصة بالصحة الذاتية

وكلاء الشفاء المصغرين المتواجدين في معاطف المثلجات يمكنهم إصلاح الخدوش الصغيرة تلقائياً و إرتداءها مما سيفسد أداء المعاطف المضاد للتكسير عندما يكسر الخدش فتح ميكروبات، يتدفق عامل الشفاء إلى الشق ويتفاعل مع حافز لتشكيل طبقة جديدة من البوليمر، وهذا يمتد من عمر المعاطفة إلى ثلاثة عوامل.

الخلاصة: القدرة الهندسية على الوصول إلى كل دورة من دورات فضاء

ويقتضي تصميم أجهزة التشغيل في الجو المتطرف اتباع نهج على مستوى النظم يدمج علوم المواد، وعلم الديناميات الحرارية، والميكانيكيات الهوائية، والميكانيكيات الهيكلية، والتخطيط التشغيلي، ويحتاج الجيل الأول من نظم حماية الجليد إلى القوة الكثيفة، ويرفع أو يتضخم أي سطح يمكن تجميده.