مقدمة: عقوبة الدراجة على الأجهزة العليا

إن أجهزة رفع عالية، وقطع، وطولات، وطول الطوابق، وشبه سطحية، هي أساسية لأداء الطائرات أثناء الإقلاع والهبوط، وهي تزيد بدرجة كبيرة من معامل رفع الأجنحة الأقصى، مما يتيح سرعة اتباع نهج أبطأ وطول ميداني، غير أن هذه الأجهزة السياحية نفسها، عندما تنتشر أو حتى عندما تتراجع ولكن لا تزال موجودة، يمكن أن تؤدي إلى زيادة كبيرة في معدلات إنتاج الوقود المتطور أثناء مرحلة الرحلات الجوية.

The Aerodynamic Trade-Off: High Lift for Takeoff and Landing vs. Cruise Efficiency

ويجب أولاً أن يفهم المرء كيف تعمل أجهزة رفع عالية، فالأصفاد الأمامية والثباتات التي تقطعها العجلات تؤدي إلى تغيير كوابل الجناح وقطعة العجلات الفعالة، وتأخير فصل التدفق إلى زوايا هجومية أعلى، وفي تشكيلة الرحلات السياحية والهبوط، تخلق هذه الأجهزة صورة مائلة عالية تولد كميات كبيرة من الرفع بالسرعة المنخفضة، ولكن أيضاً تؤدي إلى حدوث ضغط كبير

والصراع الأساسي هو أن أجهزة رفع عالية، حتى عندما تتراجع تماما، تترك الثغرات والاختلالات والتوقف السطحي الذي يزعج تدفق الهواء النظيف، وعلى سبيل المثال، فإن الفجوة بين الرطب والجناح الرئيسي تنتج إيقاظاً حاداً يمكن أن يسمك طبقة الحدود ويزيد من جر الاحتكاك، كما أن العشائر وتعقب المعارض من المذاهب تؤدي إلى تصعيد ضغط محلي يُفضي إلى الحد من إجمالي عدد العقوبات التي تُفرض على ما يسمى " 5 في المائة " .

الحلول الابتكارية لخفض الدراج

وهناك مجموعة واسعة من التكنولوجيات - بعضها في الخدمة المحدودة بالفعل، بينما لا تزال تكنولوجيات أخرى في طور التنمية - للتخفيف من جرّة السفن السياحية من أجهزة رفع عالية، وتشمل الفئات الأكثر واعدة نظماً متغيرة لقياس الأرض، ومعارض وختمات جوية، ومراقبة تدفقية نشطة، وتقنيات تدفق حراري متقدمة، وكل منها يتناول جانباً مختلفاً من عقوبة الجر: الثغرات أو الايقاظ أو الاختلال السطحي.

1 - الهياكل الجيولوجية والمورفينية المتغيرة

كما أن أجهزة النقل الجوي العالية التي تعمل على خطوط ثابتة وتتبعها، مما يترك ثغرات وتطورات حتى عندما تُغرق، كما أن نظم قياس الأرض المتغيرة تسمح باستمرار تغيير شكل الجناح بين التشكيلات العالية للنقل والرحلات السياحية، مما يقلل من الانقطاعات السياحية، ومن الأمثلة على ذلك حافة التقلبات التكييفية التي تستخدم مواد مركبة مرنة أو مجهزة آليا لتفكك الفجوة في الرحلات الجوية.

وثمة مفهوم آخر هو استخدام مغازات كروغر قابلة للانتشار تتدفق تماما مع سطح الجناح الأدنى، ولا تترك أي فجوة أو مسارات تغذيتها، وفي حين أن هذه التصاميم لم تكن حتى الآن معياراً للنقل الكبير، يجري التحقيق في الجيل القادم من الطائرات النفاثة الإقليمية وطائرات الأعمال، والتحدي الرئيسي الذي يواجه هياكل الدفن هو موازنة الوزن الهيكلي، وموثوقية المحركات، وحياة الفلفلات.

2 - المعارض الجوية ونظم الملاحة

وبدلاً من إعادة تصميم نظام المصعد العالي بأكمله، تركز العديد من الحلول الحالية على تغطية أو تبسيط الثغرات والانتقالات التي تسبب السحب، كما أن المعارض الهوائية ثابتة أو قابلة للانتشار تسهل تدفق الهواء على مسارات الذباب، والمحاضرات، وآليات التقلب، وفي معرضات الهواء A350 XWB، أعيد تصميم معارض المسارات المتناثرة بنسبة 5 في المائة، مما أدى إلى خفض عدد السحب إلى أقل من ذلك.

وتستخدم مفاهيم أكثر تقدما نظما للاختتام قابلة للانتشار تكون مفتوحة خلال المراحل المنخفضة السرعة وبطاقات شديدة أثناء الرحلات البحرية، مثلا، يمكن أن يمتد الغطاء النباتي المرن على الفجوة في النوافذ، التي تتضخم بفعل الهواء النزيف أو التي تُحتجز بسبب التوتر في الربيع، كما أن هذه الختم يجب أن تصمد أمام الضغوط الدينامية العالية ودورات الحرارة، ولكن اختبار المواد الأخير قد أظهر قابلية التأثر بفترات الخدمات الممتدة.

3 - تكنولوجيات التحكم في تدفق النفايات

ويستخدم التحكم في التدفق النشط مدخلات الطاقة الصغيرة الحجم للتلاعب بالتدفق الجوي حول أجهزة رفع عالية، مما يقلل من الجر الذي تنتجه عندما تُنثر، وهناك طريقتان بحثيتان على نطاق واسع هما مصباح الطائرات التركيبية ومشعلات البلازما، وقد أظهرت الطائرات الاصطناعية وجود أجهزة ذات سعة صفرية من العجلات، تُسجّل نفقاً من طراز لانغ، لإنتاج غيبوبة.

- أجهزة التفريغ بالحواجز العضلية - أجهزة التفريغ بالزجاجات المخففة - الهواء المؤين لخلق قوة جسمية تحفز طائرة حائطية، ولا توجد بها قطع متحركة ويمكن تركيبها على سطح الجناح، وتبين الدراسات أن المحركات المزودة بأجهزة التبريد الممول من الكتف يمكن أن تحجب الرفوف الطلق وتخفض من الجر بنسبة 3-6 في المائة في ظروف الرحلات الجوية الواعدة.

4 - مراقبة تدفق موجات لامينار المتقدمة

وفي حين أن هذا التعديل المباشر لأجهزة الرفع العالية ذاتها، يمكن تطبيق مراقبة التدفق الحرفي على الأجنحة التي تشمل الرصفات والثبات، حيث أن التحكم في التدفق الحرفي في أجنحة السحب الهجينية يُستخدم في الجلد المُخزّن على الطرف الرئيسي للحفاظ على تدفق حراري لجزء كبير من الحلقة الأمامية.

إدماج الحلول في تصميم الطائرات الحديثة

ويتطلب إدخال هذه التكنولوجيات من المختبر إلى خط الإنتاج جهداً تكاملياً شاملاً، إذ أن صناع الطائرات مثل بوينغ، وطائرات إيربا، وشركة إمبراطور، وشركة بومورديه، تعمل من خلال برامج بحثية مثل مشروع شركة ناسا للطيران المسؤول بيئياً، ومؤسسة " الإنقاذ المشتركة " الأوروبية، وبرنامج اليابان للجناح ذي الدراجة المنخفضة، على سبيل المثال، أظهر مشروع " مركبة المحورة " .

ومن المهم أن هذه الحلول لا ينبغي أن تضر بارتفاع أداء طائرة خط الأساس، إذ أن مظروف التصميم مقيد بمتطلبات الإقلاع والهبوط - أي تكنولوجيا لخفض الجروح يجب أن تسمح بنفس الزيادة عند الحاجة، وهذا يتطلب في كثير من الأحيان قوانين رقابة نشطة تعيد تشكيل شكل الأجهزة تبعا لمرحلة الطيران، ويزداد تعقيدا في مجال البرمجيات، ولكن مع نظم حديثة للتقليل من الارتفاع بالطائرة، فإن السلطات الإضافية المعنية بتحديد التدفقات يمكن إدارتها.

الفوائد: وفورات الوقود، وخفض الانبعاثات، وكسب الأداء

أما الفوائد المحتملة لتخفيض جر الرحلات الجوية ذات الارتفاع العالي فهي كبيرة، ووفقا للدراسات الصناعية، فإن تخفيضا بنسبة 10 في المائة في جر الرحلات السياحية يترجم إلى حرق أقل تقريبا من الوقود بنسبة 5-7 في المائة بالنسبة لطائرة عادية طويلة المدى، كما أن زيادة كفاءة الطائرات التي تحلق بـ 500 3 ساعة سنويا، يمكن أن توفر ما يزيد على 000 400 لتر من الوقود سنويا وأن تقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون بأكثر من 000 1 طن متري، بل ستتحسن بنسبة 2 في جميع أنواع الطائرات.

وعلاوة على ذلك، فإن إمكانية الحد من الضوضاء ملحوظة، إذ إن تدفق الهواء بواسطة أجهزة رفع عالية مقلوبة يقلل من الانتكاسات المضطربة، التي يمكن أن تقلل أيضاً من ضوضاء الطائرات أثناء الاقتراب - وهو منفعة ثانوية للامتثال للضوضاء المجتمعية، وقد تبين أن بعض نظم مراقبة التدفق النشطة، مثل الطائرات التركيبية، قد خفضت الضوضاء من الثغرات النثرية بنسبة تصل إلى 5 د.

التحديات والحواجز أمام التبني

وعلى الرغم من المزايا الواضحة، فإن الطريق إلى التنفيذ الواسع النطاق محفوف بالتحديات، أولا، التعقيد والوزن الهيكلي: تتطلب نظم المورفين مُصَوِّراً، ومجسات، وجلد مرن يضيف كتلة، ويمكن لعقوبة الوزن أن تعوض بعض المكاسب الناتجة عن سحب الذاكرة، وبالتالي يجب أن تهدف التصميمات إلى تحقيق فائدة صافية، وثانياً، أن تؤدي الحفظ والموثوقية إلى انخفاض الأجزاء المتحركة المعرضة للشحنات الهوائية القاسية، والجلية، والجليد، مع وجود نظم تصنيع مُه، مع وجود نظم مُثبات، وهي عوامل تتطلب اعتماداً على درجة عالية التكلفة، مع ذلك، مع وجود نظم مُثبات، مع وجود خططٍ، مع ذلك، مع وجودُبُبُبُبُتُتُتُبُبُبُبُبُبُبُتُتُبُبُبُبُبُبُبُرِبُتُرِبُرَتُرَتُرَتُرَتُرَتُرَتُرَتُرَتُبُبُر

وثمة حاجز آخر حاسم هو الحاجة إلى تكامل النظم مع الهياكل الحالية للجناح، إذ نادرا ما تكون إعادة استخدام أنواع الطائرات القديمة فعالة من حيث التكلفة، بحيث تستهدف هذه الحلول أساسا برامج جديدة مثل استبدال الطائرة بوينغ ٧٣٧ ماكس أو الجيل التالي من الطائرات التي تستخدم الطائرات في رحلة واحدة، ويمكن أن تكون الفترة التي يستغرقها البحث إلى الرحلة الأولى ١٥-٢٠ سنة، مما يعني أن التكنولوجيات الموصوفة هنا ستظهر على الأرجح على طائرات تدخل الخدمة في أواخر ٣٠٠ أو أوائل ٤٠٠.

التوقعات المستقبلية

وسيؤدي الدافع نحو صافي الارتفاع بحلول عام ٢٠٥٠ إلى التعجيل باعتماد نظم رفع عالية مخففة للجر، مع تحسين الديناميكية الهوائية، والهياكل الخفيفة، والمحركات الأكثر كفاءة، إلى أن هذه الابتكارات تشكل جزءا من استراتيجية متعددة الجوانب، ومن المرجح أن تركز البحوث المقبلة على أجنحة متحركة تماما قد تزيل أجهزة الإرسال العالية المتناثرة التي تستخدم في الوقت نفسه تغييرا جذريا في شكل النفايات.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن التكنولوجيات الرقمية المزدوجة وديناميات السوائل الحاسوبية العالية القيمة ستمكن المصممين من تحقيق أقصى قدر من الدقة في شكل هذه النظم ومنطق السيطرة عليها، ويمكن للتعلم الماكين أن يدفع في الوقت الحقيقي إلى إدخال تعديلات على أجهزة التحكم بالتدفقات النشطة على أساس ظروف الطيران، وأن يزيد من الحد من الجر، والهدف النهائي هو تحقيق نظام عالي الارتفاع يكون " غير قابل للرؤية " أثناء جر السفن، وليس هناك ضوضاء مطلقة، ولا عقوبة وزن.

خاتمة

إن تخفيض عدد الطائرات التي تُنتج عن ارتفاع عدد الطائرات أثناء الرحلة البحرية ليس مجرد تحسين تدريجي؛ بل هو عامل تمكيني رئيسي للجيل القادم من الطائرات التي تتسم بالكفاءة في استخدام الوقود والاستدامة البيئية، كما أن الابتكارات التي نوقشت في هياكل مرطبات الهندسة المتطورة، والمعارض والأختام، والتحكم في التدفقات، وتكامل تدفق الطائرات المائيات، ستحقق مكاسب قابلة للقياس، وذلك بدمج هذه التكنولوجيات وإدماجها في أهداف سحب الطائرات في المستقبل.