إن كفاءة الطائرات الحديثة تتشكل بشكل عميق من خلال تصميم ونشر أجهزة عالية الحركة، ولا سيما خلال المراحل الحرجة المنخفضة السرعة من الإقلاع، والنهج، والهبوط، وتؤثر هذه المواد على مستويات التركيز العالية على أجهزة التشغيل ذات النطاق الجوي، وتزيد من سرعة التركيز على وسائل النقل الجوي، وتزيد من مستوى المقاييس، وتؤثر أيضا على مستويات الاستهلاك، مما يؤدي إلى زيادة القدرة على إحداث الاحترار، كما أن هذه العوامل الأساسية بالنسبة لعمليات النقل الجوي، وعقوبات التشغيل المباشرة.

أساسيات الأجهزة العليا

وأجهزة النقل العالية هي نظم ميكانيكية تزيد من معامل رفع الحد الأقصى (CL,max) من الجناح، مما يتيح للطائرة أن تطير بأمان في سرعات أقل، وهي عادة ما تُنشر أثناء الإقلاع والهبوط، كما أن جدول قياسها الجغرافي ونشرها يُحقق على النحو الأمثل لتحقيق التوازن بين رفع مستوى الارتفاع وزيادة السحب.

مبادئ البيع والحفر

وتنشأ هذه الحركات عن طريق الفرق بين سطح الجناحين الأعلى والأدنى. وتعتمد الأجنحة الفرعية على الكامبر وزاوية الهجوم لإنتاج هذا التدرج من الضغط.() وتزيد أجهزة النقل العالية هذه بزيادة المطاط (المزلاج المسبب للصدمات) وتؤخر الفصل (القطع ذات الرفعة المترابطة) غير أن أي زيادة في الرفع تقترن بزيادة في الجر، وهي تتألف من عنصرين رئيسيين من عناصر الجر:

أنواع الأجهزة العالية الرفع

وتستخدم طائرات النقل الحديثة مجموعة متنوعة من التشكيلات العالية الجودة، لكل منها خصائص هوائية متميزة، وتشمل الأنواع الأكثر شيوعا ما يلي:

  • Trailing-edge flaps:] plain flaps, split flaps, slotted flaps, and Fowler flaps. Fowler flaps extend rearward and downward, increasing both wing area and camber.
  • Leading-edge devices:] slats, Krueger flaps, and changing camber leading edges. Slats are more common on swept-wing aircraft and provide significant lift increaseation by re-energizing the boundary layer.
  • Slotted flaps:] allow high-energy air from the lower surface to flow through a slot onto the upper surface, delaying separation and maintaining lift at high deflections.
  • Krueger flaps:] hinged panels on the lower leading edge that deploy into the airstream, increasing camber and lift without the complexity of slats.
  • Fowler flaps:] combine rearward translation and downward deflection, offering the largest lift increase but also higher drag.

ولكل نوع دور محدد في النظام العام للنقل العالي، فعلى سبيل المثال، يستخدم جهاز إيربوس A380 سلاتا ومزلاجات ملوّثة، بينما يستخدم البوينغ 787 سلاطا مركبا متقدمة وفولر مزودا بقطعة متطورة للحد من الجر.

الآثار الأيرودينامية على كفاءة الوقود

ويحدّد كفاءة الوقود في أي مرحلة طيران استهلاك الوقود المحدد للمحركات والتوجه المطلوب، الذي يتوقف بدوره على جر الطائرة، ويزيد من جر الأجهزة العالية الحركة، ولكن من الضروري مواجهة الأداء المتعلق بالإقلاع والهبوط، ويتمثل التحدي في تقليل عقوبة الجر إلى أدنى حد دون التضحية بالرفع اللازم للسلامة، ويزداد هذا التبادل حدة أثناء الإقلاع حيث تكون الطائرات في أدق مراحلها، ويخضع لرقابة شديدة.

Induced Drag and Parasitic Drag

وعندما يتم نشر أجهزة رفع عالية، يعمل الجناح بمعدلات منخفضة وبكمية أعلى فعالية، مما يزيد من الجر المسبب، وبالإضافة إلى ذلك، فإن الآليات والثغرات المعرضة في معارض المسارات المتناثرة ونقاط الانزلاق النحيلية تسهم في جر الطفيليات، وبالنسبة لطائرة عادية، فإن نشر الرافعات والقطع يمكن أن يزيد من إجمالي السحب بعامل يتراوح بين اثنين وثلاثة أضعاف تكاليف استهلاك الوقود النظيف.

مقايضة بين الرق والدراجة

(أ) كثيراً ما تتسم الكفاءة في استخدام الطاقة النووية في نظام النقل العالي بأكبر نسبة من المصعد إلى الدراجة أثناء النشر، وتهدف التصاميم الحديثة إلى تشكيلة توفر [النقل التقني إلى الغلاف الجوي] [النقل إلى الغلاف الجوي] الحد الأدنى من السحب، ويتم ذلك عن طريق التصميم الدقيق (الوضع والحجم) والجدول الزمني لتصريف الوقود المختلط، واستخدام [الإطار الاستراتيجي]:

خطى الارتطام عبر خطوط الطيران

ويتفاوت تأثير الأجهزة العالية النقل على كفاءة الوقود تفاوتا كبيرا حسب مرحلة الطيران، وتفرض كل مرحلة متطلبات مختلفة تتعلق بالهيرودينامية والتشغيلية، مما يتطلب جدولا زمنيا مصمما للنشر.

المقذوفات

وأثناء الإقلاع، تتسارع الطائرة من سرعة التناوب (VR) ثم ترتفع إلى ارتفاع آمن، وتُنشر أجهزة عالية الرفع في موقع جزئي (تتتراوح فيه درجة حرارة طولها بين 5 و15 درجة) لإنتاج كمية كافية من الوقود لأغراض التناوب المبكر مع الحفاظ على قابلية السحب.

كليمب وكروز

وبعد الإقلاع، تسحب الأجهزة العالية الارتفاع مع تسارع الطائرة إلى التسلق، وفي التشكيلة النظيفة، يكون الجناح نسبة عالية من الجوانب ومعدل منخفض، مما يتيح التسلق الفعال إلى الارتفاع في الرحلات البحرية، وتسحب الأجهزة العالية النقل بشكل كامل، غير أن تصميم الأطراف الرئيسية والمقطوعة على الأجنحة - مع وجود الختم، والثغرات في المهد، والحواجز التي تخفف من حدة الاختراق.

النسبة المئوية والنهج

(أ) أثناء [النسب، يمكن أن يتم نشر أجهزة رفع عالية جزئياً من أجل مراقبة السرعة والحفاظ على منحدر ثابت، وعند النهج، تم توسيع نطاق المزلاجات والصفارات تدريجياً لتشمل بيئة هبوط (تراوح بين 30 و40 درجة مئوية، وثباتات كاملة) وتنتج هذه التشكيلة جراً عالياً، وهو أمر ضروري لضبط الطريق والحد من السرعة دون طاقة مفرطة.

الهبوط

وفيما يتعلق بالنهج النهائي والهبوط، يتم نشر أجهزة النقل العالي بشكل كامل، وفي حين أن الجر مرتفع، فإن القلق الرئيسي هو السلامة والسيطرة وليس كفاءة الوقود، غير أن كفاءة مرحلة الهبوط تؤثر بصورة غير مباشرة على حرق الوقود في البعثة عموما، لأن وجود نظام مرتفع المصمم تصميما جيدا قد يتطلب دفعا مفرطا للحفاظ على استقرار الميزان، وزيادة وزن الوقود المتبقي بالنسبة لتصورات النهوج التي تدور أو تضيع.

التقنيات الحديثة ذات الاستخدام الأمثل

وللحد من عقوبة كفاءة الوقود التي تفرضها الأجهزة العالية النقل، يستخدم مصانعو الطائرات مجموعة من الأدوات والتكنولوجيات المتقدمة.

الديناميات الفولطية الحاسوبية

(أ) أن تحل المحاكاة العالية القيمة معادلة النافير - ستوكس للتنبؤ بالرفع والسحب بدقة عالية، مما يتيح للمهندسين أن يرتقيوا إلى الحد الأمثل من مواقع الرف والثغرات والزوايا دون اختبارات نفق الرياح باهظة التكلفة، مثل استخدام شركة إيربوس وشركة بوينغ لتقييم آلاف التشكيلات من أجل رفع مستوى معين من الوصلات، وتحديد التصميمات

النظم الجيولوجية والتطبيقية المتغيرة

وبدلا من جداول الانتشار الثابتة، تدمج الطائرات الحديثة أجهزة نقل عالية متغيرة للمستحضرات الجيولوجية تتكيف في الوقت الحقيقي على أساس سرعة الهواء والوزن والظروف الجوية، وتشير نتائج ] الاستيعابية للزلاجات العالية التي تم اختبارها ] إلى استخدام هياكل التعبئة لتغيير الكامبر بنسبة 5 في المائة باستمرار أثناء الرحلة، مما يقلل من نتائج السحب في الرحلات الجوية ويكيف الفعال للمركبات أثناء عملية التكييف.

المواد وصنعها

فالوزن والكفاءة الهيكلية للنظم العالية النقل أمران بالغا الأهمية، إذ أن المواد المركبة، مثل البوليمر المنفذ بالكربون والمحرر، تستخدم الآن على نطاق واسع في صنع المطاط والقطع، بل وحتى مكونات الإصطناعية، كما أن استخدام أجهزة التكوين الفيزيائي 787 والهوائية A350 يستخدم هياكل عالية الجودة مركبة تقلل من الوزن بنسبة تتراوح بين 20 و30 في المائة مقارنة بمراحل التر المتطور.

أمثلة على الصناعة

ويظهر مثالان بارزان مدى تأثير الديناميات الهوائية العالية الحركة على كفاءة الوقود مباشرة.

Boeing 787 Dreamliner

ويحتوي نظام النقل العالي على جناح مركب متقدم ذي نسبة عالية ونسب متغيرة من حيث الهندسة والثباتات، ويستخدم نظامه العالي الرفع جدولاً مجهزاً بالمعالجات الدقيقة، ويحقق أقصى قدر من الارتطام والوزع في كل مرحلة طيران، ويضم تصميم الجناح ازدهار ملوث بالثدي في الرفع الأمثل لسداسي البروم.

Airbus A350 XWB

ويضم جناح الطائرة (A350) الذي بني أيضا من CFRP نظاما عاليا المستوى للغاية، ويصمم نظامه وأجهزةه المزودة بأجهزة التنصت بالتركيز على الحد من الضوضاء والسحب في وقت واحد، ويستخدم نظام A350 ترتيبا مزدوجا ومعلقا على الجناح الداخلي، ويضع حدا بسيطا على القسم الخارجي، مصمما خصيصا لأغراض التوزيع الفعال للطائرات.

الاتجاهات المستقبلية

وفي المستقبل، يتوقع إدخال مزيد من التحسينات على الديناميات الهوائية ذات الأجهزة العالية الحركة من التكنولوجيات الناشئة.

مواهب الدفن

ويمكن للأجنحة الميكانيكية التي تتغير بشكل لا يرحم دون أن تقطع على ذبابة أو ندبة أن تزيل العقوبات على سحب الثغرات والطرق والمعارض، وتستكشف البحوث في مؤسسات مثل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وشركة DLR الجلد المرنة والاختلال الداخلي لتغيير الكامبر واللوي، ويمكن لهذه الأجنحة أن تخفض باستمرار توزيع الرفع أثناء التصريف والتسلق والهبوط، مما قد يقلل استهلاك الوقود بنسبة تتراوح بين 10 و12 في المائة.

الرقابة على تدفق المركبات

وتستخدم مراقبة التدفق النشط طائرات صغيرة من الطائرات الهوائية أو الطائرات الاصطناعية لتنشيط طبقة الحدود وتأخير الفصل دون أن تتحول إلى سطح، ويمكن أن تحل شركة AFC محل أو تزيد أجهزة النقل المرتفعة، مما يقلل من التعقيدات الميكانيكية والسحب، وقد قامت ناسا باختبار طائرة من طراز AFC على طائرة من طراز Gulfstream، مما يدل على وجود رفع معدّل مع انخفاض، وفي طائرة إنتاجية، يمكن للشركة أن تمكّن نظم الحرق ذات وزن أقصر،

التكامل مع الانتظام

وسيتطلب الجيل القادم من الطائرات، بما في ذلك تصميمات الكهرباء والتربوفان التي تحتوي على طبقة حدودية، نظما عالية الرفع تعمل بشكل متآزر مع نظام الدفع، وعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي الدافع الكهربائي الموزع إلى رفع مباشر، مما يقلل من الحاجة إلى قطع واقية من الرواسب.

خاتمة

وما زالت الديناميات الهوائية للأجهزة العالية الحركة تشكل أداة حاسمة لتعزيز كفاءة وقود الطائرات، فمن بداية الانطلاق إلى التباطؤ النهائي، والثباتات والنباتات التي تؤثر على سحب الطائرات، والرفع، ومتطلبات الدفع، واستهلاك الوقود في نهاية المطاف، ومن خلال الاستفادة من المحاكاة المتقدمة، والمقاييس الجيولوجية المتغيرة، والمواد الخفيفة الوزن، والتكنولوجيات المبتكرة لمراقبة التدفق، تواصل الجهات المصنعة صقل هذه النظم لتلبية المطالب المزدوجة المتمثلة في السلامة والارتفاع.