مقدمة: التايل الذي يُمَطِم السماء

وقد اعتمد الطيران منذ وقت طويل على العزل - أي التجمع الذي يخلفه - بوصفه عنصرا حاسما للاستقرار والمراقبة، وفي ظروف مضطربة، حيث يوصل الغلاف الجوي علوانا عمودية مفاجئة، ورواحات، وثباتات، يجب أن يتصدى هذا الشعار لهذه القوى لإبقاء الطائرة على مسار يمكن التنبؤ به، وفي حين يولى اهتمام كبير للأجنحة والمحركات، فإن القسم الذي يخلف كثيرا ما يقرر ما إذا كان لا يزال هناك أي تأثير في تصميمات أو يتحكم فيها.

ويمكن أن تنشأ الاضطرابات من مصادر مختلفة: الاضطرابات التي تنجم عن الطوافات، والاضطرابات الملاءمة بالقرب من العواصف الرعدية، والاضطرابات التي تصيب الطائرات الأخرى، أو الاضطراب الميكانيكي الناجم عن التضاريس، وكل نوع من أنواعها يفرض أعباء فريدة على الإنزال، ويطالب بوضع تصميم يوازن الاستقرار مع سرعة الحركة، ولا ينبغي للمشتركين في الحركات أن ينظروا في الحجم والتدفق.

(أ) ذرة النفقة: المكونات ووظائفها

ويتألف النفقة من مثبتين رئيسيين: المثبت الرأسي )الحد الأقصى( والمثبت الأفقي، وكل منهما يحمل أسطحا تحكم تسمح للطيار بتعديل موقف الطائرة.

  • Vertical Stabilizer] - Provides directional (yaw) stability. The rudder, hinged to the trailing edge, controls yaw and assists in coordinated turn and compensating for crosswinds.
  • Horizontal Stabilizer] - Provides longitudinal (pitch) stability. Elevators (or an all-moving stabilator) control par essential for altitude changes, landing flare, and countering turbulence-induced nose-up/down moments.
  • Control Surfaces] — Rudder,صعدs, وأحياناً تريم تابس التي تعدل القوات المحايدة للطيران المطّرد.

وفي الهواء الاضطرابات، يجب أن تستجيب هذه الأسطح بسرعة وبدقة، ويمكن أن تؤدي سلطة المراقبة المتباطئة أو غير الكافية إلى تذبذبات غير مرغوب فيها أو إلى الإهمال الهيكلي أو حتى فقدان السيطرة، كما أن تصميم العزل - حجمه وشكله الهوائي، وتحديد مواقعه فيما يتعلق بالتشغيل والجناح - يحدد مدى فعالية أداء هذه الوظائف في ظل ظروف دينامية.

أنواع تصميم وقف الإنتاج الأساسية ومحلها الأيرودينامي

تيل التقليدي (Low Horizontal Stabilizer)

ويضع ذيل تقليدي المثبت الأفقي في قاع الصمامات، تحت الزنزانة العمودية، وهذا الترتيب هو الأكثر شيوعا على طائرات الطيران العامة الصغيرة والعديد من شركات الطيران (مثلا، بوينغ 737، والطائرات من طراز A320)، وفي حالة الاضطراب، فإن المثبت الأفقي يجلس في أعقاب الأجنحة والارتجاف، مما قد يتسبب في حدوث هجوم مزعزعزع، لا سيما عندما يكون الجناح في مصعد.

وفي ظروف مضطربة، قد تكون ذيول تقليدية أكثر عرضة للضربات لأن المثبت الأفقي معرض لموجات مختلفة من الجناح، وكثيرا ما تفيد الطيارات بأن الطائرات ذات العجلات التقليدية تشعر بأنها " أكثر تعرضا " في حالة اضطراب، وتحتاج إلى الترايم المستمر، ولكن التصميم قابل للتنبؤ به ومفهوم جيدا.

T-Tail Design

ويرفع التايل المثبت الأفقي إلى أعلى الزنبق العمودي، ويرفعه إلى أعلى من الجناح، ويقلل هذا التشكيل من التدخل الهوائي، ويوفر تدفقا جويا أنظف للمصاعد، ولا سيما في الزوايا المرتفعة للهجوم، كما أن الطائرات مثل الطائرة بوينغ ٧٢٧، ماكدونيل دوجلاس DC-9/MD-80، والعديد من الطائرات التي تستخدم أجنحة سمينة.

غير أن السلاسل تُجرى بالمقايضة، فالوزن الهيكلي أعلى لأن المثبت الأفقي يجب أن يدعمه زعانف عمودي أقوى، وهناك أيضا خطر وجود كتلة كبيرة: إذا ما كان الجناح يعترض زوايا هجومية عالية، فإن الانتصاب المضطرب يمكن أن يُغمض في طياته الطول، مما يجعل المصعد عديم الفائدة ويجعل الانتعاش صعبا للغاية.

طايل المتحرك (المقعد)

ويمكن أن يستخدم ذيل محرك شامل - حيث يُستخدم كل المحركات السطحية الأفقية كسطح واحد للمراقبة - على العديد من الطائرات ذات الأداء العالي )مثل F-16 و Piper Malibu و Cirrus SR20( وفي بعض التصميمات يمكن للمثبت الرأسي أن يكون متطورا تماما )كما هو الحال في طائرة نايتهوك( ويزيل جهاز الطعن الفوري المصعد المنفصل مما يتيح قدرا أكبر من سلطة التحكم بمنطقة سطحية أصغر.

فالجانب السلبي شديد الحساسية، وكثيرا ما يرتبط المبدعون بنظام " الضغط بالزئبق " أو نظام للشعور الاصطناعي لمنع حدوث تجاوزات ناجمة عن السيطرة، وفي حالة اضطراب شديد، يمكن أن يتسبب استقرار بدون صبغ سليم في حدوث عمليات نبذة محفزة على أساس تجريبي، وفي نظم متقدمة للطيران على أساس كل موقع على حدة في المقاتلين الحديثين وبعض الطائرات التجارية التي تدير هذا الأمر بمدخلات التحكم المعززة، وفي توفير الاستقرار.

How Empennage Design Affects Maneuverability in Specific Turbulence Types

(CAT)

وتظهر لجنة مناهضة التعذيب على ارتفاعات عالية، وغالباً ما تكون في مجرى الطائرات المتحركة، مع فتحات سريعة للريح، كما أن تصميمات العزل التي تقلل إلى أدنى حد من الجر وتوفّر استجابة عالية التردد مفيدة، كما أن السلاسل والمطهرات تعمل جيداً لأن السطح الأفقي في الهواء الأنظف ويمكن أن تستجيب بسرعة للتغيرات الحادة في الرياح النسبية، وقد تشهد ذيول تقليدية قدراً أكبر من التعبئة، ولكن مع نظم التخفيف الحديثة من الطوابع (ت الفعالة).

أيقظوا الثوران

إن فرز طوافات الطائرات الكبيرة من الجناح يمثل خطرا خطيرا، ويجب أن يتصدى النسيج لفتحات مفبرة ولحظات تاو، كما أن جهاز تثبيت أفقي من طراز T-tail لا يمكن تحمله إلا لللحظة المتجددة التي يتسبب بها دوامة لأنها أبعد من قلب دوامة دودة دوامة، ولكن العجلة العمودية لا تزال تحمل أعباء كبيرة.

توربلنس (العواصف الرعدية)

وهذا النوع من المشاريع المكثفة، والسحب، والسحب، والقوة الهيكلية الإيقافية هي الجوهر، ويجب أن يتحمل ذيل الشحن السريع عكس مسارات دون إهانة، ويمكن بناء الطوابق والمثبتات بمواد مركبة (مثل الألياف الكربونية) للحد من الوزن مع الحفاظ على القوة، غير أن مخاطر التعثر في الطائرات ذات الفتيلات العالية تزداد حدة في حالة حدوث هجومات.

هيئة التعبئة والمراقبة

ويستخدم المحركات المناورة في حالة الاضطراب، حيث توفر المثبتات الأكبر درجة اللحظات التي تستعيدها، ولكنها تزيد أيضا من السحب والوزن، ويستخدم المهندسون معامل الحجم اللاحق (نسبة حجم ذيل الأفق Vh، نسبة الحجم الرأسي Vv) لحجم السطح، ولتحسين الاضطرابات، فإن ارتفاع حجم الطائرة يؤدي إلى زيادة الاستقرار في المنطقة، وقد يقلل من سرعة الحركة.

كما أن سلطة المراقبة تحددها أقصى درجات الضبط واللحظات التي يمر بها الطيارون، في حالة الاضطراب، تحتاج إلى سلطة كافية للمصعد لمواجهة الكتل المتحركة، فعلى سبيل المثال، توجد لدى شركة إيربوس A380 مصاعد ضخمة ذات نظامين مستقلين للمحاضرين لتوفير القوة اللازمة، ويمكن أن تفجر النظم الحديثة للطيران بالسيارة السطحية خارج الحدود العادية للمناولة القصيرة الأجل )مثلاً، " النظام الأساسي " (.

تصميم الهياكل والمواد اللازمة لمقاومة التسلط

Load Path and Fatigue

فالتوربلنس يفرض أعباء دورية يمكن أن تؤدي إلى تشقق الدهون حول ملحقات الإنهاء، ويجب أن يكون التصميم بمثابة مطياف للحمولة الضارية، وعادة ما يكون للذيل التقليدي مسار أكثر بساطة إلى النسيج، مما يجعل التحليل البدين أسهل.

المواد المركبة

ويمكن أن تستخدم البوليمرات المجهزة بالكربون والمعززة بصورة متزايدة لتوفير الوزن وتحسين المقاومة الدهنية، ويمكن أن تؤدي العجلات الجانبية التي تحملها بوينغ ٧٨٧ )الترتيب التقليدي( والجهاز المركب للمثبتات الصوتية A350 إلى إحداث ضغط كبير في الاضطرابات.

نظم الرقابة الفعالة والتخفيف من حدة الجموع

وقد حولت نظم التحكم في الطيران الإلكتروني سلوك العزل في الاضطراب، حيث تُستخدم أجهزة التحكم في الطيران المتحركة بواسطة الترددات، مما يُسمى " تخفيف عبء العمل " (المناظير، والمقابر التراكمية، والمجسات الزاويية) ومصاعد التحكم في سطح السفينة لمواجهة الكتل، ويُسمى " تخفيف عبء العمل " (GLA).

ويعود مسار ذيل محرك (مُقَدِّم) إلى القوات المسلحة لجمهورية البوسنة والهرسك بشكل خاص لأن السطح بأكمله يمكن أن يُنحرف بسرعة، وفي الطائرة F-16، ينتقل المثبت استجابة لمدخلات العصي النموذجية وقيادات القوات المسلحة لإحلال الاستقرار، ولكنه يتفاعل أيضاً مع الضغاطات للحفاظ على موقف ثابت - وهو سمة تسمى " استقرار القذف الاصطناعي " ، يمكن أن تضبط المجازات المضادة للمص.

وتدمج بعض التصميمات الحديثة، مثل سلسلة إمبراطورية E-Jet E2، تخفيفا نشطا للحمولة يقلل من لحظات الإقراض الهيكلي في الكواكب، مما يتيح هياكل العزل الأيسر، وتستخدم هذه النظم المصعد والهيرونات (وأحيانا الحشد) لتوزيع الحمولات.

نظم الترام ودورها في الترسبول

ومن المقرر أن تخفض أجهزة الترام والتثبيت الأفقي القابلة للتعديل (المشتركة في شركات الطيران الكبيرة) قوات المراقبة من أجل الطيران المطّرد، وفي حالة الاضطراب، لا تزال هذه الترام ثابتة ما لم يعدلها الطيار للتعويض عن متوسط التغيرات في السرعة أو الدافع، غير أن الطائرات التي لها ذيول محركية شاملة قد تتضمن " نظاما لزيادة القدرة " يكيف تلقائيا عبء العمل المستقر للحفاظ على سرعة أو زوايا الجوية.

فثلاثة المثبتات الأفقية هي سيطرة قوية - على سبيل المثال، على الطائرتين المثبتتين الأفقيتين )بوينغ ٧٣٧( وعلى أساس المثبت الأفقي في وحدة كاملة ) " المثبت الأفقي القابل للصدمة " ( ويمكن استخدامها في وضع يدوي إذا ما تم علق المصاعد، وفي حالة الاضطراب، فإن طائرة مثبتة بشكل سليم ستقاوم تغيرات في الملعب، ولكن إذا كانت السيارات تعمل وتصلح خلف الكثبان، فإنها يمكن أن تسبب اضطرابات ثلاثية.

تصميمات وقف الإنتاج على متن طائرة بارزة: دروس من العمليات المؤثرة

بوينغ 727 (تي - تيل)

إن الـ 727 هـي تريجيت كلاسيكي، معروف بالأداء الممتاز العالي الارتفاع والرحلة السلسة نسبيا في الاضطراب، وذلك بفضل عزلة تيل عن أعقاب الجناح، غير أن لديها ضعف عميق - " معالم المناولة " - التي تتطلب تركيب عصابات وأجهزة الدفع، وفي حالة اضطراب شديد، تم تدريب الأطقم على تجنب تصميم العقبة الفارغة.

ماكدونيل دوغلاس DC-9/MD-80 (T-Tail)

وهناك أسرة أخرى من عائلة تي تايل، حيث توجد في سلسلة DC-9 وMD-80 مصاعد قوية وسمعة لاستجابتها في حالة اضطراب، وكثيرا ما تثني الطيارات على دقة التحكم فيها، كما أن تشكيلة T-tail سمحت أيضا بتركيب المحركات في الخلف، وبقيت الطائرة نظيفة، غير أن تجربة MD-80 أظهرت أن ذيل يمكن أن يواجه حبوبا من محرك العادم في بعض الظروف، ولكن كان يرسما قويا.

Cessna 172 (Conventional Tail)

إن طائرة التدريب الخمسي - ذيل سيسنا ١٧٢ التقليدي صغير ومباشر في المجرى المائي، وفي حالة اضطراب معتدل، تصخر الطائرات باستمرار، ويجب على الطيار أن يعمل بنشاط على صعود ومصاعد للحفاظ على مجرى المواصلات، ويكفي التصميم ولكن يتطلب الاهتمام، ويظهر أن ذيل التقليدي يمكن أن يغلب بسهولة في ضواحي شديدة إذا كان الطيار فوق المتحكم.

بيبر ماليبو (مقعد)

إن طائرة من طراز " مدفع واحد " ذات أداء عالي تستخدم ذيل أفقي شامل، وجهاز الاستقرار يوفر سلطة ممتازة، مما يتيح لماليبو أن يتسلق بحزم ويعالج الاضطراب بشكل جيد، غير أن النظام حساس: يمكن أن يؤدي سحب طفيف إلى قذف مؤثر، وقد وضع القارص نظاما للوزن والرنب ليشعر ويمنع التدفق.

Airbus A380 (Conventional Tail with FBW)

ويستخدم نظام A380 ذيل تقليدي ضخم، ولكن نظامه الخاص بالطيران بالسيارة يدمج تخفيف عبء الكتف الذي يفضح المصاعد والجزر للحد من الحمولات الهيكلية، وفي حالة الاضطراب، فإن الإنزال بالطائرة A380 فعال جدا، ولكن الركاب لا يزالون يشعرون ببعض الحركة، ويعطي التصميم الأولوية للكفاءة الهيكلية على المناورات القصوى.

مبيدات الفلور المحوسبة في تصميم نظام تعليق الترسب

ويعتمد التصميم الحديث على ديناميات السوائل المحوسبة لتحفيز سلوك الإنزال في ظروف مضطربة، وقد أصبح نموذج المحركات غير المستقرة في حقول التدفق، واللقاءات بالغاز السطحي، وتوزيعات الضغط السطحي، ويساعد الصندوق على تحديد الحجم الأمثل للطياف، وشكل القاذورات الجوية، ومراقبة الجداول الزمنية لاضطرابات سطحية، وعلى سبيل المثال يمكن للمؤسسة أن تُعدل مضافات السحب الأفقية

كما تساعد المؤسسة في تصميم خوارزميات " قمع الاستجابة " ، إذ يمكن للمهندسين، عن طريق تحفيز المطيافات الاضطرابات في العالم الحقيقي (مثلاً، نماذج فون كارمان أو درايدن)، أن يلحوا على مكاسب القوات المسلحة البوليفية للتقليل إلى أدنى حد من سرعة التكتل في مقصورة القيادة أو مقصورة الركاب.

المستقبل: الإعفاءات المورفينة والاستخبارات الفنية

ويجري حاليا إجراء بحوث في مجال الانقطاعات التكييفية، ويمكن لذيل مرفئي أن يغير منطقته أو كنسه أو كهرمبر في الوقت الحقيقي من أجل تحقيق الحد الأمثل لظروف الاضطراب، فعلى سبيل المثال، يمكن " ذيل ثابت " أن يتناوب كامل المثبت الأفقي للسلطة المثلى، أو أن " دفة منق الرحم " يمكن أن تعمل كبهر جوي وتحكم في اليوط، وبعض المفاهيم تستخدم محركات متحركة موزعة على طول الطريق.

ويمكن أن تتنبأ الاستخبارات الفنية بالاضطرابات التي تسبقها عدة ثوان باستخدام أجهزة الاستشعار )LiDAR، رادار( وترسيب أسطح التحكم في الانقطاعات من أجل ركوب أكثر سلاسة، وتحتاج نماذج مشروع " تخفيف الارتداد عن طريق المراقبة الانتقائية " التابع للأكاديمية الوطنية للملاحة الجوية في أفريقيا إلى أجهزة استشعار تطلعية لاستباق الكوادر وارتفاعات المصعد/الثقوب قبل ضربات القصوى.

الاستنتاج: تطويل الطابق للتسلح

إن الإنهاء ليس مجرد تكيف هيكلي، بل هو حجر الزاوية في قدرة الطائرة على مواجهة الاضطراب، سواء من خلال عزلة طائرة من طراز T - تايل، أو من خلال التبسيط القوي لذيل تقليدي، أو من خلال قدرة على مواجهة التقلبات المناخية الشاملة، فإن كل تصميم يتطور بتواترات واضحة، وتركيب حركة السيارات، والتحكم في المتاجرة.

For further reading on empennage aerodynamics and turbulence, explore resources from FA ' s Airplane Flying Handbook] (Chapter 4: Flight Controls), NASA’s study on ] Designail Buffet and Dynamic Loads[FT:3]