دور الإنزال في الطائرات الكهربائية والهاجينة

وتشكل عملية الإنزال أو التجمُّع التي تُجرى على بعد عنصراً حاسماً في أي طائرة ثابتة الجناحين، مسؤولة عن استقرار الطوابق والموجات، فضلاً عن التحكم في القذف والسحب، حيث تتحول صناعة الطيران إلى نظم للدفع الكهربائية والإنتشار الكهربي، ويجري حالياً إعادة النظر في الدور التقليدي للتشغيل، وتُستحدث محركات كهربائية مختلفة إلى حد كبير عن ملامح الترجيح، وتُقارن آثارها التقليدية.

المهام الأساسية للفصل

وقبل دراسة الاعتبارات الخاصة بالكهرباء، من الضروري فهم الأدوار الأساسية للطيران التي يؤديها الإنهيار، وتوفر جمعية ذيل الاستقرار بشأن الفأس الجانبية (الخرفة) والفقائر العمودية (الراوة) وتشغل أسطح المراقبة التي تسمح لجهاز التحكم التجريبي أو في الطيران بمناورة الطائرة.

قابلية التحصين والتحكم

المثبت الأفقي يولد قوة أرضية (أو في بعض الأحيان فوق) للطيران الهوائي لمواجهة لحظة القذف التي ينتجها الجناح، وهذا يضمن عودة الطائرة إلى زاوية الهجوم المثلثة بعد الاضطرابات، والمصعد، وسطح مُقابل للضربة الأمامية، وتحكم في الرمي، في تشكيلات اللحوم، ويصبح السطح الأفقي بدلا من ذلك مصعدا.

الاستقرار والضوابط المباشرة

ويوفّر المثبت الرأسي استقرار الطقس، ويبقي الأنف متوافقا مع الرياح النسبية، ويُستخدم الرعد الذي يُركّز على المثبت الرأسي في السحب المنسّق، والهبوط المتقاطع، والسيناريوهات المتخلّفة من المحركات، وفي الطور المركبتين الكهربائية ذات المحركين المركبتين على الجناحين، فإن الدافع اللامعتري من الفشل في المحرك يفرض لحظة تيار.

Control Surface Integration

وكثيرا ما تشمل النفقات الحديثة تراب ثلاثي، أو تراب، أو حتى تصعق بالطائرة بالسيارة، وفي الطائرات الكهربائية، تكون احتياجات الملاجئين من الوزن والكهرباء حرجة، كما أن محركات التحكم بالرحلات الكهربائية أصبحت شائعة، واستبدال النظم الهيدروليكية الثقيلة، ودمج هذه النظم مع حافلة توزيع الطاقة الكهربائية التي تحملها الطائرات يجب أن يكون مصمما بعناية.

Unique Design Challenges for Electric and Hybrid Powertrains

وتستحدث الطائرات الكهربائية والهجينة عدة عوامل تؤثر مباشرة على تصميم الإنزال، وتشمل هذه العوامل نقل مركز مظاريف الجاذبية، وارتفاع حجم المحركات من أجهزة الدفع ذات قطرات كبيرة، والمنظومات الكهربائية ذات الحركة العالية، والحاجة إلى زيادة الكفاءة الدينامية الهوائية إلى أقصى حد للتعويض عن انخفاض كثافة الطاقة في البطاريات.

مركز الجاذبية

مجموعة البطاريات ثقيلة جداً حوالي 200-250 كيلو غرام على مستوى الحزمة، مقارنة بـ 000 12 و/كغ من أجل وقود الطائرات، في تشكيلة هجينة، محرك الاحتراق الداخلي وضغوط المولدات، غالباً ما يقيد وضع البطاريات بواسطة هيكل الطائرات واعتبارات السلامة (احتواء الركام)

آثار الزور والثديث

ويمكن أن تنتج المحركات الكهربائية حرقا كاملا فوريا، ويستخدم العديد من الطائرات الكهربائية أجهزة الدفع ذات المقياس الكبير، وبطء الحركة من أجل الكفاءة، وتولد هذه المحركات ارتفاعا كبيرا في الضغط والارتفاع غير المتناظر في زوايا الهجوم المرتفعة، ويجب أن تُعالج اللحظات المتطايرة واليانصيب الناتجة عن ذلك بأجهزة الدفع الرأسية والأفقية، وفي بعض الحالات، يمكن استخدام القوة المحركة المتمايزة في تحديد درجات السحب المختلفة (ال).

النظم العالية الفولط والتداخل المغناطيسي

وقد تُعدّ هذه الطلقات عناصر منزلية مثل المحركات ذات المحركات المثبتة بالخلف أو الملافتات أو عبوات البطاريات، ويمكن أن تؤدي الكابلات ذات الصبغة العالية التي تُسلّط من ذيلها إلى تدخل الكهرومغناطيسي مع إشارات التحكم بالرحلات، كما أن التدفئة والتجهيزات الأرضية قد تتطلب أيضاً إجراء تحليلات للتبريد أو تبادلات الحرارة مما قد يعطل الشكل التحلل السطحي.

الطلب على الكفاءة الأيرودينامية

وتعاني الطائرات التي تعمل بالبطارية من عقوبة على نطاق واسع مقارنة بمكافئات الوقود الأحفوري، وتسهم كل عملية من عمليات عد الجر في حوالي 10-15 في المائة من مجموع جر الطائرات في الرحلات البحرية، ويجب على المصممين أن يقللوا إلى أدنى حد من المنطقة المبتلة، وأن يُحدوا من أشكال الطاقة الهوائية، وأن ينظروا في مراقبة تدفق الطائرات الملاحية، واستخدام التدفقات اللامانية الطبيعية على المثبتات، مع حدوث تحدي الحساس في مجال الصيانة.

التصميم الجوي ورسم الإستعداد

إن تركيبة ذيل أفقي ورأسي تحكمها معامل قياس ذيل كلاسيكي، التي تربط منطقة ذيل وذراع لحظة بخصائص الجناح الهوائية، وبالنسبة للطائرات الكهربائية، يجب تحديث هذه المعاملات لتسديدها لتعطيل المحركات المتغيرة لللحظات المشتقات وتأثيرات الطاقة.

معامل تايل هوريزونتال فولومي

S[FLT: SH = [S] [FLT]

معامل تايل فولومي

VV = (S)

Tail Airfoil Selection

إن أجهزة البث اللامعية (مثلاً، NACA 0012، 0015) شائعة بالنسبة لسطح ذيل لأنها تقدم رفعاً صفرياً عند زاوية الهجوم الصفري، غير أنه بالنسبة للطائرات الكهربائية التي تركز على كفاءة الرحلات الجوية العالية، فإن ذيل مُكهَّب ينتج تنزيلاً صغيراً في الرحلات البحرية لتعويض الغطاء الغليفي، قد يكون مفيداً، كما أن المتاجرة في ظروف طيران أخرى.

الابتكارات الهيكلية والمادية

ويجب أن يتحمل النزلاق الحمولات الهوائية، والحمولات الدينامية من الكتل والمناورات، وعبء المناولة الأرضية المحتملة (ضربات تلفيق)، وتشييد الوزن الخفيف هو الأهم بالنسبة للطائرات الكهربائية من أجل زيادة الحمولة والنطاق إلى أقصى حد.

المركبات وصناعة المواد المضافة

وتسيطر البوليمرات المجهزة بالمركبات الكربونية المجهزة بمركبات الكربون على مركبات الطائرات الحديثة، وبالنسبة للطائرات الكهربائية، فإن القدرة على ربط أو إشراك الأعضاء الهيكلية في المسارات الكهربائية المتكاملة (مثلاً، بالنسبة لقطع غيار الطائرات المحتوية على التحلل، والملاحة) مفيدة.

رصد الصحة الهيكلية

ويمكن للمستشعرات الضوئية المتحركة أو رقائق التجميل أن ترصد السلالة والأضرار في الوقت الحقيقي بالنسبة للطائرات الكهربائية ذات الاستخدام العالي (مثلاً حركة الهواء الحضرية)، والتنبؤ بالحياة الدهنية، ويمكن تصميم هيكل ذيل بتحمل المسؤولية عن الأضرار باستخدام طرق متعددة للشحن وألواح الدخول إلى التفتيش.

البرق والسلامة الكهربائية

ويجب أن تمتثل الطائرات الكهربائية لمتطلبات حماية البرق، كما أن الإنزال هو نقطة ضرب محتملة، إذ أن السطو في الهياكل المركبة، وقطع البرق، وقطع الربط تستخدم في تصريف التيار بأمان، بالإضافة إلى أن البطاريات والكابلات ذات الفولط العالي يجب أن تكون معزولة عن الإطار الجوي لمنع حدوث سطو.

اتحادات البناء الابتكارية

ويتسع نطاق الحيز المخصص لتصميم الطائرات الكهربائية ليتجاوز المخططات التقليدية، ويجري استكشاف عدة تشكيلات جديدة لتحسين الكفاءة، أو الحد من الضوضاء، أو إدماج عناصر الدفع الكهربائي.

V-Tails and Ruddervators

ويجمع القيد الخامس بين وظائف المثبطات العمودية والأفقية في سطحين مربوطين، مع المفترسين الذين يوفرون السيطرة على القذف والياو، مما يقلل من المساحة المبللة والوزن، ويمكن أن يبعد المحركات الدافعة عن الجناحين، كما أن Pipistrel Velis Electro تستخدم أجزاء من التعقيد

T-Tails and Empennage-Mounted Batteries

ويضع جهاز التكييف الأفقي في أعلى الزنزانة العمودية، وينقل هذا التشكيل السطح الأفقي من الموجات السفلية من الجناح والزواحف، ويحسن الاستجابة، ويتيح أيضا استخدام الصمامات الكهربية لتخزين البطاريات، ويستخدم العديد من مفاهيم الطائرات الكهربائية للطائرات التي تستخدم الطينات لإبقاء الطائرة نظيفة من الرذاذ، والسحب الرئيسي هو الوزن الإضافي واللحظة التي يضيفها على الهيكل الزهيد.

اللحية وأجهزة تصميم ثلاثية الأبعاد

وتحتوي تشكيلات الكانتر على سطح أفقي للأمام وعلى سطح خلفي (محل) في الطائرات الكهربائية، يمكن للوحات الرئيسية أن ترتفع نسب الجانب وتخفض من الجر المسبب، وتُستخدم السطح الخلفي كمثبت وأحيانا كسطح للتحكم.

الجناح المطير والتصميمات اللامعة

وتقضي بعض الطائرات الكهربائية على العزلة بالكامل باستخدام السقوط والزجاجات من أجل السيطرة عليها، وتتبع هذه الطريقة تصميمات الطائرات بدون طيار (الدفع الموزع) ومختلف تصميمات الطائرات بدون طيار، وتعاني التشكيلات المتتالية من أدنى درجات السحب، ولكنها تتطلب نظما متطورة لزيادة الاستقرار للحفاظ على السيطرة، وهي حساسة لنوبات الطائرات المصفحة، التي تشكل تحديا للتصميمات ذات القوة الشرائية.

مراقبة تدفق السيارات على سطح التايل

ويختبر الباحثون محركات الطائرات التركيبية، وتفجيرها، وتشويشها على أسطح ذيل لتعزيز رفعها وتأخير الفصل بسرعة منخفضة، وبالنسبة للطائرات الكهربائية ذات الطاقة الكهربائية المتاحة، يمكن لهذه النظم أن تقلل من حجم التعقب المطلوب وسحبه، ومن الأمثلة البارزة مشروع الاتحاد الأوروبي AFFECT الذي أثبت وجود مراقبة تدفقية على ذيل عمودي.

تكامل النظم والتصديق عليها

إن تصميم النفقة على طائرة كهربائية أو هجينة ليس مجرد مهمة هوائية أو هيكلية؛ بل ينطوي على تكامل وثيق مع نظم التحكم بالكهرباء والحرارة والرحلات الجوية، ويتطلب التصديق بموجب الباب 23 أو الباب 25 (أو ما يعادل أوروبا، CS-23/25) إثبات أن ذيل يمكن أن يتحمل جميع الحمولات والإخفاقات المتوقعة.

Fly-by-Wire and Stability Augment

ويجري تصميم العديد من الطائرات الكهربائية باستخدام نظم المراقبة الكاملة للطائرات بالزبائن، بما في ذلك أسطح العزل، مما يتيح الاستقرار الثابت المخفف للحد من حجم ذيل الطائرات وسحبها، كما أن حواسيب مراقبة الرحلات تمسح الأسطح آلاف المرات في الثانية للحفاظ على الاستقرار، ومن أجل التصديق، يجب أن تكون القنوات الزائدة المتعددة، والبرامجيات المرتدة (مثلا، استخدام جهازين قياسيين مختلفين.

الإدارة الحرارية للمكونات الطينية - المتحركة

وإذا كان المسافرون أو المحركات يسكنون في المركب، يجب رفض حرارة النفايات، وقد يتطلب ذلك مصارف حرارة مسطحة، أو مضخات هوائية، أو حلقات تبريد سائل تُوجه عبر الهيكل، ويجب التقليل إلى أدنى حد من التأثير الجوي لهذه الملامح، فعلى سبيل المثال، فإن الغطس على الزعان الرأسي لتبريد الهواء يمكن أن يضيف ضغطا على السحب.

التصحيح

أما الطائرات الكهربائية فهي أكثر هدوءاً عموماً، ولكن يمكن للناقل أن يسهم في الضوضاء، لا سيما في تشكيلة المنافذ عندما يقوم الطيارون بنشر مكابح أو مكابح متحركة، بالإضافة إلى أن تفاعل مروحية الدفع مع أسطح ذيل يمكن أن ينتج ضوضاء جماعية، وأن انخفاض مستويات الضوضاء هو ميزة للعمليات بالقرب من المناطق المأهولة بالسكان، وبالتالي يهدف المصممون إلى التقليل إلى الحد الأدنى من الضجيج المستحث من خلال التنظيف الدقيق ومراقبة الزهر.

خاتمة

(أ) تصميم الطائرات للطائرات الكهربائية والمهجنة هو تحد متعدد التخصصات يقوم على الديناميكية الهوائية التقليدية مع إدخال تكنولوجيات وقيود جديدة، والتحول في مركز الجاذبية بسبب وضع البطاريات، والضغط العالي والمفاعل من المحرك الكهربائي، والضغط المتواصل على كفاءة الهواء، يتطلب حلولاً مبتكرة مثل التحكم في التدفقات، والتصميمات غير المستقرة