أجهزة مضاعفات الأيرودينامية في الطائرات ذات الدفع الرباعي

وقد دفع السعي إلى تحقيق استدامة الطيران الطائرات بالطاقة الشمسية من النماذج الأولية التجريبية إلى المنصات التشغيلية القادرة على الطيران المتعدد الأيام والعالي الارتفاع، وخلافاً للطائرات التقليدية التي تعتمد على محركات الاحتراق أو التربينات، تعمل الطائرات الشمسية في إطار ميزانية دقيقة للطاقة، إذ يجب تخصيص كل واط من الخانات المحصولة من الخلايا الميكانيكية الضوئية بعناية للدفع، ونظم التزلج، ومراقبة الرحلات الجوية.

وتبحث هذه المادة المبادئ الأيرودينامية التي تقوم عليها أعمال الأداء المرن في الطائرات ذات الطاقة الشمسية، وأنواع محددة من المغازلة المستخدمة، والمهندسين المتنازعين في التصميم، والتكنولوجيات الناشئة التي تعد بزيادة فعالية هذه النظم، وبفهم كيفية تفاعل المنافذ مع الهندسة الجناحية، وسلوك طبقة الحدود، وتكامل الألواح الشمسية، والمهندسين، والحماسات على حد سواء، يمكن أن يقدروا الدور الخفي.

مؤسسة الطيران الأيرودينامية لعملية الطير

في صميمها، تكون النكبات عالية الارتفاع التي تعدل طول الكامبر أو الطول المضغي أو زاوية هجوم فعال على جناح ما، وفي الطائرات التقليدية، تستخدم الطوافات أساسا أثناء الإقلاع والهبوط لزيادة سرعة الرفع بالسرعة المنخفضة، مما يتيح لأجهزة إطفاء الأرض أقصر وسرعة أكثر أمنا، أما بالنسبة للطائرات التي تعمل في كثير من الأحيان في فترات طيران متواضعة وفي ارتفاعات تتسع فيها معدلات كثافة الهواء

وعندما يُنخفض الركود، يزيد من فعالية مكنسة الجناح، ويحول هذا توزيع الضغط، ويخلق فرقا أكبر في الضغط بين السطحين الأعلى والأدنى، وينتج عن ذلك ارتفاع معامل الرفع (CL،ماكس )، مما يسمح للطائرة بتوليد نفس المصعد عند درجة حرارة أقل أو بزيادة حجم السحب.

ومن الآثار الحيوية الأخرى للهوائية تعديل درجة الضغط في الجناحين ويمكن للأعلام أن تؤخر أو تعزز فصل طبقة الحدود تبعاً لتصميمها، مثل توجيه الهواء عالي الطاقة من السطح السفلي من خلال فجوة لإعادة ضخ طبقة الحدود على السطح العلوي، مما يتيح حدوث انكماشات أعلى في الطراز قبل حدوث التعطلات.

"العملة الخاصة بالطائرات الشمسية"

وفي أي طائرة، فإن نسبة الرفع إلى الدراجة هي مقياس مباشر للكفاءة في مجال الطاقة الهوائية، إذ أن الطائرة التي تعمل بالطاقة الشمسية تترجم تقريبا إلى مواصلات، ويعني ارتفاع درجة الحرارة/الدرجة أقل ضرورة للحفاظ على مستوى الطيران، مما يقلل من قدرة نظام الدفع ويترك طاقة أكبر لعمليات الشحن أو الحمولة.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن نظام أرقام رينولدز للطائرات الشمسية - من حيث التقريب بين 10 5] و10 - - يعني أن التأثيرات المركبة أكبر نسبياً من ذي قبل في الطائرات ذات السرعة العالية، وأن أداء السحب في أرقام الأنفاق القديمة جداً حساسة بالنسبة للانتهاء السطحي، والتقلبات المصممة مسبقاً،

أنواع العلم وتطبيقها في الطيران الشمسي

بينما كانت المادة الأصلية مدرجة في قائمة المعالم بوضوح، وملوّنة، و(فولر) تزدهر، فإن فحصا أعمق يكشف عن مشهد أكثر دقة من أنواع النكهة، وكلها مزايا ونتائج مميزة للمنصات الشمسية، ويتوقف اختيار نظام النكهة على موجزات الطائرات، وهيكل الجناح، وميزانية مقبولة للوزن والتعقيد.

Plain Flaps

كما أن أفضل تصميمات الطحالب هي أبسط تصميم: أي جزء مشرق من الطرف المتجه إلى التقلبات، وميزتها الرئيسية هي البساطة الميكانيكية والوزن المنخفض، أما بالنسبة للمركبات الشمسية ذات الأصفاد دون 10 أمتار، فإن الذبابات البسيط يمكن أن توفر زيادة كافية في حجم الرحلة دون إضافة تكلفة تصنيع كبيرة، غير أن كفاءة هذه المركبات الهوائية محدودة.

Slotted Flaps

فالثغرات الملوَّثة تتضمَّن فجوة مصممة بعناية بين الجناح و الطرف المُسبق، وهذا الفتحة يتيح الهواء العالي الضغط من السطح الأدنى إلى التدفق إلى أعلى وعلى الرف، ويُنَزِّز طبقة الحدود ويؤخر الفصل، ويُعزى ذلك تحديداً إلى زيادة كبيرة في التصاميم المُتَصَلَّفة من حيث الحرارة العالية الارتفاع، حيث يتراوح بين 50 و60 في المائة على درجة الذروة في الشدة في نفس زاوية التسلق المُبة، مع انخفاض جذابة.

Fowler Flaps

Fowler flaps combine downward circulation with rearward translation, effectively increasing both the camber and the chord length of the wing. This dual action provides the highest comefficient gains of any conventional flap typeup to 100 percent or more over the clean wing-while also increasing wing area, which reduces wing loading.

أضواء منقوعة

أما النكبات المنبعثة التي لا تنتشر إلا من السطح الأدنى بينما لا تزال السطح العلوي دون تغيير، فهي تستخدم أحيانا على متن طائرات شمسية حيث يغطّى سطح الجناح الأعلى بكثافة الخلايا الفولطية الضوئية، ولأن الشعلة لا تعطل المخروط السطحي العلوي، فإن تركيب الألواح الشمسية يمكن أن يمتد إلى الطرف المقطوع، ويزيد المساحة المولدة، غير أن الطوافات المجزأة تنتج أعلى من تصميمات المتحركة أو المزروعة.

أجهزة الاستيعاب والاختطاف

فبعد أن كانت هناك قفزات تقليدية أو انكماشية، فإن مجموعة متزايدة من البحوث تستكشف أوجه التقدم المتكيفة أو الملتوية، وتستخدم هذه النظم السكك الحديدية الشكلية، والمضادات الكهربائية، أو الجلدات المرنة التي تحركها الارتداد، لتغيير الكامبر المتتابع للجنحة بشكل مستمر وسلس، دون وجود خطوط خلية مفصولة.

اعتبارات التصميم للطائرات ذات الدفع الرباعي

إن إدماج المنافذ في طائرة تعمل بالطاقة الشمسية يشمل المبادلات التي تمتد إلى أبعد بكثير من الديناميات الهوائية، ويجب على فريق التصميم أن ينظر في الوزن الهيكلي، واستهلاك الطاقة لنظام التكوين، والإدارة الحرارية، والقابلية للصنع، والتفاعل بين نشر المنافذ وأداء الأفرقة الشمسية.

الوزن الهيكلي والمواد

فكل جرام يضاف إلى طائرة شمسية يقلل من القدرة على تحمل الحمولة أو تحملها، لذا يجب أن تكون هياكل الرش خفيفة قدر الإمكان، مع وجود حمولات هوائية ثابتة يمكن أن تتجاوز 2 كيلوغراما أثناء الاضطرابات أو المناورات، كما أن الطائرات الشمسية الحديثة تستخدم الشطائر المركبة بجلود الألياف الكربونية والرغوة أو بقاع العسل من أجل أسطح مشتعلة.

نظم التكوين وميزانية الطاقة

فالكهرباء تستهلك الطاقة الكهربائية، التي تنجم مباشرة عن نفس المجموعة الفوتوغرافية التي تخول المحرك الدافع والملاحين، وبالتالي فإن الاختراع الفعال أمر أساسي، فأغلبية المركبات الشمسية تستخدم محركات الحرق الكهربائي التي تستخدم فيها أجهزة التكتل الكواكبية، وتحقق الكفاءة فوق 85 في المائة، ويجب أن يكون نظام التحكم في درجة الحرارة الدنيا مضافاً إليها في حدود 0.5 درجة.

التكامل مع الأشعة الفوتوغرافية

وتفرض الألواح الشمسية على سطح الجناح قيودا على قياسات ووزع الطين، وإذا ما امتدت الطوافات من الطرف المقطوع، فإن الخلايا الشمسية يجب أن تتوقف عن خط التلال، وتخفض مساحة التوليد النشطة، وتخفف من حدة الرش، وتضع بعض تصميمات الاختراق السطحي المرنة، وتضع علامات الاختناق الخاصة بها، ويظل النظر في حالة نشر الرف، فيمكنة من إلقاء الصور على الخلايا الشمسية المتاخمة.

نظام المراقبة

كما أن الطائرات الشمسية الحديثة تستخدم نظما مستقلة لمراقبة الطيران تدير مواقعها المشتعلة كجزء من استراتيجية أوسع نطاقا لتحقيق الاستقرار في الطاقة، كما أن حاسوب الطيران يرصد باستمرار سرعة الهواء، وزاوية الهجوم، ومعدل التسلق، وحالة البطاريات، والأشعة الشمسية، ودرجة الحرارة، ثم تختار فترات الذباب التي تزيد من صافي مكاسب الطاقة إلى الحد الأقصى، وهذا هو الفرق بين المدخلات الشمسية والطاقة الهوائية المطلوبة.

استخدام أجهزة الإضاءة

وتمر الطائرات ذات الطاقة الشمسية عبر مراحل طيران مختلفة، كل منها مطالبه الهوائية، ويجب أن تصمم استراتيجيات نشر الطائرات بحيث تتناسب مع هذه المراحل لتحقيق أقصى قدر من تحمل البعثة عموما.

المقذوفات والمركبة الأولية(ب)

وعلى ارتفاعات منخفضة، ينتج الهواء الكثافة، وتنتج الألواح الشمسية ناتجاً شبه ماكسيم نتيجة لانخفاض التكثيف الجوي، غير أن الإقلاع يتطلب رفعاً عالياً لكي يصبح محمولاً جواً ذاتياً ذاتياً ببطولة محدودة، وتُنشر الطوافات في العادة إلى 15 إلى 25 درجة متوقفة على الطلاء المشتعل وبطء الحركة إلى أعلى من التناوب.

كروز في خط العرض الأمثل

خلال الرحلة البحرية، تُريد الطائرة ارتفاعاً حيث ترتفع سرعة الرياح، ودرجة الحرارة الجوية في حدود تشغيل البطاريات، وفي هذه المرحلة، تُسحب الطوافات أو تُنشر في زاويات صغيرة جداً (من صفر إلى 3 درجات) لتُحسّن نسبة الـ (ل.د.

موقع التقاط ومحطة

وبالنسبة للطائرات الشمسية التي تقوم بمهام مستمرة للمراقبة أو الاتصالات، يتطلب التسكع في موقع جغرافي ثابت وجود نمط يظل داخل منطقة محددة، وكثيرا ما ينطوي ذلك على تحويل الرحلات الجوية، مما يزيد من الجر المتعمد، ويمكن نشر أجهزة الإضاءة بطريقة غير متماثلة للمساعدة في التحول إلى سطح التحكم في التدحرج أو الاستدلال على نحو غير متماثل للحد من سرعة التعثر أثناء فترات ضيقة، ويستخدم بعض الطائرات الانحرافات الفاسدة المتباينة مع الدلائل.

Descent and Landing

فالزئبق في طائرة شمسية هو عادة مسألة مُهِلة، حيث يُطهر أو يُتوقَّف عن الرشّة للتقليل إلى أدنى حد من السحب، وتُنشر الأنظار على مراحل عندما تقترب الطائرة من منطقة الهبوط، وتزيد من سحبها المستقل إلى درب الهبوط دون أن تُحدث سرعة مفرطة، ويقلل النشر الكامل للغاز المشتعل (من 30 إلى 45 درجة في كثير من الأحيان إلى التصميمات) من سرعة اللمس، مما يسمح بالهبوط على سطح مصمم أو غير مجهز.

المراجع الخارجية والقراءة الإضافية

ويُشجَّع القراء المهتمون بتعميق التفاصيل التقنية على التشاور مع الموارد التالية:

خاتمة

إن الأعلام أكثر من مجرد الإقلاع والإسقاط في سياق الطيران بالطاقة الشمسية، وهي أدوات نشطة للطيران تؤثر مباشرة على معادلة توازن الطاقة التي تحكم كل لحظة من فترات الطيران، ومن خلال اختيار نوع المغازلة، والمقياس الجيولوجي، واستراتيجية التحكم، يمكن للمهندسين أن يحسنوا معدلات الانتقال إلى السحب عبر مجموعة واسعة من الظروف، وأن يقللوا استهلاك الطاقة خلال مراحل الطيران الحرجة، وأن يوسعوا نطاق التقيد بالوزن.