Table of Contents
مقدمة: إعادة النظر في الحاسوب الجوي
وقد تغلبت التشكيلة التقليدية للأنواع والأجنحة على الطيران التجاري، فبينما ثبتت جدواها وموثوقيتها، فإن هذا التصميم يقترب من الحدود الأساسية للهوائية والهيكلية، كما أن السعي إلى زيادة كفاءة الوقود، وانخفاض الانبعاثات، وزيادة قدرة المسافرين، قد أدى إلى إجراء بحوث في تشكيلات بديلة، ومن بين أكثرها واعدة، أن الطائرات التابعة لهيئة الجناح الهجينة، بخلاف مزيج تقليدي من الصمامات والأجنحة، التي تُجُعُتُتُتُتُتُتُتُتُتُعُتُتُتُتُتُها.
وهذا المفهوم ليس جديدا تماما؛ فالتصميمات التي تصممها أجنحة الطيران في الأربعينات ومفجرات الارواح B-2 تبين جدوى جميع طائرات الرفع، غير أن مجلس البيوت يتفاوت بدمج هيئة مركزية متميزة تسهم أيضا في رفع، واستعادة صمامات واسعة النطاق، تتحول بسلاسة إلى أجنحة، وقد أدت التطورات الأخيرة في المواد، وديناميات السائل الحاسبي، ونظم مراقبة الجيل.
أهم الملاءمات التي تخص هيئة الجناح الهجينة
وتعود الفوائد الرئيسية للشركة على تكاملها الأيرودينامي والهيكلي، مما يجعلها مرشحة مقنعة لكل من التطبيقات التجارية والعسكرية.
1 - الكفاءة الأيرودينامية الخارقة
ويقلل الشكل السلس والمختلط للمركبة بدرجة كبيرة من الجر بالمقارنة مع تصميم الأنابيب والأجنحة التقليدية، وفي طائرة تقليدية، تؤدي أعمال التبريد والأجنحة والانتقال إلى حدوث تدخل في مقاطعتها، ويلغي هذا النوع من المركبات الواجهة الحادة، مما يتيح المجال للتدفق الجوي بشكل أكثر نظافة على كامل المركبة، كما أن المجموعة الكبيرة من مراكز رفع المركبات تسهم في رفعها بشكل عام، مما يقلل من نسبة السحب إلى الجناحين.
2 - استهلاك الوقود المنخفض بدرجة كبيرة وانبعاثاته
ومن شأن تحسين الكفاءة الدينامية الهوائية أن يقلل مباشرة من استهلاك الوقود، وتشير الدراسات التي أجراها ناسا وشركاؤها في الصناعة إلى أن سداسي البروم ثنائي الفينيل يمكن أن يحقق تخفيضا بنسبة 50 في المائة في حروق الوقود لكل مقعد مقارنة بطائرة من طراز بوينغ 737-، مع انخفاض مماثل في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، وعندما يقترن ذلك بـ وقود الطائرات المستدامة [FzeLT:1] أو بدافع من الهيدروجين.
3 - زيادة قدرة المسافرين والكاريغو
ويتيح هذا المركز الواسع النطاق والمسطح للمركبة قدرة أكبر حجماً من ضخ مكثف من نفس طوله، مما يتيح تشكيلات الجلوس ذات العجلات المزدوجة على متن طائرة قصيرة المدى إلى متوسطة المدى، مما قد يستوعب عدداً أكبر من الركاب في كل وحدة، كما أن بعض المفاهيم تقترح مخططات للشحن تتراوح بين ٨ و٠١ أبهر، مقارنة ب ٦ طائرات مصفحة في إطار نموذجي للشحنات.
4 - تعزيز الكفاءة الهيكلية والحد من الوزن
وفي تشكيلة مختلطة، يعمل هيكل الجناح والجسد المركزي معاً على حمل الحمولات، ويعمل المركز العميق كصندوق هيكلي، مما يقلل من لحظات الإقراض في الجذر الجناحي، مما يتيح تركيبة أولية أخف مقارنة بقطعة من النسيج والجناح، كما أن المواد المركبة المتقدمة، مثل المواد المستخدمة في تركيبة بوينغ 787 والطائرات A35، يمكن أن تصمم بحيث تخفض وزنها إلى الجزء الأقل من وزناً.
5 - مخططات دوران منخفض
والمحركات على سطح الماء الثقيل تُقام عادة على سطح أعلى أعلى، فوق الصمامات، وهذا التنسيب يدر الضوضاء التي تولدها المروحة وعادم الطائرات من الأرض، مما يعكس ذلك، وبالإضافة إلى ذلك، فإن سطح الرفع الكبير المستمر يساعد على نشر الوعاء، ويقلل الضوضاء السمية من دودة الجناحين، ولا يوجد انخفاض في حجم الطائرة النافورة التنظيمية والمجتمعية الجاهزة، ويعرض هيكل HWB المقارن ميزة كبيرة.
6 - تحسين الجدارة والسلامة
ويمكن تصميم الهيكل المتكامل للمركبة بحيث يستوعب آثار التحطم على نحو أكثر فعالية، حيث توفر المجموعة المركزية العميقة منطقة أكبر من الطحالب وتوفر حماية أفضل في الهبوط الحاد، كما أن الجسم الواسع يحسن الاستقرار في هبوط المياه، كما أن منطقة الرفع الكبيرة توفر قدرة أكثر طبيعية على التعثر في حالة فقدان الطاقة، وفي حين أن جميع تصميمات الطائرات تخضع لفحص دقيق، فإن القياس الجيولوجي للشركة يوفر فرصا فريدة من أجل الحصول على الأمان.
التصميم والتحديات التشغيلية
كما أن نفس السمات التي تجعل سداسي البروم ثنائي الفينيل جذاباً تخلق عقبات هائلة، وسيتطلب التغلب على هذه التحديات تحقيق إنجازات في مجالات الهندسة والصناعة التحويلية والاعتماد.
1 - التعقيد الهيكلي والهيروئي
فالتطوير المختلط يستحدث مسارات معقدة للحمولة وسلوكاً هزلياً، وخلافاً للجنحة التقليدية التي تلتف بشكل منفصل عن النسيج، يجب تصميم هيكل سداسي البروم ثنائي الفينيل ككيان واحد ومرن، كما أن أساليب الكسر والاختلاف والحمولات الضيقة يجب أن تؤثر على كامل الإطار الجوي، وتتطلب أساليب تحليل متقدمة ونظم رقابة نشطة.
Material innovation] is critical. Carbon-fiber-reinforced polymers (CFRP) offer high strength-to- weight ratios, but their anisotropic properties complicate stress analysis. Hybrid metal-composite joints are necessary to connect the non-circular pressure cabin to the outer wing. OngoimT research at2]
2 - الضغط على المصابين وإخلاءهم في حالات الطوارئ
ويصعب إلى حد كبير حرق الأزياء غير المسيل، ويوزع الأسطوانات على الرؤوس، ويزيد من عدد الرؤوس التي تُجرى في حالة الطوارئ، ويُعدّ من خلاله انحرافات هيكلية، ويُعدّ من حيث الاختلاء، ويُعتبر الاختلاء في حالة الطوارئ، ويُعتبر الاختلاء في حالة الاضطرابات التي تُجرى على مستوى سطح السفينة، ويحتاج إلى أطر معززة كبيرة من الشواطئ.
3 - الاستقرار والمراقبة
كما أن البيوت ذات العجلات العالية لا تملك الذراع الطويل للطائرات التقليدية، التي توفر عادة استقرار القاذورات والسيطرة عليها، ولأن الجسد المركزي ينتج أيضاً رفعاً، فإن مركز الجاذبية للطائرات يجب أن يدار بعناية، وفي تشكيلة غير مثبتة أو قريبة من الطول، يعتمد نظام HWB على الفول (المجمع بين أسطح العجلة والزئية) ويزيد من سرعة السحب.
4- الصناعة التحويلية والجمعية
فبناء هيكل كبير وغير مأمون أكثر تعقيداً من تركيب البراميل السائلة المسيلية وجلود الجناحين المستقيمة، وتحتاج مكونات البيوت إلى كميات كبيرة من القالب والأوراق، كما أن منحنى من المصانع الأساسية ذات السمعة العالية يمكن أن يُستخدم في تركيب أجهزة التزود بالأجهزة الآلية () تقنيات تركيب مركب مصممة بشكل آلي.
5 - الصيانة والتفتيش
]الهيكل المتكامل يجعل من الصعب الوصول إلى عناصر عديدة للتفتيش والإصلاح الروتيني: فالأرغام، والخطوط الهيدروليكية، والنوافذ المكيفة للهواء يجب أن توجه عبر قاعات مركزية عميقة، مما يتطلب وجود كواشف وقود قابلة للتلف، إلا أن فتح هذه الألواح يعطل سطح الهواء.
6 - شهادات ومفاوضات تنظيمية
أما معايير الجدارة الجوية الحالية (FAR Part 25, CS-25) فقد كتبت حول الطائرات التي تحمل الأنابيب والأجنحة، أما مخططات شركة HWB غير التقليدية فتثير أسئلة كثيرة: ما الذي يشكل " سطحاً للطيران " إذا لم يكن هناك أنف تقليدي؟ وما هي اختبارات الضغط التي تجرى على هيكل غير مهيمن؟ وما هي خصائص التماطل التي تحدد بالنسبة لطائرة تسهم فيها برامج الإنقاذ الواسعة النطاق؟
البحوث والأنماط الأولية الحالية
وقد أحرز تقدم كبير في البحوث المتعلقة بالطائرات HWB. وقد وضع مشروع الطيران المسؤول بيئيا التابع للرابطة سلسلة X-48 من الطائرات غير المأهولة من طراز HWB، التي تطير من عام 2007 إلى عام 2013، وأظهرت الطائرات من طراز X-48B و X-48C استقرارا في قوانين مراقبة الطيران المنخفضة السرعة والمصادق عليها.
وفي عام 2020، أعلن " طائرة ميدالية من أجل تقييم واختبار متظاهرين من طراز RWB SB-AV صغير الحجم، مصممة لاستكشاف مفاهيم الارتداد الجوي والتحكم فيها، كما أن مفاهيم Airbus ZEROe هي منصة تخزين هيدروجينية صغيرة الحجم، تتضمن مرتكزات للحجم المختلط.
التطبيقات المحتملة والتوقعات المستقبلية
ويمكن أن يؤدي أفضل تطبيقات سداسي البروم ثنائي الفينيل إلى خفض تكاليف المكشوفات إلى حد كبير في القطاع البعيد المدى (200-400+مقاعد) والشحن الجوي العسكري، وبالنسبة للطرق التجارية الكثيفة، يمكن أن يؤدي سداسي البروم ثنائي الفينيل إلى خفض كبير في تكاليف المكدسات عند بلوغ الأهداف البيئية، حيث يقدر مشغلو السيارات القدرة على تحميل حاويات من أحجام مختلفة في حوزة كبيرة غير مجهزة.
غير أن الدخول إلى الخدمة في الأجل القريب (2030-2035) أمر غير محتمل بسبب العقبات المبينة، وتشير جداول زمنية واقعية أكثر إلى طائرة تجارية من طراز HWB في العشرينات، شريطة استمرار برامج النضج التكنولوجي، ويمكن استخدام نهج تدريجي: أولا، طائرة شحن من طراز HWB العسكرية (مثل الاستبدال المقترح من طراز C-17) لإثبات المفهوم، ثم نقل شحن تجاري، وأخيرا عمل مركب رقمي، متقدم في نظام الدفع.
التبرير الاقتصادي والبيئي
ويمكن أن تؤدي المزايا الجبارة للشركة - خاصة في كفاءة الوقود والضوضاء - إلى تحقيق أهداف الاستدامة - وحتى مع ارتفاع تكاليف التطوير الأولي والتصنيع، فإن الوفورات في عمر الوقود والصيانة )إذا حلت مسائل الوصول( إلى هذه المركبات يمكن أن تجعل من التكلفة استخدام طائرات البيوتادايين السداسي الكلور، كما أن الخطوط الجوية تطالب بطائرات ضيقة جديدة بنسبة ٢٠ إلى ٣٠ في المائة من كفاءة الوقود بحلول عام ٢٠٣٥؛ ويمكن أن يتجاوز حجم البيوتادايين السداسي الكلور هذا الهدف.
خاتمة
وتمثل طائرة هيئة الجناح الهجينة تحولاً في تصميم الإطار الجوي، وتحسينات واعدة في مجال التغيير في الكفاءة الأيرودينامية، واستهلاك الوقود، وقدرات الركاب، والحد من الضوضاء، وقد تكون المزايا واضحة ومدعمة بشكل جيد بالبحوث، ومع ذلك فإن الطريق إلى صناعة معتمدة ومصممة على أساس السوق، قد يعرقلها تطور كبير في الهياكل الأساسية، والاستقرار، والصناعات، والصيانة، والتحديات التنظيمية.