وتمثل هذه الطوافات الصغيرة الحجم من أكثر الابتكارات تبعية في الهندسة الجوية الحديثة، مما يعطي الطائرات القدرة على إعادة تشكيل أجنحتها أثناء الرحلات الجوية لتلبية متطلبات كل مرحلة من مراحل التشغيل، وخلافا للأسطح الهوائية الثابتة، فإن هذه النظم القابلة للتعديل تتيح أداء إطار جوي واحد بكفاءة عالية عبر نطاق واسع من الظروف - من عمليات الإقلاع البطيئة والكثيفة الاستخدام للرفع إلى درجة الضغط السريع.

ما هي "العلامات المتغيرة"؟

فالأضواء التي تُستخدم في الطوافات ذات الجاذبية المتناهية هي أسطح أجنحة يمكن أن تغير شكلها أو توسيعها أو موقعها العنيد مقارنة بالهيكل الرئيسي للجناح أثناء الرحلة، وهي فئة محددة من الأجهزة ذات الرفع العالي، وتشمل أيضاً قطعاً ثابتة، وزوجات ممزقة، ولكن يمكن تمييزها عن طريق قدرتها على تغيير مقياسها الجغرافي باستمرار أو في خطوات متفرقة.

و من خلال تغيير المقصف و منطقة الجناح المُعدّلة، تُحوّل النكهة نسبة الرفع إلى الدراجة إلى ظروف الطيران الفورية، وخلال المراحل المنخفضة السرعة مثل الإقلاع والهبوط، تُقدّم الطوابق إلى أسفل وخلفية، مما يُنتج ارتفاع مستوى المُصطفات في مُستويات الكمّات الجوية.

ويمكن اختراق الطوافات ذات الجمود المتغير من خلال مجموعة متنوعة من النظم الميكانيكية أو الهيدروليكية أو الكهروميكانيكية، ويتوقف تعقيد نظام الإصطناعات على عدد الأجزاء المشتعلة، ونطاق الحركة المطلوبة، والتكامل مع حواسيب الطائرة لمراقبة الطيران، وفي الطائرات الحديثة ذات الطراز الواحد، كثيرا ما تدار عمليات الإرتفاع الأمثل حسب الترتيب.

المبادئ الأيرودينامية خلف فلاب الناموسيات

ولفهم سبب فعالية المتغيرات في الجراثيم، يساعد على إعادة النظر في القوى الأيرودينامية الأساسية التي تحكم الطيران، وينشأ الرفع عن طريق الفرق بين السطحين الأعلى والأدنى للجناح، ويخلق جناحاً به كاميرا ضغط أكبر، وينتج عنه المزيد من الرفع، ولكن أيضاً أكثر استحثاً.() ويعارض الشكل الأدنى للتوجه ويقلل من كفاءة استخدام أجنحة الطائرات.

ويحل هذا المشكل من خلال السماح للجناح بتغيير كاميراه دينامياً، وعندما يتم نشره، تزيد الطوافات بشكل فعال من كوابير الجناح، وتضع حداً أقصى لطوله، وتتحول هذه الطوافات إلى أعلى، مما يسمح للطائرة بتوليد نفس المصعد عند ارتفاع سرعة الهواء أو رفعها بدرجة أكبر في نفس سرعة الهواء.

ويطبق المبدأ نفسه على إدارة الجروح، ففي أثناء النهوج والهبوط، يتطلب الطيارون مراقبة دقيقة على معدل النسب وسرعة الهواء، ويزيد نشر المزلاجات من جرها، مما يسمح للطائرة بالهبوط بشكل أكثر حدة دون التعجيل، وهذا أمر بالغ الأهمية عندما تقترب من المطارات في المجال الجوي المزدحم أو عندما تتطلب إجراءات وقف الضجيج مساراً أكثر حزماً، ويستخدم بعض الطائرات أجهزة التحكم في السحب المتحركة المتحركة.

How Variable-Geometry Flaps Improve Aircraft Performance

رفع مستوى الرفع أثناء الإجلاء والهبوط

أما الفائدة الأكثر إلحاحاً من المنافذ المتغيرة للمنازل فهي الزيادة الكبيرة في المصعد المتاح خلال المراحل الحرجة المنخفضة السرعة من الرحلة، حيث يمكن للطائرات، عن طريق توسيع نطاقها، أن تحقق الإقلاع على أرض أقل سرعة، مما يقلل طول المجرى المطلوب، وهذه القدرة حيوية بالنسبة للطائرات التي تعمل من ممرات قصيرة أو عالية، حيث تقل كثافة الهواء وتواجه سرعة إنتاجها تحديات متأصلة.

خفض الدراجة خلال فترة الكروز

وعندما تصل الطائرة إلى ارتفاعها وسرعتها المفجعتين، تتراجع الطوافات إلى عرض سطح جوي نظيف، مما يقلل من حجم الجر، ويتيح للطائرة الاحتفاظ ببطولة جوية أعلى من ذي قبل لنفس الحيز، وبالنسبة للرحلات الجوية الطويلة، فإن حتى الانخفاض الصغير في جر الرحلات السياحية يترجم إلى وفورات كبيرة في الوقود على آلاف الأميال البحرية، وقدرة على القضاء التام على السحب المرتبط بأجهزة النقل الرئيسية أثناء الرحلة البحرية الواحدة.

تحسين القابلية للتداول والمراقبة

في الطائرات العسكرية و الطائرات ذات الأداء العالي، تُسهم المُتقلبات المُتقلبة مباشرة في المناورة، و الطائرات المقاتلة مثل الطائرة F/A-18 و الطائرة التي تعمل بالطائرة (أوروبر فون) تستخدم مُزلاجات مُتقطعة، والتي يمكن أن تُحطّم بشكل غير مُتناظر للمساعدة في التحكم بالدحرج، وإدارة التحميل أثناء الارتفاعى

المكاسب الناتجة عن زيادة كفاءة الوقود

وكفاءــة الوقود هي النتيجة التراكمية للرفع والسحب على النحو الأمثل عبر جميع مراحل الطيران، وتسهم الطوافات المتغيرة في زيادة الكفاءة بطرق عدة، أولا، بتمكين تقلبات الطائرات القصيرة الأجل، فإنها تقلل من حروق الوقود خلال الجزء الرفيع المستوى من دورة الإقلاع، وثانيا، عن طريق السماح للطائرة بالتسلق بمزيد من الكفاءة إلى الارتفاع، فإنها تقلل من الوقت الذي تستغرقه في الجو الأقل كفاءة، ثالثا، أثناء الرحلات البحرية، تقلل تشكيلات الأجنحة النظيفة من المدخرات.

مراحل مختلفة من الرحلات الجوية

المقذوفات

وأثناء الإقلاع، تُحدَّد المنافذ عادة إلى حد متوسط لزيادة سرعة الرفع والحد من سرعة التناوب، ولكن ليس إلى حد كبير بحيث يصبح سحبها المستحث مفرطاً، ويُوازن هذا التكوين بين سرعة التسارع وتوليد الرفع، ويتيح للطائرة أن تصبح متنقلة جواً في حدود المسافة المتاحة، وعندما يتم الوصول إلى سرعة التسلق الآمنة، تُسحب المنافذ في مراحل لتجنب حدوث تغييرات مفاجئة في الرفع والسحب.

Climb

وبعد الإقلاع، تنتقل الطائرة إلى مرحلة التسلق، وتُسحب الذبابات بالكامل مع تسارع الطائرة إلى التسلق، وخلال التسلق، يعمل الجناح في تشكيلة نظيفة، ويقلل من الجر إلى أدنى حد بحيث يمكن للطائرة أن ترتفع بسرعة أكبر، وتستخدم بعض الطائرات تمديدا طفيفا خلال التسلق الأولي لتحسين التدرج، ولكن هذا أقل شيوعا، وتتمثل الأولوية أثناء التسلق في تحقيق الارتفاع بكفاءة، والتشكيل الأمثل للأجناح.

كروز

وفي الرحلات البحرية، لا تزال المزلاجات مطروحة تماما، ويعمل الجناح في نسبة مصممة من المصعد إلى الدراجة، كما يمكن للطائرة أن تستخدم تقنية تسمى " إعادة التعبئة " أو " التحكم في الكامبر " حيث تُعدل المزلاجات بعلامات صغيرة جداً - غالباً ما تكون قليلة - لتحسن نوعية الجناح

Descent and Landing

وأثناء التركة، يتم نشر الطلقات تدريجياً مع تباطؤ الطائرة، حيث تزيد سرعة النشر الأولية، مما يسمح للطائرة بالهبوط بمعدل ثابت دون سرعة زائدة، ومع دخول الطائرة مرحلة النهج، تتسع نطاق القفزات لزيادة سرعة الرفع والحد منها، وفي النهاية، يتم تحديد مسارات الهبوط إلى أقصى حد ممكن من زاوية التمديد، مما يعطي أعلى قدر من الكفاءة في رفعها وأدنى نهج.

التنمية التاريخية والميلستون الرئيسي

إن مفهوم الطوافات المتغيرة للشيخوخة ليس جديدا، فالتجربة المبكرة التي تجري على سطح الجناح المتحرك تعود إلى 1910، ولكن أول مرطبات عملية عالية الجودة قد وضعت في العشرينات و 1930، وقد أدى العمل الرائد للمهندس الألماني غوستاف لاشمان والمصمم البريطاني فريدريك هاندب إلى تطوير الطين المعلق، وهو تصميم لا يزال في الاستخدام الواسع النطاق اليوم.

وخلال الحرب العالمية الثانية، أصبحت المنافذ المتغيرة للمناخ أكثر شيوعاً على الطائرات المقاتلة، وقد استخدمت الطائرة فوق البصاق المتطورة نظاماً متطوراً للارتفاع التلقائي في زاويتها على أساس السرعة الجوية، مما أدى إلى تحسين أداء الاقلاع والمناورات، وفي فترة ما بعد الحرب، أدى ظهور طائرات نقل تعمل بالطائرة إلى نشوء طلب قوي على نظم ذات رف رفيع يمكنها أن تعمل عبر نطاق أسرع.

وقد شهدت الستينات والسبعينات تقدما سريعا في المواد وتكنولوجيا الاختراع، حيث أن الضوابط على كل طائرة على حدة، التي أدخلت أولا في شكل إنتاج في الكونكورد ثم صقلها بعد ذلك بواسطة الطائرات الهوائية، أعطت المهندسين القدرة على إدارة نشر الطائرات المشتعلة بمزيد من الدقة والموثوقية، واستخدم الكونورد نفسه جناحا مميزا متغيرا في تصميم الطراز، يجمع بين مخططات الفتح وصور الفرعي المتطورة.

وفي الثمانينات والتسعينات، أتاحت الحواسيب الرقمية لمراقبة الطيران استخدام خوارزميات أكثر تطورا لإدارة المغازلة، كما أن الطائرات مثل بوينغ 777 والطائرات A320 تستخدمان بشكل كامل جدولا آليا للثغرات يقوم على بيانات آنية من حواسيب البيانات الجوية، ونظما مرجعية غير مباشرة، ومجسات للوزن، ويمكن لهذه النظم أن تكتشف ظروفا متوقفة تماما، وتكيف ظروف مأمونة.

الطلبات المقدمة في الطيران الحديث

الطيران التجاري

ويعتمد كل النقل الجوي التجاري الحديث تقريبا على رفوف متغيرة في الجراثيم كنظامها الرئيسي للنقل العالي، ويستخدم نظام بوينغ 737 من الأسر الرطبة ذات الطراز الأول، ويستخدم أرفع مستويات إنتاج الطائرات المتحركة ذات العجلات المائلة، ويستخدم نظاما للرحلات السياحية المشابهة على نطاق واسع يشمل كل من الحوافات الرئيسية المتدفقة والمرتفعات المتغيرة.

ابتكار ملحوظ في الطيران التجاري هو استخدام أنظمة القفز التكييفية على مهبط الـ(بوينغ 787)

الطيران العسكري

الطائرات العسكرية تضغط على المناشف المتغيرة للجدوى، وتستعمل طائرات مقاتلة مثل طائرة (ف - 16) المقاتلة (فالكون) المتحركة التي تعمل جنبا إلى جنب مع حاسوب التحكم بالطيران لإدارة توزيع المناورات ذات المقياس العالي، كما يستخدم جهاز (إف - 22) مضخة ذات مظلة عالية، حيث تعمل أجهزة الرادار ذات الرؤوس الصغيرة معاً من أجل تحقيق أقصى قدر من سرعة أداء الطائرات.

كما اعتمدت مركبات جوية غير مأهولة أجساماً متغيرة، وتستخدم رافعة مكيفات الهواء المتحركة العامة MQ-9 نظاماً مبسطاً للبث يعزز أداء الاقلاع والهبوط من ممرات قصيرة ومتوسطة، بل إن بعض المركبات التجريبية من طراز UAVs قد استخدمت حتى أسطح أجنحة متطورة تتغير باستمرار، مما يضفي على الخط بين المزلاجات والهياكل الوعودية.

الأعمال التجارية والطيران العام

وتستخدم الطائرات الحربية التجارية والطائرات العامة أجهزة إطفاء متغيرة في الجراثيم لتحسين الأداء في الميدان القصير وتوسيع نطاق المطارات التي يمكن أن تخدمها، ويستخدم كلا من خط الاستقبال في سيسنا وطائرة القاذفة العالمية رقم 7500 نظاما متطورا للتشبث يتيح لها العمل من المدرجات على مسافة قصيرة تصل إلى 000 4 قدم بينما لا تزال تحقق النطاق العابر للقارات، وفي قطاع الطيران العام، تستخدم الطائرات المصممة على سبيل المثال جهاز Cir SR22.

نظم التصميم والتكوين التقنيين

وتحتاج الطوافات ذات الجمود المتقلب إلى نظم تطويق قوية قادرة على تحمل حمولات هوائية عالية مع توفير مواقع دقيقة ومكررة، وتشمل أكثر الطرق شيوعاً في التهوية المكتظات الهيدروليكية، والمكتظات الكهربائية الميكانيكية، والمكتظات الكهربائية الكهرمائية، وتستخدم النظم الهيدروليكية على نطاق واسع في طائرات النقل الكبيرة لأنها يمكن أن تولد قوى عالية جداً وتُدرَّب على نحو جيد.

والصلة الميكانيكية بين المشعل وسطح المزلاج هي نظرة حاسمة أخرى على التصميم، ومعظم التصميمات تستخدم مجموعة من المسارات واللفائف والروابط لتوجيه الشعلة من خلال الحركة المنشودة، والنظم القائمة على المسار شائعة في طائرة البوينغ، في حين تستخدم الطائرات في كثير من الأحيان نظما قائمة على الربط تكون أقل أجزاء متحركة، ويتوقف الاختيار بين نظم التعقب والربط على نسبة البرمجيات المطلوبة في إطار جناح الصنع الفضائي.

كما تشمل نظم النكهات الحديثة أجهزة استشعار المواقع، ومجسات الحمل، والإلكترونيات للرصد الصحي التي تقدم تقارير إلى حواسيب مراقبة الطيران، وتتيح هذه أجهزة الاستشعار النظام اكتشاف الشذوذ مثل الانتشار غير المتناظر أو الحمولات الهيكلية المفرطة، وتتخذ إجراءات تصحيحية، وفي كثير من الطائرات، يؤدي الكشف عن المزلاجات المترية إلى تقلص أو توقف للنشر آلياً، ويحذر من وجود خلايا في هيكل الأمان.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من مزاياها الكثيرة، فإن المزلاجات المتغيرة التي تصيب عدة تحديات هندسية، أولا، أن التعقيد الميكانيكي لنظام التكوين يضيف وزنا ويتطلب صيانة منتظمة، وأن نظم المسار، على وجه الخصوص، معرضة للعناصر ويمكن أن تعاني من التآكل واللبس والتلوث، ويجب على أفرقة الصيانة أن تفتش مسارات التصاميم المشتعلة، واللفائف، والمكتظات على فترات منتظمة لضمان استمرار انعدام القدرة الجوية.

ثانيا، يمكن أن تكون الحمولات الهوائية على الذباب الممتد عالية جدا، خاصة في السُرعة العالية، ويجب أن تتبع الطيارات حدودا صارمة للسرعة عندما يتم نشر المزلاجات، وأن تقوم حواسيب مراقبة الطيران بإنفاذ هذه الحدود لمنع الضرر الهيكلي، فإدراك السرعة القصوى للثبات يمكن أن يسبب تشوهات أو فشلا لآلية الإصطدام، التي يمكن أن تُحد من خصائص مناولة الطائرات.

ثالثا، يتطلب إدماج المزلاجات المتغيرة في الطرازات مع سطح المراقبة الأخرى تنسيقا دقيقا، وإذا تم نشر المزلاجات بطريقة غير متماثلة أو في زاوية غير صحيحة لحال الطيران الحالية، فقد تمر الطائرة بلحظات غير مرغوب فيها أو تغييرات في الملعب، ويجب أن تدير برامجيات مراقبة الطيران هذه التفاعلات، وتشمل عملية التصديق على أي نظام جديد للثبات اختبارا واسعا للتحقق من أن الطائرة لا تزال خاضعة للمراقبة في جميع الأحوال العادية والفشل.

رابعا، إن توليد الضوضاء هو مصدر قلق متزايد، لا سيما بالنسبة للطائرات العاملة في المناطق المكتظة بالسكان، حيث تنتج الطوافات الممتدة ضوضاء إضافية من حيث تفاعل التدفق الجوي مع الحواف المشتعلة، والفجوات، وتتبعات المحركات، ويمكن أن تكون هذه الضوضاء هامة أثناء نهج الهبوط، عندما يتم نشر المزلاجات بشكل كامل، وتطير الطائرات فوق المناطق السكنية.

الابتكارات المستقبلية في تكنولوجيا الصمامات المتغيرة

وفي المستقبل، يجري تشكيل تطور الطوافات المتغيرة بواسطة ثلاثة اتجاهات رئيسية هي: التكهربة، والهياكل الميكانيكية، ومراقبة الرحلات الذاتية، ويجري بالفعل فرز نظم الحرق، مع استبدال طائرات أخرى ببدائل الكهرمائية، مما يقلل من الوزن، ويزيل مخاطر تسرب السوائل الهيدروليكية، ويستخدم هيكل الصواريخ 787.

إن هياكل الدفن أو الذكاء تمثل رؤية أكثر تطرفاً بدلاً من الرف الممزق والمجزأة، تستخدم أجنحة المورفين مواد جلدية مرنة أو آليات داخلية تغير شكل الجناح باستمرار وسلاسة، باحثون في ناسا وبرنامج السماء النظيفة الأوروبيين، قد أظهروا وجود أجزاء من الارتداد المتحركة يمكن أن تتفاوت من دون ثغرات وقطع من الازدهار التقليدي،

كما أن نظم مراقبة الطيران المستقلة ستؤثر على تصميم المنافذ، حيث أن الطائرات تتحرك نحو مستويات أعلى من التشغيل الآلي، يمكن أن تصبح الجداول الزمنية أكثر قدرة على التكيف والتنبؤ، وقد تستخدم النظم المستقبلية بيانات الطقس في الوقت الحقيقي، ونماذج التضاريس، ورصد الأداء لتوقع الشكل الأمثل للتشغيل لكل نهج ومغادرة، مما يمكن أن يسمح للطائرات بأن تطير بنُهجاً أكثر كفاءة في مجال الهبوط، وأن توفر الوقود وتخفض الضجيجها.

وثمة اتجاه واعد آخر يتمثل في استخدام المنافذ المتغيرة للجراثيم من أجل تخفيف عبء العمل النشط، ومن خلال تعديل الزوايا المتناقلة استجابة لمواجهات الغواصات أو حمولات المناورات، يمكن للنظام أن يقلل من لحظات الإقراض عند الجذر، مما يتيح هياكل أجنحة أخف، وقد تم اختبار هذا المفهوم على متن الطائرة A350 وBeing 787, حيث تصبح تعديلات النسيج ذات قيمة أكبر.

خاتمة

إنّها تُغيّرُ الطوافات، وتُحوّلُ تصميمَ الطائراتَ بإعطاءِجنحة القدرة على تغيير شكلها في الطيران، وهذه القدرة على التكيّف تسمح للطائرات بأن تؤدي بكفاءة عالية عبر مسارات الإقلاع القصيرة، وتسلقها بشكل حاد إلى سرعة الرحلة الجوية وضبطها، وهبوطها في مسارات منخفضة السرعة، والنتيجة هي تحسين اقتصاد الوقود، وزيادة المرونة التشغيلية، وتحسين السلامة.