Table of Contents
وقد وضع التطور السريع في حركة الطيران في المناطق الحضرية طائرة الاستيقاظ والهبوط بالكهرباء في مقدمة ابتكارات النقل، وفي حين أن تكنولوجيا البطاريات ونظم الدفع والاستقلالية كثيرا ما تهيمن على العناوين الرئيسية، فإن عنصر أقل شهرة وإن كان بالغ الأهمية يحدد ما إذا كانت هذه الطائرات يمكن أن تتحول بأمان وكفاءة بين أجهزة النقل المتحركة والرحلات المتقدمة:
ما هي الأجهزة العالية الرفع ولماذا يُريدون أن يُخبروا عن (إي في تي إل)؟
ومن وسائل رفع المركبات العالية زيادة في الهواء تزيد من معامل رفع الجناح أو نظام الدوار في سرعة الهواء المنخفضة، وفي الطيران التقليدي الثابت الجناحين، تشمل هذه الأجهزة قطعاً ذات دفعات عالية، وبطارات سريعة، وبطاقات متحركة، وبطاقات متحركة، وبالنسبة لطائرات " إي فيتو " ، فإن الرهانات أعلى لأن هذه المركبات يجب أن تعمل في بيئات حضرية محدودة ذات أنظمة محدودة للهبوط.
والفيزياء واضحة: فالرفع يتناسب مع سرعة الهواء المربع ومساحة الجناح، وأثناء الإقلاع والهبوط، يقترب سرعة الهواء من الصفر، وبالتالي فإنه بدون أجهزة رفع عالية، سيؤدي الجناح إلى رفع غير ذي شأن، وتحل هذه الطائرات العمودية التقليدية هذه باستخدام أجهزة الدوار المزودة بالطاقة الكهربائية لجميع المراحل، ولكن هذه المركبات تهدف إلى الجمع بين كفاءة الرحلات الجوية الثابتة الجناح وبين سرعة الانتقال الرأسية.
المبادئ الأيرودينامية خلف خط رفيع
In high lift devices work by either increasing camber (curvature of the wing) or increasing the effective wing area-or both. For example, a deployed trailing-edge flap increases camber, which delays flow separation and allows the wing to generate more lift at a given angle of attack. Leading-edge slats energize the boundary layer, further delaying stalling stalling.
وقد درس الباحثون في ناسا والمؤسسات الأكاديمية دراسة واسعة النطاق الديناميكا الهوائية لتشكيلات الشبكة الإلكترونية للتحرير الإلكتروني، فعلى سبيل المثال، درست ورقة تقنية من هذا القبيل 2021، التفاعل بين الانقضاضات العائمة والجنحة، مبرزة إمكانية التحسين الكبير عند دمج التصميم التقليدي للارتفاع المفاجئ فيما يتعلق بتصميم الإبروميض المتحرك.
المطالب الوحيدة لفتح مظروف الطيران
ويختلف مظروف الرحلات الجوية الإلكترونية عن أي طائرة سابقة، ويشمل ثلاثة نظم متميزة هي: الانتقال الرأسي المتدني/المنخفض السرعة، والرحلة البحرية السريعة، وكل منها يفرض متطلبات مختلفة على أجهزة رفع عالية.
المرحلة التجريبية
خلال التسلق الرأسي و التسلق الرأسي، الأجنحة متوقفة أو تعمل بسرعة عالية جداً، أي جهاز رفع عالي يزيد من الجر (مثل الشعلة المنتشرة) يخفض كفاءة الروتين لأن الدوار يجب أن يتغلب على سحب إضافي، لذا فإن العديد من تصميمات الـ "إف تي تي إل" تتراجع أو تُرفع أسطح الرفع العالية أثناء الرفع إلى أدنى حد، لكن بعض المفاهيم المبتكرة للانتشار تُحدث آثاراً مفيدة
المرحلة الانتقالية
أما المرحلة الانتقالية فهي أكثر تعقيدا من حيث سرعة الطيران، حيث تتسارع الطائرة من الجو إلى الطيران الأمامي، تصبح الأجنحة أكثر كفاءة، حيث يتم عادة نشر أجهزة رفع عالية بسرعة منخفضة ثم تسحب كزيادات لسرعة الهواء، ويجب التحكم بعناية في توقيت ومعدل التراجع لتجنب حدوث تغييرات مفاجئة في الرفع أو قد تزعج الطائرة، كما أن نظم المراقبة النشطة التي تنسق مواقع البحث المشتعلة مع دفعات العجلات.
الضوضاء الضوئية
وتتطلب عمليات الموقع الشبكي للطائرات الإلكترونية مستويات ضوضاء أقل بكثير من تلك التي تستخدمها طائرات الهليكوبتر، ويمكن أن تسهم أجهزة رفع عالية في الضوضاء من خلال فصل التدفق، ورفوف الدوافع، وصوت الاختراع الميكانيكي، وفي السعي إلى الحصول على طائرات أكثر هدوءا، يقوم المصممون باستكشاف أسطح الكمائن الناعم بدلا من المزلاجات، فضلا عن أطراف ضوضاء متحركة أو مثبتة.
تكنولوجيات الأجهزة العالية الارتحال الحالية للشبكة الإلكترونية
وقد تم تنفيذ أو اقتراح عدة نهج رفع عالية في النماذج الأولية والطائرات المفاهيمية القائمة على شبكة الإنترنت، فيما يلي أبرز الفئات.
أجهزة إطفاء وأجهزة سلاط
وأجهزة الإرسال التقليدية للطيران و القفز المقسم و الطائرات المتحركة تظهر على تصميمات الـ "إي في تي إل" من شركات مثل "الطائرة الـ "أرشر" و "الطائرات الليلية" و "مياه الـ "جـيـل تـيـنـزـيـن الـ "جـيـوبـي" و هذه الآليات البسيطة المثبتة
Variable Geometry Wings
وتستكشف بعض مفاهيم الشبكة أجنحة يمكنها أن تغير شكلها مثل التنصت عن بعد أو ثني الأجنحة لتكييف منطقة الجناح ونسبة الجانب لمراحل طيران مختلفة، وتخفض مساحة أجنحة أكبر أثناء الإقلاع الحاجة إلى إزالة المنافذ العالية، بينما تسحب منطقة أصغر خلال قطع الرحلات البحرية، غير أن آليات تحديد المواقع عن بعد تضيف مخاطر الفشل في الوزن والميكانيكي، مما يجعلها أقل شيوعا في التصميمات القريبة الأجل.
Fans and Direct Lift Integration
InVTOLs use distributed electric propulsion (DEP) with multiple lift fans embedded in the wing or canard. These fans generateرأس lift directly, effectively acting as powered high lift devices. By directing fanlet flow over the wing surface, designers can achieve circulation control-blowing air over the wing to delay separation and boost. The
Circulation Control Wings
وبدلاً من نقل الأسطح، تستخدم مراقبة التداول سلسلة من الطوابق أو الطائرات لتفجير الهواء فوق الحواف المكشوفة، ويمكن لهذه النظم، عن طريق التحكم في تأثير الكواندا، أن تحقق معامل رفع عالية دون أن تُستخدم بقع كبيرة، وهي أخف وربما أكثر موثوقية، ولكنها تتطلب أجساماً مُضغطة للهواء أو تنزف الهواء مما يزيد من تعقيد النظام.
Innovative Technologies Shaping the Future
وإلى جانب التنفيذ الحالي، تعد عدة تكنولوجيات ناشئة بالجيل القادم من أجهزة رفع عالية للشبكة الإلكترونية.
المواد الذكية والهيكلات المورفينة
(ب) إنّ مُحَلَّمات الذاكرة، والمُلَكِّبات الفطائر، والبوليمرات الكهروّية تمكّن من تغيير شكلها بسلاسة دون خلل مُتَصَب، ويمكن أن تتحول حافة الكمّار من شكل نظيف للرحلة إلى تشكيلة من القِسَلّة ذات السرعة المنخفضة، وقد تُختبر بوينجات التقلبات على الطائرات التقليدية باستمرار.
الديناميكية الهوائية الفعالة والتأهيل الفعلي
ويمكن لنظم المراقبة النشطة، التي تستخدمها أجهزة الاستشعار المتقدمة والتعلم الآلي، أن تعدل أسطح المصعد العالية استجابة لظروف آنية مثل الكسات، أو نوبات الحمولة، أو أداء الرواد المتدهور، مثلا، يمكن لجهاز eVTOL الذي يواجه تشابكا مفاجئا أثناء الهبوط أن ينشر بقعا غير متماثلة لمواجهة هذه اللحظة، وتتطلب هذه النظم كشفا قويا للأخطاء وتركيبا زائدا، حيث يمكن أن يكون أي فشلا.
نظم الرفع المتكاملة مع توجيه مخفف
أما المفاهيم التي تتفاعل بين وزارة التعليم والرفع العالي فهي تُتخذ إلى مستويات جديدة، فالتجمعات التي يُزرع فيها مروحيات المصعد في فتحات أو قنوات داخل الجناح، مما يؤدي أساساً إلى إنتاج مفاعلات متحركة مفخخة تتجاوز 6 أو أكثر من المنافذ التقليدية، أما الطائرات التجريبية من طراز NASA X-57 Maxwell فتُستكشف هذه المحركات ذات الدفع العالي، وإن كان تركيزها على النقل الجوي العام بدلاً من موقع إيفيتول.
ابتلاع وامتصاص
ويمكن أن تمنع مراقبة طبقة الحدود النشطة من خلال التشويش أو الضرب الانفصال على سطح الجناح الأعلى، وفي حين أن الضغط الكهربائي الكثيف للطاقة في أجهزة الإي في تي تي تي إل يمكن أن يُشغل هذه النظم بكفاءة، فإن التلقيح يزيل الهواء المنخفض قرب السطح ويحافظ على التدفق في زوايا الهجوم العالية، وهذه التكنولوجيا لا تزال في مرحلة المختبرات الخاصة بتطبيقات الإنترنت، ولكن [Farch published in urban Technology journal Aero].
التحديات الرئيسية والهندسة
ولا يوجد نظام مرتفع للرفع مثالي، فكل قرار تصميمي ينطوي على مقايضة تؤثر على أداء الطائرات عموما، وتكاليفها، ومسار إصدار الشهادات.
الوزن والتعقيد
كما أن المزلاج الميكانيكي والاختلالات والمحاضرات والروابط الرقابية تضيف نسبة كبيرة من الوزن إلى ٨ في المائة من وزن الجناح بالنسبة لنظام شعلة تقليدية، حيث يخفض كل كيلوغرام من الكيلوغرامات النطاق أو الحمولة، ويمكن تفضيل بدائل الوزن الخفيف مثل النوافذ الثابتة )التي تنشر دائما( حتى بتكلفة جر الرحل.
الموثوقية والتكرار
أما حالات الفشل في أجهزة رفع المركبات فهي مخاطر معروفة في الطيران، مما يؤدي إلى حوادث مثل حادث تحطم الطائرة في عام 2008 (MD-82). وستعمل هذه المركبات على ارتفاعات منخفضة فوق المناطق المأهولة بالسكان، وتتطلب معدلات منخفضة للغاية للفشل، كما أن المكتظين الرادعين والأقفال الميكانيكية والتصميمات المرهقة لا تتطلب مبادئ توجيهية لمراقبة التأثير من وكالة الطيران الأمريكية ومؤسسة الطيران الاتحادية الجامدة.
التدخل الجوي مع القائمين بالتناوب
وعندما يتم نشر أجهزة رفع عالية بالقرب من مسارات الوعاء، يمكن أن يكون التفاعل مفيدا أو ضارا، وقد تتعرض قفزة في الموجة السفلية لمروحة رفع لضغوط دينامية متزايدة، ولكن أيضا تحميل غير ثابت يقلل من كفاءة المعجبين، ويجب أن تلتقط ديناميات السوائل المحوسبة هذه التفاعلات بدقة، كما أن اختبارات النفق السريعة للنظم المتكاملة للنقل والدفعية العالية نادرة ومكلفة، مما يؤدي إلى بطء التقدم.
الضوضاء وقبول المجتمع
وكما ذكر، فإن الضجيج عامل يحد من السوق، إذ يمكن أن تنتج المزلاجات الحادة أطنان حادة؛ وتولد الثغرات في الرقبة ضوضاء ذات نطاق واسع، وتكون أسطح المورفين المدخنين ومراقبة التداول أكثر هدوءاً ولكنها أقل نضجاً، ومن المرجح أن تجبر شهادة النواة المصنعين على استخدام عمليات النشر المنخفضة الضوضاء وربما إلغاء ضوضاء نشطة عن طريق مراقبة شفرة الورد.
رأس الطريق: التصديق والاختبار واعتماد الأسواق
ويُمهد الطريق إلى إنتاج أجهزة الرفع العالية المتطورة اختبار دقيق وتدقيق تنظيمي، وتقوم وكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الأوروبية بوضع شروط ووسائل امتثال خاصة لهذه التشكيلات الجديدة.
أطر التصديق
إن الشرط الخاص الذي وضعته وكالة الفضاء الأوروبية في ولايات الفئة الصغيرة من نظام النقل العالي يجب أن يثبت " عدم وجود حالة فشل غير مأمونة " ، بما في ذلك التشويشات، وعمليات النشر غير المتناظرة، والخلاصات غير المقصودة، و مبادرة شركة الطيران المتقدمة [FLO]
اختبار النماذج
ولا يزال اختبار النفق الريح ضروريا، لا سيما بالنسبة للنظم العابرة للأنفاق التي قد تصل فيها أجهزة التصوير الإلكتروني إلى 150 إلى 200 عقدة، غير أن اختبارات النفق الريحي ذات النطاق الكامل لنماذج العجلات الإلكترونية ذات الدفعات الدوارة باهظة الثمن، بل إن المصنعين يعتمدون اعتمادا كبيرا على الديوكسينات الفلورية والمنشطات التجريبية لتحديد جداول عالية للمصعد.
التفريق في الأسواق
ومع نضج سوق السيارات الإلكترونية، يمكن أن يصبح أداء أجهزة رفع عالية مفرقا تنافسيا، حيث تستخدم طائرة ذات فترة انتقالية أقصر طاقة بطارية أقل، وتترجم إلى عدد أكبر من الركاب أو أكثر، وستُفضل نظم رفع عالية أكثر هدوءا في المناطق الحضرية الحساسة للضوضاء، وستحصل الشركات التي يمكن أن تشهد على أجهزة رفع عالية موثوق بها وفعالة وهادئة على درجة كبيرة.
خاتمة
وقد لا تكون أجهزة رفع عالية هي أكثر العناصر وضوحا في طائرة من طراز eVTOL، ولكنها من بين أهم العناصر التي يمكن أن تحقق الوعد بالتنقل الجوي الحضري، ومن المنافذ التقليدية القابلة للانتشار إلى تشكيل أجنحة التحكم في التداول، فإن التكنولوجيا تتطور بسرعة لتلبية المطالب الفريدة من الطيران العمودي، ومع استمرار الاستثمار في المواد والضوابط والتصميم المتكامل، سيشهد العقد القادم نظما للرفع تكون أقصر وأذكى وأصمت من أي شيء في الطيران.