كيف تطير الطائرة؟

Chergui Khaled
منذ 12 سنة

تطير الطائرات بسبب إحداث أجنحتها لقوى الرفع (Lift) و هي القوى الموجهة للأعلى في الطائرة.عندما يمر الهواء حول الأجنحة تقوم الأجنحة بتغيير اتجاه الهواء، إن للجناح شكلاً مميزاً له القدرة على إحداث القوة القادرة على رفع الطائرة و التي تسمى (قوة الرفع Lift Force)، إن المقطع العرضي للجناح يأخذ شكل حاجب العين (أي أنه متقعر) وهكذا يكون السطح العلوي أطول من السطح السفلي للجناح. تنتج قوة الرفع في الأساس بسبب دفع أجنحة الطائرة للهواء الذي يمر بجانبها للأسفل، و كرد فعل الهواء يقوم الهواء بدفع الجناح للأعلى.هنالك ما يسمى زاوية الهجوم (Angle of Attack) وهي الزاوية التي يصنعها الجناح مع تيار الهواء المار ، هنالك أيضاً ما يدعى باسم (حافة الهجوم Leading Edge) وهي الحافة الأمامية للجناح التي تكون بمواجهة الهواء، وأيضاً توجد (حافة الفرار أو الإدبار Trailing Edge) و هي الحافة الخلفية للجناح و التي يترك عندها الهواء الجناح، في المقطع العرضي تكون كلاً من حافتي الهجوم و الفرار ممثلتين بنقطتين فقط في مقدمة مقطع الجناح وفي مؤخرته.

Chaima
منذ 12 سنة

قوة الرفع. هي القوة التي تحقق للطائرة القدرة على الارتفاع إلى أعلى والتغلب على وزنها "قوة الجاذبية الأرضية"، ثم تمنحها القدرة على الاستمرار محتفظة بارتفاعها في الهواء. وتتحقق للطائرات عامة تلك القدرة بوساطة أجنحتها. وهناك طائرات لها أجنحة ثابتة في الطائرة، لا تقدر على الحركة بدونها، تعطي للطائرة قوة الرفع المطلوبة أثناء حركة الطائرة إلى الأمام، أي مع حركة الهواء بالنسبة للطائرة. وريشة مروحة الطائرة أجنحة دوارة، حيث يدور محرك المروحة فتعطي الرِّيَشة للطائرة قوة الرفع المطلوبة أثناء دورانها
تصمم الريشة أو (الجناح) بشكل مميز يجعلها قادرة على رفع الطائرة أثناء دورانها. فسطح الجناح العلوي يتميز بالتقوُّس الحاد إلى أعلى، بينما يكون سطحه السفلي أقل تقوُّسًا أو يكاد يكون مستويًا. وعندما يتحرك هذا الجناح أو يدور في الهواء ينساب الهواء إلى أعلى وأسفل الجناح، ونتيجة اختلاف تقوس سطحَيْ الجناح فإن إزاحة الهواء بالسطح العلوي تكون أبعد من إزاحته بالسطح السفلي في القدر نفسه من الوقت، أي أن سرعة سريان الهواء فوق السطح العلوي تكون أكبر من سرعة سريانه أسفل الجناح. وهذا الفرق في السرعة ينتج عنه فرقٌ في ضغط الهواء أعلى وأسفل الجناح. وتبعًا لهذا نجد أن ضغط الهواء فوق السطح العلوي للجناح أقل من الضغط تحت السطح السفلي للجناح، أي أن دفع الهواء للجناح من أسفل أكثر من دفعه له من أعلى. وهذا الفرق يعطي لجسم الطائرة قوة الرفع المطلوبة
يمكن لطياري الطائرة المروحية، مثل طياري الطائرات الأخرى، التحكم في مقدار قوة الرفع المطلوبة بتغيير الزاوية بين وضع الجناح واتجاه حركة الهواء، ويُطلق على هذه الزاوية المحصورة بين الاتجاهين زاوية الهبوب. ولتوضيح العلاقة بين زاوية الهبوب وقوة الرفع عمليًا يمكن تمثيل الجناح بطائرة ورقية. فلو وُضعت الطائرة في مستوى اتجاه الريح نفسه فلن تشعر بوجود قوة تحاول رفع الطائرة. وإذا رفعت مقدمة الطائرة الورقية تدريجيًا فإن هذا سيؤدي إلى زيادة زاوية الهبوب، وستشعر مع زيادتها بوجود قوة تحاول رفع الطائرة إلى أعلى، وهذه القوة قد نشأت من دفع الهواء على السطح السفلي للطائرة الورقية. وكلما انخفضت زاوية الهبوب، نقصت قوة الرفع التي تحاول رفع الطائرة.

Mgaa
منذ 12 سنة

تطير الطائرات بسبب إحداث أجنحتها لقوى الرفع (Lift) و هي القوى الموجهة للأعلى في الطائرة.
عندما يمر الهواء على الأجنحة تقوم الأجنحة بتغيير اتجاه الهواء، إن للجناح شكلاً مميزاً له القدرة على إحداث القوة القادرة على رفع الطائرة و التي تسمى (قوة الرفع Lift Force)، إن المقطع العرضي للجناح يأخذ شكل حاجب العين (أي أنه متقعر) وهكذا يكون السطح العلوي أطول من السطح السفلي للجناح.تنتج قوة الرفع في الأساس بسبب دفع أجنحة الطائرة للهواء الذي يمر بجانبها للأسفل، و كرد فعل الهواء يقوم الهواء بدفع الجناح للأعلى.
هنالك ما يسمى زاوية الهجوم (Angle of Attack) وهي الزاوية التي يصنعها الجناح مع تيار الهواء المار (انظر الرسم)، هنالك أيضاً ما يدعى باسم (حافة الهجوم Leading Edge) وهي الحافة الأمامية للجناح التي تكون بمواجهة الهواء، وأيضاً توجد (حافة الفرار أو الإدبار Trailing Edge) و هي الحافة الخلفية للجناح و التي يترك عندها الهواء الجناح، في المقطع العرضي تكون كلاً من حافتي الهجوم و الفرار ممثلتين بنقطتين فقط في مقدمة مقطع الجناح وفي مؤخرته.
عندما تكون الطائرة في طور الإقلاع أو الطيران المستوي فإن حافة الهجوم للجناح تكون أعلى من حافة الفرار أو حافة الإدبار. و عندما يتحرك الجناح خلال الهواء تقوم زاوية الهجوم بدفع الهواء إلى أسفل الجناح. الهواء المتدفق أعلى الجناح ينحرف للأسفل أيضاً لأنه ينساب على الشكل المصمم خصيصاً للجناح.
إن ازدياد زاوية الهجوم يؤدي إلى ازدياد قوة الرفع على الجناح لأن هذا يؤدي إلى انحراف أكبر للهواء نحو الأسفل، لكن لهذا الازدياد حد يتحول بعد الجناح إلى حالة الانهيار، وسنتناول هذه الحالة فيما بعد إنشاء الله.
القانون الثالث من قوانين الحركة (التي صاغها الفيزيائي الإنجليزي إسحاق نيوتن) يقول بأن: لكل فعل رد فعل يساويه في المقدار ويعاكسه في الاتجاه. في هذه الحالة دفع الأجنحة للهواء إلى الأسفل هو الفعل، بينما دفع الهواء للأجنحة إلى الأعلى هو رد الفعل، هذا ما يسبب قوة الرفع للطائرة و هي القوة العمودية للأعلى في الطائرة.
يمكن تفسير قوة الارتقاء أيضا بواسطة مبادئ برنولي و التي تنص على أنه: عند الحركة السريعة للمائع (كالهواء) فإنه يتعرض لضغط أقل من الضغط الذي يتعرض له في حالة الحركة البطيئة للمائع. (سرعة عالية تؤدي إلى ضغط قليل، وسرعة منخفضة تؤدي إلى ضغط عالي)
نتيجة لكون سطح الجناح العلوي أصغر من سطح الجناح السفلي (نتيجة لتقعر الجناح) فإن الهواء أعلى جناح الطائرة يتحرك بسرعة أكبر وضغط أقل منه تحت الجناح، الضغط العالي تحت الجناح يؤدي إلى رفع الجناح، وهكذا يمكن إيجاد قوة الرفع المتولد بمعادلات مشتقة من مبادئ برنولي.
القوى الأساسية المؤثرة على الطائرة:
1-قوة الرفع (Lift Force) واحدة من القوى الأربع الرئيسية التي تؤثر على الطائرة، وقد ذكرنا فيما فوق كيفية تولد هذه القوة.
2-الوزن: (Weight) هو قوة تعاكس قوة الرفع لأنه يؤثر باتجاه يعاكس قوة الرفع، يجب أن يتم التغلب على وزن الطائرة من قبل قوة الرفع الناتجة عن الأجنحة، فإذا كانت طائرة تزن 4.5 طناً فإن قوة الرفع الناتجة عن الأجنحة يجب أن تكون أكبر من 4.5 طناً لكي تستطيع الطائرة الإقلاع عن الأرض. تصميم الجناح يجب أن يكون قوياً بشكل كافٍ لرفع الطائرة عن الأرض.
3-الدفع: (Thrust) هي القوة التي تدفع الطائرة للأمام، تنشأ من خلال جملة الدفع سواء كانت مراوح (مروحة واحدة في المقدمة أو أكثر على الأجنحة) أو نفاثة أو مزيج من الاثنين معاً.
4-قوة الجر: (Drag) تؤثر على كامل الطائرة قوة رابعة هي قوة الجر أو الإعاقة، و يتولد الجر لأن حركة أي جسم خلال مائع (كعبور الطائرة في الهواء) تسبب احتكاكاً و لأنها يجب أن تزيح المائع من طريقها. سطح الرفع العلوي للجناح – على سبيل المثال – يولد قوة رفع جيدة جداً، و لكن بسبب حجمه الكبير فإنه يولد أيضاً كمية لا يستهان بها من قوة الجر، و لهذا السبب الطائرات المقاتلة و الطائرات القاذفة تكون ذات أجنحة ضيقة، و على العكس؛ فإن طائرات رش المبيدات -و التي تطير بسرعة بطيئة نسبيا-ً قد تكون ذات أجنحة كبيرة وثخينة لأن قوة الرفع العالية أهم من كمية الجر المرافق لها. تصغر قوة الجر في الطائرات من خلال التصميم الأيروديناميكي الانسيابي للطائرة، و بأشكال انزلاقية تسهل حركة الطائرة خلال الهواء.
إن تحدي الطيران هو إقامة التوازن بين هذه القوى الأربع. فعندما تكون الدفع الدفع أكبر من قوة الجر تزداد سرعة الطائرة. وعندما تكون قوة الرفع أكبر من قوة الوزن ستعلو الطائرة. و باستخدام "سطوح التحكم" (Control Surfaces) و"أنظمة دفع" مختلفة، يمكن للطيار (الكابتن) أن يدير عملية التوازن بين هذه القوى الأربعة لتغيير الاتجاه و السرعة، فمثلاً: يمكن للطيار أن يقلل من قوة الدفع لكي يبطئ أو ينخفض، كما يمكنه أن يخفض "ذراع الهبوط" (عجلات الطائرة أو Landing Gear) في تيار الهواء و ينشر حواجب الهبوط على الأجنحة Spoilers لزيادة الجر والذي يحدث ذات التأثير لتقليل الدفع. يمكن للطيار زيادة الدفع ( و ذلك بواسطة ضم ذراع الهبوط و حواجب الهبوط ) إما لزيادة السرعة أو للصعود .