علم الطيران

لقد جرت محاولات للطيران دون أي فهم حقيقي للملاحة الجوية منذ أقدم العصور، وعادةً ما كانت تتم عن طريق بناء أجنحة والقفز من برج، مما ينتج عنه إصابات خطيرة أو مميتة. ^{[ 2 ]}

سعى باحثون أكثر حكمة إلى اكتساب فهم منطقي من خلال دراسة طيران الطيور. كما أجرى علماء العصر الذهبي الإسلامي في العصور الوسطى ، مثل عباس بن فرناس، دراسات مماثلة. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} وقد بدأ مؤسسا علم الطيران الحديث، ليوناردو دافنشي في عصر النهضة وكايلي عام 1799، أبحاثهما بدراسة طيران الطيور.

يُعتقد أن الطائرات الورقية التي تحمل الرجال كانت شائعة الاستخدام في الصين القديمة. في عام ١٢٨٢، وصف المستكشف الإيطالي ماركو بولو التقنيات الصينية المستخدمة آنذاك. ^{[ ٧ ]} كما صنع الصينيون مناطيد هواء ساخن صغيرة، أو فوانيس، وألعابًا ذات أجنحة دوارة.

كان روجر بيكون من أوائل الأوروبيين الذين قدموا نقاشًا علميًا حول الطيران ، حيث وصف مبادئ تشغيل المنطاد الأخف من الهواء والطائرة ذات الأجنحة الخفاقة ، والتي توقع بناءها في المستقبل. وكان وسيط الرفع لمنطاده هو "الأثير" الذي لم يكن يعرف تركيبه. ^{[ 8 ]}

في أواخر القرن الخامس عشر، تابع ليوناردو دافنشي دراسته للطيور بتصميم بعضٍ من أوائل آلات الطيران، بما في ذلك الطائرة ذات الأجنحة الخفاقة والمروحية ذات الأجنحة الدوارة . ورغم أن تصميماته كانت منطقية، إلا أنها لم تكن مبنية على أسس علمية متينة. ^{[ 9 ]} فالعديد من تصميماته، مثل المروحية ذات الأربعة مقاعد من النوع اللولبي، تعاني من عيوب جسيمة. على الأقل، أدرك دافنشي أن "مقاومة الجسم للهواء تساوي مقاومة الهواء للجسم". ^{[ 10 ]} ( لم ينشر نيوتن قانون نيوتن الثالث للحركة حتى عام 1687). قاده تحليله إلى إدراك أن القوة البشرية وحدها لا تكفي للطيران المستدام، ولذا تضمنت تصميماته اللاحقة مصدر طاقة ميكانيكيًا مثل الزنبرك. فُقدت أعمال دافنشي بعد وفاته، ولم تظهر مجددًا إلا بعد أن طغى عليها عمل جورج كايلي .

بدأ العصر الحديث للطيران الأخف من الهواء في أوائل القرن السابع عشر مع تجارب غاليليو التي أثبت فيها أن للهواء وزنًا. وفي حوالي عام 1650، كتب سيرانو دي بيرجراك بعض الروايات الخيالية التي وصف فيها مبدأ الصعود باستخدام مادة (الندى) افترض أنها أخف من الهواء، والهبوط عن طريق إطلاق كمية محددة من هذه المادة. ^{[ 11 ]} قاس فرانشيسكو لانا دي تيرزي ضغط الهواء عند مستوى سطح البحر، وفي عام 1670 اقترح أول وسيلة رفع ذات مصداقية علمية على شكل كرات معدنية مجوفة تم تفريغها من الهواء. كانت هذه الكرات أخف من الهواء المزاح وقادرة على رفع منطاد . ولا تزال طرقه المقترحة للتحكم في الارتفاع مستخدمة حتى اليوم؛ وذلك عن طريق حمل ثقل موازن يمكن إسقاطه في البحر لزيادة الارتفاع، وعن طريق تهوية حاويات الرفع لإنقاص الارتفاع. ^{[ 12 ]} عمليًا، كانت كرات دي تيرزي ستنهار تحت ضغط الهواء، وكان على التطورات اللاحقة الانتظار حتى ظهور غازات رفع أكثر عملية.

بدأ الأخوان مونغولفييه في فرنسا تجاربهم على المناطيد في منتصف القرن الثامن عشر . كانت مناطيدهم مصنوعة من الورق، وكانت التجارب المبكرة التي استخدموا فيها البخار كغاز رافع قصيرة الأجل بسبب تأثيره على الورق عند تكثفه. ولأنهم ظنوا الدخان نوعًا من البخار، بدأوا بملء مناطيدهم بهواء ساخن دخاني أطلقوا عليه اسم "الدخان الكهربائي"، وعلى الرغم من عدم فهمهم الكامل للمبادئ التي تعمل، فقد حققوا بعض عمليات الإطلاق الناجحة، وفي عام 1783 دُعوا لتقديم عرض توضيحي للأكاديمية الفرنسية للعلوم .

في غضون ذلك، دفع اكتشاف الهيدروجين جوزيف بلاك ، حوالي عام ١٧٨٠ ، إلى اقتراح استخدامه كغاز رافع، إلا أن التجربة العملية كانت تنتظر مادة مانعة لتسرب الغاز في البالون. ولدى سماعه دعوة الأخوين مونغولفييه ، قدّم جاك شارل، عضو الأكاديمية الفرنسية، عرضًا مشابهًا لبالون يعمل بالهيدروجين. طوّر شارل، بالتعاون مع حرفيين اثنين هما الأخوان روبرت، مادة مانعة لتسرب الغاز من الحرير المطاطي للغلاف. وكان من المقرر توليد غاز الهيدروجين عن طريق تفاعل كيميائي أثناء عملية التعبئة.

كانت تصاميم مونغولفييه تعاني من عدة عيوب، أهمها الحاجة إلى طقس جاف وميل الشرر المتطاير من النار إلى إشعال البالون الورقي. احتوى التصميم المأهول على شرفة حول قاعدة البالون بدلاً من السلة المعلقة في التصميم الأول غير المأهول، مما جعل الورق أقرب إلى النار. خلال رحلتهما الحرة، كان دي روزييه ودارلاند يحملان دلاءً من الماء وإسفنجًا لإخماد هذه الحرائق فور اندلاعها. من ناحية أخرى، كان تصميم شارل المأهول حديثًا في جوهره. ^{[ 13 ]} نتيجةً لهذه الإنجازات، أصبح منطاد الهواء الساخن يُعرف باسم منطاد مونغولفييه ، ومنطاد الغاز باسم منطاد شارلييه .

كان منطاد شارل والأخوين روبرت التالي، " لا كارولين" ، من طراز "شارليير" الذي اتبع مقترحات جان بابتيست ميوسنييه لمنطاد طويل قابل للتوجيه، وتميز بوجود غلاف خارجي يحتوي على الغاز في منطاد داخلي ثانٍ. في 19 سبتمبر 1784، أكمل المنطاد أول رحلة له لمسافة تزيد عن 100 كيلومتر (62 ميلاً) بين باريس وبوفري ، على الرغم من أن أجهزة الدفع التي تعمل بالطاقة البشرية أثبتت عدم جدواها. 

في محاولةٍ منه في العام التالي لتوفير كلٍّ من القدرة على التحليق لفترات طويلة والتحكم، طوّر دي روزييه منطادًا مزودًا بأكياسٍ من الهواء الساخن وغاز الهيدروجين، وهو تصميمٌ سُمّي لاحقًا باسمه " روزيير". كانت الفكرة الأساسية هي استخدام قسم الهيدروجين لتوفير قوة رفع ثابتة، والتحرك عموديًا عن طريق تسخين قسم الهواء الساخن ثم تبريده، وذلك لالتقاط الرياح الأنسب على أي ارتفاعٍ تهب فيه. صُنع غلاف المنطاد من جلدٍ مُغطّى بطبقةٍ من مادةٍ تُشبه جلد خفافيش الذهب . انتهت الرحلة الأولى بكارثة، ونادرًا ما استُخدم هذا الأسلوب منذ ذلك الحين. ^{[ 14 ]}

يُعتبر السير جورج كايلي (1773-1857) مؤسس علم الطيران الحديث. وقد لُقّب بـ"أبو الطائرة" لأول مرة عام 1846 ^{[ 15 ]} ، كما أطلق عليه هينسون لقب "أبو الملاحة الجوية" ^{[ 2 ]} . وكان أول باحث علمي حقيقي في مجال الطيران ينشر أعماله، والتي تضمنت لأول مرة المبادئ والقوى الأساسية للطيران ^{[ 16 ] .}

في عام ١٨٠٩، بدأ بنشر أطروحةٍ رائدةٍ من ثلاثة أجزاء بعنوان "في الملاحة الجوية" (١٨٠٩-١٨١٠). ^{[ ١٧ ]} وقد كتب فيها أول بيانٍ علميٍّ للمشكلة، قائلاً: "تتلخص المشكلة برمتها ضمن هذه الحدود، وهي جعل سطحٍ ما يحمل وزنًا معينًا بتطبيق قوةٍ على مقاومة الهواء". وحدد القوى المتجهة الأربع التي تؤثر على الطائرة: الدفع ، والرفع، والسحب ، والوزن، وميّز بين الاستقرار والتحكم في تصاميمه.

لقد طور الشكل التقليدي الحديث للطائرة ذات الجناح الثابت والتي تحتوي على ذيل مثبت بأسطح أفقية ورأسية، بالإضافة إلى الطائرات الشراعية بدون طيار والمأهولة.

أدخل استخدام جهاز اختبار الذراع الدوارة لدراسة ديناميكا الهواء في الطيران، مستخدماً إياه لاكتشاف مزايا الجناح المنحني أو المحدب مقارنةً بالجناح المسطح الذي استخدمه في طائرته الشراعية الأولى. كما حدد ووصف أهمية الزاوية ثنائية السطوح ، والدعامات القطرية، وتقليل السحب، وساهم في فهم وتصميم الطائرات ذات الأجنحة المتحركة والمظلات . ^{[ 2 ]}

ومن الاختراعات المهمة الأخرى العجلة ذات الأسلاك المشدودة، والتي ابتكرها من أجل إنشاء عجلة خفيفة وقوية لهيكل الهبوط في الطائرات.

خلال القرن التاسع عشر، جرى تطوير أفكار كايلي واختبارها وإضفاء الطابع الرسمي عليها. وازداد الاهتمام العام والعلمي بعلم الطيران خلال العصر الفيكتوري ، مع مساهمات بارزة من شخصيات مثل جون سترينغفيلو ، وجيمس غليشر ، وفرانسيس وينهام ، وفريدريك بريري . أسس وينهام وغليشر وبريري الجمعية البريطانية للطيران عام 1866، بالاشتراك مع دوق أرغيل الثامن . ^{[ 18 ]} ورغم أن أبحاث الطيران في ذلك الوقت ظلت تجريبية إلى حد كبير، إلا أن الجمعية لعبت دورًا هامًا في الترويج للطيران باستخدام أجسام أثقل من الهواء، بما في ذلك من خلال المعرض الأول للطيران الذي أقيم عام 1868 في قصر الكريستال .

ساهمت هذه التطورات، إلى جانب الاهتمام الدولي المتزايد، في تمهيد الطريق لأعمال لاحقة قام بها هوراشيو فيليبس وغيره، والأهم من ذلك، أعمال أوتو ليلينتال ، المهندس ورجل الأعمال الألماني الذي عُرف باسم "الرجل الطائر". ^{[ 19 ]} كان ليلينتال أول من قام برحلات جوية ناجحة ومتكررة وموثقة جيدًا باستخدام الطائرات الشراعية ، ^{[ 20 ]} مما جعل فكرة " الأجسام الأثقل من الهواء " حقيقة واقعة. ونشرت الصحف والمجلات صورًا لليلينتال وهو يحلق في الجو، مما أثر إيجابًا على الرأي العام والعلمي حول إمكانية أن تصبح آلات الطيران عملية.

أدى عمله إلى تطوير الجناح الحديث. ^{[ 21 ] [ 22 ]} تُعتبر محاولاته للطيران في برلين عام 1891 بداية الطيران البشري. ^{[ 23 ]} ويُعتبر جهاز " Lilienthal Normalsegelapparat " أول طائرة تدخل الإنتاج التسلسلي، مما جعل شركة Maschinenfabrik Otto Lilienthal في برلين أول شركة لإنتاج الطائرات في العالم. ^{[ 24 ]} يُشار إلى أوتو ليلينتال غالبًا باسم "أبو الطيران" ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} أو "أبو الطيران". ^{[ 28 ]}

الطيران هو فن أو ممارسة علم الملاحة الجوية. تاريخياً، كان الطيران يعني فقط الطيران بالمركبات الأثقل من الهواء، ولكنه يشمل اليوم الطيران بالبالونات والسفن الهوائية.

يشمل هندسة الطيران تصميم وبناء الطائرات، بما في ذلك كيفية تزويدها بالطاقة، وكيفية استخدامها، وكيفية التحكم بها لضمان التشغيل الآمن. ^{[ 29 ]}

يُعد علم الديناميكا الهوائية جزءًا رئيسيًا من هندسة الطيران ، وهو علم المرور عبر الهواء.

مع تزايد النشاط في رحلات الفضاء، يتم في الوقت الحاضر دمج علوم الطيران والفضاء في هندسة الفضاء الجوي .

الصاروخ أو المركبة الصاروخية هو صاروخ أو مركبة فضائية أو طائرة أو أي مركبة أخرى تستمد قوتها الدافعة من محرك صاروخي . في جميع الصواريخ، يتكون العادم بالكامل من الوقود الدافعة الموجودة داخل الصاروخ قبل الاستخدام. ^{[ 30 ]} تعمل محركات الصواريخ وفقًا لمبدأ الفعل ورد الفعل ، حيث تدفع الصواريخ إلى الأمام ببساطة عن طريق إطلاق عادمها إلى الخلف بسرعة فائقة.

يعود تاريخ استخدام الصواريخ للأغراض العسكرية والترفيهية إلى الصين في القرن الثالث عشر على الأقل . ^{[ 31 ]} ولم يحدث استخدام علمي أو بين الكواكب أو صناعي كبير حتى القرن العشرين، عندما كانت الصواريخ هي التقنية التمكينية لعصر الفضاء ، بما في ذلك الهبوط على سطح القمر .

تُستخدم الصواريخ في الألعاب النارية ، والأسلحة، ومقاعد القذف ، ومركبات إطلاق الأقمار الصناعية ، ورحلات الفضاء المأهولة ، واستكشاف الكواكب الأخرى. ورغم أنها أقل كفاءة نسبياً عند السرعات المنخفضة، إلا أنها خفيفة الوزن وقوية للغاية، وقادرة على توليد تسارعات كبيرة والوصول إلى سرعات عالية جداً بكفاءة معقولة.

تُعدّ الصواريخ الكيميائية النوع الأكثر شيوعًا من الصواريخ، وتُنتج عادةً عادمها عن طريق احتراق وقود الصواريخ . تخزن هذه الصواريخ كمية كبيرة من الطاقة في شكل سهل الإطلاق، وقد تكون خطيرة للغاية. مع ذلك، فإن التصميم الدقيق والاختبار والبناء والاستخدام يقلل من المخاطر.

• مصطلحات الطيران
• قاموس جيبسن للطيران للطيارين وفنيي الطيران
• قاموس DTIC ADA032206: قاموس الطيران والفضاء الصيني-الإنجليزي
• الوسائط المتعلقة بعلم الطيران على ويكيميديا ​​كومنز

• "كيف تطير الأشياء" . المتحف الوطني للطيران والفضاء التابع لمؤسسة سميثسونيان . دليل مصاحب للمعرض الفعلي.
• "علم الطيران والفضاء" . MIT OpenCourseWare . معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا .
• إيلان كرو. "تصميم الطائرات: التركيب والتحليل" . ستانفورد. مؤرشف من الأصل بتاريخ 23 فبراير 2001.
• "دليل المبتدئين في علم الطيران" . مركز جلين للأبحاث . ناسا.

• "الصفحة الرئيسية" . المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية .
• مجالات البحث والتكنولوجيا في مجال الطيران . الشبكة الأوروبية لعلوم الطيران . مؤرشف من الأصل بتاريخ 25 أكتوبر 2019. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 فبراير 2009. تصنيف هرمي
• "أفكار في مجال الطيران والنقل الجوي" . ويكيبيديا . المجلس الاستشاري لأبحاث الطيران في أوروبا .