المروحة (علم الطيران)

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 14 صور
الموسوعة الحرة

مراوح طائرة النقل العسكرية سي-130 جيه سوبر هيركوليز

في مجال الطيران ، تُحوّل مروحة الطائرة ، والتي تُسمى أيضًا باللولب الهوائي ، [ 1 ] [ 2 ] الحركة الدورانية الناتجة عن المحرك أو أي مصدر طاقة آخر إلى تيار هوائي دوّار يدفع المروحة للأمام أو للخلف. تتكون المروحة من محور دوّار مُدار بالطاقة، مُثبّت عليه عدة شفرات ذات مقطع انسيابي شعاعي، بحيث يدور الهيكل بأكمله حول محور طولي. قد تكون زاوية ميل الشفرات ثابتة، أو قابلة للتغيير يدويًا إلى عدة مواضع مُحددة، أو من النوع ذي السرعة الثابتة المتغيرة تلقائيًا.

تتصل المروحة بعمود إدارة مصدر الطاقة إما مباشرة أو عن طريق تروس تخفيض السرعة . ويمكن صنع المراوح من الخشب أو المعدن أو المواد المركبة .

لا تكون المراوح مفيدة إلا عند سرعات جوية دون سرعة الصوت، والتي تقل عمومًا عن حوالي 480 ميلًا في الساعة (770 كم/ساعة) ، على الرغم من أنه تم تحقيق سرعة 1.01 ماخ في غطسة، بكفاءة مروحة تبلغ 78%، بواسطة طائرة ماكدونيل XF-88B التجريبية المجهزة بمراوح. [ 3 ]  

تاريخ

التصاميم الأولية

تصاميم المراوح المبكرة. من الأعلى إلى الأسفل، ومن اليسار إلى اليمين: مروحية الخيزران ، وهي لعبة قديمة من شرق آسيا (حوالي 400 قبل الميلاد)؛ المروحة الهوائية الافتراضية لليوناردو دافنشي (تسعينيات القرن الخامس عشر)؛ آلة ميخائيل لومونوسوف الديناميكية الهوائية (1754)؛ مروحة المنطاد لا فرانس ، أول طائرة في العالم قادرة على المناورة بالكامل (1884).

تعود أقدم الإشارات إلى الطيران العمودي إلى الصين. فمنذ حوالي عام 400 قبل الميلاد، [ 4 ] كان الأطفال الصينيون يلعبون بألعاب طائرة مصنوعة من الخيزران . [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] تُدار هذه الطائرة المروحية المصنوعة من الخيزران عن طريق دحرجة عصا متصلة بدوار بين اليدين. يُولّد الدوران قوة رفع، فتطير اللعبة عند إفلاتها. [ 4 ] ويُقال إن كتاب " باوبوزي " الطاوي الذي يعود إلى القرن الرابع الميلادي، من تأليف جي هونغ (抱朴子 "المعلم الذي يحتضن البساطة")، يصف بعض الأفكار الكامنة وراء الطائرات ذات الأجنحة الدوارة. [ 8 ]

ظهرت تصاميم مشابهة للعبة الهليكوبتر الصينية في لوحات عصر النهضة وغيرها من الأعمال الفنية. [ 9 ]

لم يُسجّل أي تقدّم يُذكر نحو الطيران العمودي إلا في أوائل ثمانينيات القرن الخامس عشر الميلادي، عندما ابتكر ليوناردو دافنشي تصميمًا لآلة يُمكن وصفها بـ "اللولب الهوائي" . تشير ملاحظاته إلى أنه بنى نماذج طائرة صغيرة، لكن لم تكن هناك أي إشارة إلى وجود آلية لمنع الدوّار من تدوير المركبة. [ 10 ] [ 11 ] ومع ازدياد المعرفة العلمية وقبولها على نطاق أوسع، واصل الإنسان سعيه وراء فكرة الطيران العمودي. وقد تشابهت العديد من هذه النماذج والآلات اللاحقة مع البلبل الخشبي القديم ذي الأجنحة الدوّارة، أكثر من تشابهها مع لولب ليوناردو.

في يوليو 1754، طوّر الروسي ميخائيل لومونوسوف جهازًا محوريًا صغيرًا مُصمّمًا على غرار البلبل الصيني ، ولكنه يعمل بنابض ملفوف [ 12 ] ، وعرضه على الأكاديمية الروسية للعلوم . كان الجهاز يعمل بنابض، واقتُرح كوسيلة لرفع أجهزة الأرصاد الجوية . في عام 1783، استخدم كريستيان دي لونوي وميكانيكيه بيانفينو نسخة محورية من البلبل الصيني في نموذج يتكون من ريش طيران ديك رومي متعاكس الدوران [ 12 ] كشفرات دوارة، وفي عام 1784، عرضاه على الأكاديمية الفرنسية للعلوم . وصف جان بابتيست ماري ميوسنييه منطادًا موجهًا عُرض في عام 1783. تُظهر الرسومات غلافًا انسيابيًا بطول 79 مترًا (260 قدمًا) مزودًا ببالونات داخلية يمكن استخدامها لتنظيم الرفع. صُمم المنطاد ليعمل بثلاث مراوح. في عام ١٧٨٤، قام جان بيير بلانشارد بتركيب مروحة يدوية على منطاد، وهي أول وسيلة مسجلة للدفع الجوي. [ ١٣ ] أما السير جورج كايلي ، فقد تأثر بشغفه في طفولته بالبلبل الصيني، فطور نموذجًا من الريش، مشابهًا لنموذج لونوي وبيانفينو، ولكنه يعمل بالأربطة المطاطية. وبحلول نهاية القرن، وصل إلى استخدام صفائح القصدير لشفرات الدوار والزنبركات لتوليد الطاقة. وقد أثرت كتاباته عن تجاربه ونماذجه بشكل كبير على رواد الطيران في المستقبل. [ ١٠ ] 

أرسل ويليام بلاند تصاميم "منطاده الجوي" إلى المعرض الكبير الذي أقيم في لندن عام 1851، حيث عُرض نموذج منه. كان هذا المنطاد عبارة عن بالون طويل مزود بمحرك بخاري يُشغل مروحتين معلقتين أسفله. [ 14 ] [ 15 ] وفي عام 1870، طوّر ألفونس بينو نماذج طائرات هليكوبتر ذات دوارات متحدة المحور، تعمل أيضًا بالأربطة المطاطية. وفي عام 1872، أطلق دوبوي دي لوم منطادًا كبيرًا صالحًا للملاحة، مدفوعًا بمروحة كبيرة يديرها ثمانية رجال. [ 16 ] بنى حيرام ماكسيم مركبة تزن 3.5 طن (3.6 طن متري) ، ويبلغ طول جناحيها 34 مترًا (110 أقدام) ، تعمل بمحركين بخاريين بقوة 270 كيلوواط (360 حصانًا) يُشغلان مروحتين. وفي عام 1894، تم اختبار آلته باستخدام قضبان علوية لمنعها من الارتفاع. وأظهر الاختبار أنها تتمتع بقوة رفع كافية للإقلاع. [ 17 ] ألهمت إحدى ألعاب بينو، التي أهداها والدهم للأخوين رايت ، الأخوين لتحقيق حلم الطيران. [ 18 ]     

أولى المراوح الحديثة

مروحة طائرة رايت العسكرية (1909)

كان الأخوان رايت رائدين في تصميم شكل الجناح الملتوي لمروحة الطائرة. فبينما حاول بعض المهندسين السابقين محاكاة مراوح الطائرات البحرية ، أدرك الأخوان رايت أن المروحة تُشبه الجناح في جوهرها ، واستطاعا استخدام بيانات من تجاربهما السابقة في نفق الرياح على الأجنحة، مُدخلين التواءً على طول الشفرات. كان هذا ضروريًا للحفاظ على زاوية هجوم أكثر انتظامًا للشفرة على طولها. [ 19 ] بلغت كفاءة شفرات مراوحهم الأصلية حوالي 82%، [ 20 ] مقارنةً بـ 90% لمروحة طيران عام صغيرة حديثة (2010)، وهي مروحة ماكولي ثلاثية الشفرات المستخدمة في طائرة بيتشكرافت بونانزا . [ 21 ] ويذكر روبر [ 22 ] أن كفاءة مروحة طائرة تعمل بالطاقة البشرية تبلغ 90%.

كان خشب الماهوجني هو الخشب المفضل لصناعة المراوح خلال الحرب العالمية الأولى ، لكن النقص الذي ساد في زمن الحرب شجع على استخدام خشب الجوز والبلوط والكرز والرماد . [ 23 ] وكان ألبرتو سانتوس دومونت رائدًا آخر من الرواد الأوائل، حيث صمم مراوح قبل الأخوين رايت [ 24 ] لمناطيده . وقد وظّف المعرفة التي اكتسبها من تجاربه مع المناطيد لصنع مروحة ذات عمود فولاذي وشفرات من الألومنيوم لطائرته ثنائية السطح 14 bis في عام 1906. استخدمت بعض تصميماته صفيحة ألومنيوم مثنية للشفرات، مما أدى إلى إنشاء شكل جناح. كانت هذه المراوح ذات تقوس سفلي كبير ، وهذا بالإضافة إلى غياب الالتواء الطولي جعلها أقل كفاءة من مراوح الأخوين رايت. [ 25 ] ومع ذلك، ربما كان هذا أول استخدام للألومنيوم في بناء مروحة. في الأصل، كان يُطلق على الجناح الدوار خلف الطائرة، والذي يدفعها، اسم المروحة، بينما كان يُطلق على الجناح الذي يسحب من الأمام اسم الجرار . [ 26 ] لاحقًا، شاع استخدام مصطلح "الدافع" للإشارة إلى الجهاز المثبت في الجزء الخلفي من الجرار، وأصبح يُشار إلى كليهما باسم "المراوح" أو "البراغي الهوائية". وبحلول عشرينيات القرن العشرين، كان فهم ديناميكا الهواء للمراوح منخفضة السرعة شبه مكتمل، إلا أن المتطلبات اللاحقة للتعامل مع طاقة أكبر في قطر أصغر جعلت المسألة أكثر تعقيدًا.

عامل يصنع المراوح خلال الحرب العالمية  الأولى

أشرف ويليام إف. دوراند على أبحاث المراوح للجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) منذ عام 1916. وشملت المعايير المقاسة كفاءة المروحة، وقوة الدفع المتولدة، والطاقة المستهلكة. ورغم إمكانية اختبار المروحة في نفق هوائي ، إلا أن أداءها في الطيران الحر قد يختلف. في مختبر لانغلي التذكاري للملاحة الجوية ، استخدم إي بي ليزلي طائرات فوت في إي-7 المزودة بمحركات رايت إي-4 لجمع بيانات الطيران الحر، بينما استخدم دوراند حجمًا مصغرًا، مع شكل مشابه، لجمع بيانات نفق الرياح. ونُشرت نتائجهم في عام 1926 كتقرير NACA رقم 220. [ 27 ]

النظرية والتصميم

مروحة هاميلتون ستاندرد 568F سداسية الشفرات ، تدور بسرعة 1200 دورة في الدقيقة، على طائرة ركاب قصيرة المدى من طراز ATR 72. تبلغ سرعة التوربين المحرك 20000 دورة في الدقيقة. [ 28 ]

يذكر لوري [ 29 ] أن كفاءة المروحة تبلغ حوالي 73.5% عند سرعة الطيران العادية لطائرة سيسنا 172. وقد استُنتجت هذه النسبة من "نهج بوتستراب" الذي اتبعه لتحليل أداء طائرات الطيران العام الخفيفة التي تستخدم مراوح ذات زاوية ميل ثابتة أو سرعة ثابتة. تتأثر كفاءة المروحة بزاوية الهجوم (α)، والتي تُعرَّف بأنها α = Φ - θ [ 30 ] ، حيث θ هي زاوية الحلزون (الزاوية بين السرعة النسبية الناتجة واتجاه دوران الشفرة)، وΦ هي زاوية ميل الشفرة . توفر زوايا الميل والحلزون الصغيرة جدًا أداءً جيدًا في مواجهة المقاومة، ولكنها تُنتج قوة دفع ضئيلة، بينما يكون للزوايا الأكبر تأثير معاكس. وتكون زاوية الحلزون المثلى عندما تعمل الشفرة كجناح، مما يُنتج قوة رفع أكبر بكثير من قوة السحب. ومع ذلك، فإن "الرفع والسحب" ليسا سوى طريقة واحدة للتعبير عن القوة الديناميكية الهوائية المؤثرة على الشفرات. لشرح أداء الطائرة والمحرك، تُعبّر القوة نفسها بشكل مختلف قليلاً من حيث الدفع وعزم الدوران [ 31 ] ، لأن الناتج المطلوب من المروحة هو الدفع. ويُشكّل الدفع وعزم الدوران أساس تعريف كفاءة المروحة كما هو موضح أدناه. وتُشابه نسبة تقدم المروحة زاوية هجوم الجناح.

يتم تحديد كفاءة المروحة بواسطة [ 32 ]

η=قوة الدفع الخارجةالقدرة العمودية=الدفع⋅السرعة المحوريةعزم المقاومة⋅سرعة الدوران.\displaystyle \eta ={\frac {\hbox{قوة الدفع الخارجة}}{\hbox{قوة العمود الداخلة}}}={\frac {{\hbox{الدفع}}\cdot {\hbox{السرعة المحورية}}}{{\hbox{عزم المقاومة}}\cdot {\hbox{السرعة الدورانية}}}}.}

تتشابه المراوح في مقطعها الانسيابي مع جناح منخفض السحب ، ولذلك يكون أداؤها ضعيفًا عند استخدامها بزاوية هجوم غير مثالية . لذا، تستخدم معظم المراوح آلية تغيير زاوية ميل الشفرات لتغيير زاوية ميلها مع تغير سرعة المحرك وسرعة الطائرة.

يقوم بحار بفحص مروحة مركبة إنزال هوائية تعمل بالوسادة الهوائية

من الاعتبارات الأخرى عدد وشكل الشفرات المستخدمة. فزيادة نسبة العرض إلى الطول للشفرات تقلل من مقاومة الهواء، لكن مقدار الدفع الناتج يعتمد على مساحة الشفرة، لذا فإن استخدام شفرات ذات نسبة عرض إلى طول عالية قد يؤدي إلى قطر مروحة مفرط. ومن الاعتبارات الأخرى أيضًا أن استخدام عدد أقل من الشفرات يقلل من تأثيرات التداخل بينها، ولكن توفير مساحة كافية للشفرات لنقل الطاقة المتاحة ضمن قطر محدد يتطلب حلًا وسطًا. كما أن زيادة عدد الشفرات يقلل من مقدار العمل المطلوب لكل شفرة، مما يحد من رقم ماخ المحلي - وهو حد أداء مهم للمراوح. ويتأثر أداء المروحة سلبًا عند ظهور التدفق فوق الصوتي لأول مرة على أطراف الشفرات. ولأن سرعة الهواء النسبية عند أي جزء من المروحة هي مجموع متجهي لسرعة الطائرة والسرعة المماسية الناتجة عن الدوران، فإن التدفق فوق طرف الشفرة سيصل إلى سرعة فوق صوتية قبل الطائرة بوقت طويل. وعندما يصل تدفق الهواء فوق طرف الشفرة إلى سرعته الحرجة ، تزداد مقاومة الهواء وعزم الدوران بسرعة، وتتشكل موجات صدمية تُحدث زيادة حادة في الضوضاء.

شفرة

تغيرات في زاوية شفرة المروحة من المحور إلى الطرف.

تتحرك حافة شفرة المروحة بسرعة أكبر من محورها. لذا، من الضروري تدوير الشفرة لتقليل زاوية الهجوم تدريجيًا، وبالتالي توليد قوة رفع منتظمة من المحور إلى الحافة. ​​تكون زاوية الهجوم القصوى، أو أعلى ميل، عند المحور، بينما تكون زاوية الهجوم الدنيا، أو أقل ميل، عند الحافة. ​​إن تصميم شفرة مروحة بزاوية هجوم ثابتة على طولها بالكامل سيكون غير فعال، لأنه مع ازدياد سرعة الطيران، ستكون زاوية الهجوم سالبة في الجزء القريب من المحور، بينما ستتوقف الحافة عن الدوران. [ 33 ]

معدل مرتفع

بُذلت جهود لتطوير مراوح ومراوح دافعة للطائرات التي تعمل بسرعات دون صوتية عالية. [ 34 ] ويُشابه الحل المُقترح تصميم أجنحة الطائرات التي تعمل بسرعات فوق صوتية . تُستخدم مقاطع رقيقة للشفرات، وتُسحب الشفرات للخلف بشكل يشبه السيف ( مروحة سيفية ) بطريقة تُحاكي سحب الأجنحة للخلف، وذلك لتأخير ظهور الموجات الصدمية عند اقتراب أطراف الشفرات من سرعة الصوت. ويتم الحفاظ على السرعة النسبية القصوى عند أدنى مستوى ممكن من خلال التحكم الدقيق في زاوية ميل الشفرات للسماح لها بزوايا حلزونية كبيرة. ويُستخدم عدد أكبر من الشفرات لتقليل الطاقة المبذولة لكل شفرة، وبالتالي تقليل قوة الدوران. وتُستخدم مراوح دوارة في اتجاهين متعاكسين . وتُعد المراوح المصممة أكثر كفاءة من المراوح التوربينية، وسرعة طيرانها (0.7-0.85 ماخ) مناسبة للطائرات التجارية، إلا أن مستوى الضوضاء الناتج عنها مرتفع للغاية (انظر طائرتي أنتونوف An-70 وتوبوليف Tu-95 كمثالين على هذا التصميم).

الفيزياء

تشمل القوى المؤثرة على شفرات مروحة الطائرة ما يلي. يمكن ترتيب بعض هذه القوى بحيث تتعادل فيما بينها، مما يقلل من الإجهادات الميكانيكية الكلية الواقعة عليها. [ 35 ] [ 1 ]

الانحناء بالدفع
تؤدي أحمال الدفع على الشفرات، كرد فعل للقوة الدافعة للهواء للخلف، إلى ثني الشفرات للأمام. ولذلك، غالبًا ما تُوجّه الشفرات للأمام ، بحيث تعمل قوة الطرد المركزي الخارجية الناتجة عن الدوران على ثنيها للخلف، مما يُوازن تأثيرات الانحناء.
الالتواء الطارد المركزي والديناميكي الهوائي
تتعرض أي جسم دوار غير متماثل لقوة التواء طاردة مركزية. في المروحة، تعمل هذه القوة على تدوير الشفرات للحصول على زاوية ميل دقيقة. ولذلك، يُرتب مركز الضغط الديناميكي الهوائي عادةً بحيث يكون متقدمًا قليلاً عن خطه المركزي الميكانيكي، مما يُولد عزم التواء باتجاه زاوية ميل واسعة ويُعاكس عزم الطرد المركزي. مع ذلك، في الغوص عالي السرعة، قد تتغير القوة الديناميكية الهوائية بشكل كبير، وقد تصبح العزوم غير متوازنة.
الطرد المركزي
القوة التي تشعر بها الشفرات والتي تعمل على سحبها بعيدًا عن المحور عند الدوران. ويمكن ترتيبها للمساعدة في موازنة قوة الانحناء الناتجة عن الدفع، كما هو موضح أعلاه.
ثني عزم الدوران
تؤدي مقاومة الهواء التي تعمل ضد الشفرات، بالإضافة إلى تأثيرات القصور الذاتي، إلى انحناء شفرات المروحة بعيدًا عن اتجاه الدوران.
اهتزازي
تُحدث أنواع عديدة من الاضطرابات قوى اهتزازية في الشفرات. تشمل هذه الاضطرابات الإثارة الديناميكية الهوائية عند مرور الشفرات بالقرب من الجناح وجسم الطائرة. تُولّد محركات المكابس دفعات عزم دوران قد تُثير أنماط اهتزازية في الشفرات وتُسبب فشلًا ناتجًا عن الإجهاد. [ 31 ] : 67 لا توجد دفعات عزم دوران عند تشغيلها بواسطة محرك توربيني غازي.

درجة صوت متغيرة

يهدف تغيير زاوية ميل شفرات المروحة إلى الحفاظ على زاوية هجوم مثالية لها، مما يضمن أقصى كفاءة طوال فترة الطيران، وبالتالي يقلل من استهلاك الوقود. ولا يمكن تحقيق أعلى سرعة ممكنة إلا من خلال زيادة كفاءة المروحة إلى أقصى حد عند السرعات العالية. [ 36 ] وتقل زاوية الهجوم الفعالة مع ازدياد سرعة الطيران، لذا يلزم استخدام زاوية ميل أكبر لشفرات المروحة عند السرعات العالية.

يتضح شرط تغيير زاوية ميل المروحة من خلال أداء المروحة خلال مسابقة كأس شنايدر عام 1931. فقد تعرضت مروحة شركة فيري للطيران ذات زاوية الميل الثابتة لتوقف جزئي عند الإقلاع، واستمرت سرعتها حتى 260 كم/ ساعة (160 ميل/ساعة) في طريقها إلى سرعة قصوى بلغت 655.8 كم/ ساعة (407.5 ميل/ساعة) . [ 37 ] وقد تحقق هذا النطاق الواسع للسرعة لأن بعض المتطلبات المعتادة لأداء الطائرات لم تكن تنطبق. فلم يكن هناك أي تنازل عن كفاءة السرعة القصوى، ولم تكن مسافة الإقلاع مقيدة بطول المدرج المتاح، ولم يكن هناك شرط للصعود. [ 38 ]    

تُتيح الشفرات ذات الميل المتغير المستخدمة في طائرة توبوليف تو-95 دفعها بسرعة تتجاوز الحد الأقصى الذي كان يُعتبر ممكناً في السابق للطائرات ذات المحركات المروحية [ 39 ] باستخدام ميل خشن للغاية. [ 40 ]

الآليات

رسم توضيحي لمروحة هاميلتون ستاندرد . استُخدم هذا النوع من المراوح ذات السرعة الثابتة في العديد من الطائرات المقاتلة والقاذفات وطائرات النقل الأمريكية خلال الحرب العالمية الثانية.

كانت إعدادات التحكم في درجة الصوت المبكرة تُدار بواسطة الطيار، إما بعدد قليل من المواضع المحددة مسبقًا أو بشكل متغير باستمرار. [ 1 ]

أبسط آلية هي المروحة القابلة للتعديل أرضيًا ، والتي يمكن تعديلها على الأرض، ولكنها تصبح فعليًا مروحة ذات زاوية ثابتة بمجرد الإقلاع. يتم ضبط مروحة VP "ثنائية السرعة" المزودة بنابض على الوضع الدقيق للإقلاع، ثم يتم تشغيلها على الوضع الخشن بمجرد الوصول إلى وضع التحليق، وتبقى المروحة على الوضع الخشن لبقية الرحلة.

بعد الحرب العالمية الأولى ، طُوّرت المراوح الأوتوماتيكية للحفاظ على زاوية هجوم مثالية. وقد تم ذلك عن طريق موازنة عزم الدوران المركزي على الشفرات ومجموعة من الأثقال الموازنة مع نابض والقوى الديناميكية الهوائية المؤثرة على الشفرة. تميزت المراوح الأوتوماتيكية ببساطتها وخفة وزنها وعدم حاجتها إلى تحكم خارجي، إلا أن أداء مروحة معينة كان يصعب مطابقته مع أداء محرك الطائرة.

أكثر أنواع المراوح ذات الخطوة المتغيرة شيوعًا هي المروحة ذات السرعة الثابتة . يتم التحكم بها بواسطة وحدة هيدروليكية للتحكم في السرعة الثابتة (CSU). تقوم هذه الوحدة بضبط خطوة الشفرات تلقائيًا للحفاظ على سرعة محرك ثابتة لأي إعداد محدد للتحكم في الطاقة. [ 1 ] تسمح المراوح ذات السرعة الثابتة للطيار بضبط سرعة الدوران وفقًا للحاجة إلى أقصى قدرة للمحرك أو أقصى كفاءة، ويعمل منظم سرعة المروحة كوحدة تحكم ذات حلقة مغلقة لتغيير زاوية خطوة المروحة حسب الحاجة للحفاظ على سرعة المحرك المختارة. [ 41 ] في معظم الطائرات، يكون هذا النظام هيدروليكيًا، حيث يُستخدم زيت المحرك كسائل هيدروليكي. مع ذلك، طُوّرت المراوح التي يتم التحكم بها كهربائيًا خلال الحرب العالمية الثانية، وشهدت استخدامًا واسع النطاق في الطائرات العسكرية، وشهدت مؤخرًا عودةً للاستخدام في الطائرات محلية الصنع.

وهناك تصميم آخر هو V-Prop ، وهو تصميم ذاتي التشغيل والإدارة.

ريش

مروحة ذات ريش على المحرك التوربيني الخارجي TP400 لطائرة إيرباص A400M

في معظم المراوح ذات الخطوة المتغيرة، يمكن تدوير الشفرات بالتوازي مع تدفق الهواء لإيقاف دوران المروحة وتقليل مقاومة الهواء عند تعطل المحرك أو إيقافه عمدًا. يُطلق على هذه العملية اسم "الريش" ، وهو مصطلح مُستعار من التجديف . في الطائرات ذات المحرك الواحد، سواء كانت طائرة شراعية بمحرك أو طائرة توربينية، يؤدي ذلك إلى زيادة مسافة الانزلاق. أما في الطائرات متعددة المحركات، فإن ريش المروحة في المحرك المعطل يقلل من مقاومة الهواء، ويساعد الطائرة على الحفاظ على السرعة والارتفاع مع المحركات العاملة. كما يمنع الريش أيضًا دوران أجزاء المحرك بفعل تيار الهواء، والذي قد يُلحق الضرر بالمحرك، أو يتسبب في نشوب حريق، أو يُلحق أضرارًا هيكلية بالطائرة.

تستشعر معظم أنظمة ضبط ريش الشفرات في المحركات الترددية انخفاض ضغط الزيت، فتقوم بتحريك الشفرات نحو وضع الريش، ويتطلب ذلك من الطيار سحب ذراع التحكم بالمروحة للخلف لفصل دبابيس إيقاف الميل العالي قبل أن يصل المحرك إلى سرعة دورانه في وضع الخمول . أما أنظمة التحكم في المحركات التوربينية المروحية، فتستخدم عادةً مستشعر عزم دوران سلبي في علبة التروس المخفضة، والذي يحرك الشفرات نحو وضع الريش عندما يتوقف المحرك عن تزويد المروحة بالطاقة. وبحسب التصميم، قد يضطر الطيار إلى الضغط على زر لتجاوز دبابيس إيقاف الميل العالي وإتمام عملية ضبط الريش، أو قد تكون هذه العملية تلقائية.

يُعدّ التذبذب العرضي للأجنحة أمرًا خطيرًا وقد يؤدي إلى توقف ديناميكي هوائي ؛ كما رأينا على سبيل المثال مع رحلة الخطوط الجوية Yeti رقم 691 التي تحطمت أثناء الهبوط بسبب تذبذب عرضي للأجنحة. [ 42 ]

النغمة المعكوسة

يمكن لبعض الطائرات تشغيل مراوحها بزاوية ميل سالبة للشفرات، مما يعكس قوة الدفع الناتجة عنها. يُعرف هذا باسم "زاوية ميل بيتا". يُستخدم الدفع العكسي للمساعدة في إبطاء الطائرة بعد الهبوط، وهو مفيد بشكل خاص عند الهبوط على مدرج مبلل، حيث تقل فعالية كبح العجلات. في بعض الحالات، تسمح زاوية الميل العكسية للطائرة بالتحرك للخلف على المدرج، وهو أمر مفيد للغاية لإخراج الطائرات المائية من الأحواض الضيقة.

الدوران المعاكس

مراوح تدور في اتجاهين متعاكسين

تُستخدم المراوح المتعاكسة الدوران أحيانًا في الطائرات ذات المحركين والمتعددة المحركات المثبتة على الأجنحة. تدور هذه المراوح في اتجاهين متعاكسين لنظيرتها على الجناح الآخر لتحقيق توازن في عزم الدوران وتأثيرات عامل الدفع . ويُشار إليها أحيانًا باسم المراوح "اليمينية" لوجود نسخ يمنى ويسرى من كل مروحة.

عمومًا، تدور مراوح كلا محركي معظم الطائرات التقليدية ذات المحركين باتجاه عقارب الساعة (عند النظر إليها من مؤخرة الطائرة). ولتجنب مشكلة دوران المحرك الحرجة ، تدور المراوح المتعاكسة عادةً باتجاه جسم الطائرة - باتجاه عقارب الساعة للمحرك الأيسر وعكس اتجاه عقارب الساعة للمحرك الأيمن - إلا أن هناك استثناءات (خاصةً خلال الحرب العالمية الثانية ) مثل طائرة P-38 Lightning التي دارت مراوحها باتجاه الخارج (عكس اتجاه عقارب الساعة للمحرك الأيسر ومع اتجاه عقارب الساعة للمحرك الأيمن) بعيدًا عن جسم الطائرة خلال سنوات الحرب العالمية الثانية، وطائرة إيرباص A400 التي تدور مراوحها الداخلية والخارجية في اتجاهين متعاكسين حتى على الجناح نفسه. [ 43 ]

الدوران المعاكس

يُركّب نظام المروحة المتعاكسة الدوران مروحتين تدوران في اتجاهين متعاكسين على عمودَي إدارة متمركزين، بحيث تقع إحداهما مباشرةً خلف الأخرى. يوفر هذا النظام مزايا المراوح المتعاكسة الدوران لمحرك واحد. تُولّد المروحة الأمامية معظم قوة الدفع، بينما تستعيد المروحة الخلفية الطاقة المفقودة في حركة الهواء الدوامية في تيار الهواء خلفها. كما يزيد الدوران المتعاكس من قدرة المروحة على امتصاص الطاقة من المحرك، دون زيادة قطرها. مع ذلك، فإن التكلفة الإضافية والتعقيد والوزن والضوضاء المصاحبة لهذا النظام نادرًا ما تجعله مجديًا، ولا يُستخدم إلا في المحركات عالية الأداء حيث يكون الأداء الأمثل أهم من الكفاءة.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 بومونت، آر إيه؛ الهندسة الجوية ، أودهامز، 1942، الفصل 13، "المراوح".
  2. ↑ وراغ، ديفيد و. (1973). قاموس الطيران (  الطبعة الأولى). أوسبري. ص  28. ISBN 9780850451634.
  3. ↑ دراسة طيران لمروحة أسرع من الصوت على مركبة بحثية للمراوح عند أرقام ماخ تصل إلى 1.01، هاماك وآخرون، مذكرة بحثية RM L57E20، 10 يونيو 1957، اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية، واشنطن
  4. 1 2 ليشمَن، ج. جوردون. مبادئ ديناميكا الهواء للمروحيات . سلسلة كامبريدج للفضاء الجوي، 18. كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج ، 2006. ISBN 978-0-521-85860-1"تاريخ الطيران بالمروحيات" . مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2014. تم الاطلاع عليه في 15 يوليو 2014 .مقتطف من الإنترنت
  5. ↑"تاريخ الطائرات المروحية المبكر". Aerospaceweb.org. تاريخ الاسترجاع: 12 ديسمبر 2010
  6. ↑ التحليق: ابتكار العصر الجوي، من العصور القديمة وحتى الحرب العالمية الأولى . مطبعة جامعة أكسفورد. 8 مايو 2003. الصفحات 22-23 . ISBN  978-0-19-516035-2.
  7. ↑ غوبل، غريغ. ""اختراع المروحية."تمت أرشفة هذا النص من المصدر الأصلي في 29 يونيو 2011. تم الاطلاع عليه في 11 نوفمبر 2008 .Vectorsite.net. تاريخ الاسترجاع: 11 نوفمبر 2008
  8. ↑ فاي، جون. "الرواد، تطور الطائرات ذات الأجنحة الدوارة" . مؤرشف من الأصل في 7 نوفمبر 2006. تم الاطلاع عليه في 21 مارس 2007 ."رواد الطائرات المروحية  - تطور الطائرات ذات الأجنحة الدوارة". موقع تاريخ الطائرات المروحية. تاريخ الوصول: 28 نوفمبر 2007
  9. ↑ دونالد ف. لاش . (1977).آسيا في تشكيل أوروبا. المجلد الثاني، قرن من العجائب . ص 403
  10. 1 2 رومرمان، جودي. "التكنولوجيا المبكرة للمروحيات" . مؤرشف من الأصل في 20 فبراير 2014. تم الاسترجاع في 2 فبراير 2014 ."التكنولوجيا المبكرة للمروحيات". لجنة الذكرى المئوية للطيران، 2003. تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 ديسمبر 2010.
  11. ↑ Pilotfriend.com "لولب الهواء الحلزوني لليوناردو دافنشي" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 24 سبتمبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 7 فبراير 2015 .“المسمار الهوائي الحلزوني لليوناردو دافنشي.” Pilotfriend.com . تم الاسترجاع 12 ديسمبر 2010
  12. 1 2 ليشمين، ج. جوردون (2006).مبادئ ديناميكا الهواء للمروحيات. مطبعة جامعة كامبريدج. ص 8. ISBN 0-521-85860-7
  13. ↑ وينتر وديجنر (1933)، ص 26-27.
  14. ↑ تكريم أستراليا لمنطاد الهواء – اختراع بلاند الرائع قبل أكثر من 70 عامًا. صحيفة ذا أرجوس، 13 سبتمبر 1924
  15. ↑ "رؤى لآلة طائرة - صحيفة وطنية - smh.com.au" . www.smh.com.au. ١١ مايو ٢٠٠٦. مؤرشف من الأصل في ٣٠ ديسمبر ٢٠١٧. تم الاطلاع عليه في ٢٨ أبريل ٢٠١٨ .
  16. ↑ بروكس، بيتر دبليو، زبلين: المناطيد الصلبة 1893-1940، واشنطن، مطبعة مؤسسة سميثسونيان، 1992، رقم ISBN 1-56098-228-4ص 19.
  17. ↑ بيريل، بيكر (1967). أحلام وحقائق غزو السماء . نيويورك: أثينيوم. ص 124-125
  18. ↑ "نسخة مؤرشفة" (PDF) . مكتبة الكونغرس . مؤرشفة (PDF) من الأصل بتاريخ 18 أكتوبر 2017. تم الاطلاع عليها بتاريخ 29 ديسمبر 2017 .{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title ( link )
  19. ↑ دليل الطيار للمعرفة الملاحية . أوكلاهوما سيتي: إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية. 2008. الصفحات 2-7، أي الصفحة 7 من الفصل 2: ​​هيكل الطائرة. FAA-8083-25A. مؤرشف من الأصل في 1 يوليو 2015. 
  20. ↑ آش، روبرت ل.، كولين ب. بريتشر، وكينيث و. هايد. "الأخوين رايت: كيف أضاف شقيقان من دايتون لمسة جديدة إلى دفع الطائرات." الهندسة الميكانيكية: 100 عام من الطيران ، 3 يوليو 2007.
  21. ↑ روجرز، ديفيد ف. " كفاءة المروحة مؤرشفة في 21-12-2014 في آلة Wayback "، الشكل 3. NAR ، 2010. تاريخ الوصول: 28 أغسطس 2014.
  22. ↑ روبر، كريس. "رحلات جوية" . www.humanpoweredflying.propdesigner.co.uk . مؤرشف من الأصل في 13 مارس 2016. تم الاطلاع عليه في 28 أبريل 2018 .
  23. ↑ آيرز، ليونارد ب. (1919). الحرب مع ألمانيا ( الطبعة الثانية). واشنطن العاصمة: مكتب الطباعة الحكومي للولايات المتحدة. ص 92.  
  24. ↑ هنري ر. بالمر الابن، "مظلة قفص الطيور"، مجلة فلاينج، أكتوبر 1960، ص 51
  25. ↑ كانت نظرية المروحة الفيزيائية آنذاك مقتصرة على نظرية رانكين - فرود ، المعروفة أيضًا باسم "نظرية قرص المحرك" أو نظرية الزخم المحوري. هذه النظرية، على الرغم من كفايتها، لا تُشير إلى الشكل الأمثل للمروحة. لم يُحلّ هذا الأمر فيما يتعلق بتلك النظرية إلا في عشرينيات القرن العشرين، وذلك من خلال استكمالها بقانون بيتز (جولدشتاين، بيتز، براندتل، ولانشستر): ويليام غريبل، ميكانيكا الموائع الهندسية ، ص 144، ISBN 1-560-32711-1جون كارلتون، المراوح البحرية والدفع ، ص 169، رقم ISBN 978-0-08-097123-0لكن الأخوين رايت كانا يُشبّهان شفرة المروحة بجناح الطائرة، إذ سبق لهما تحديد أنماط السلوك الديناميكي الهوائي: جون ديفيد أندرسون، تاريخ الديناميكا الهوائية: وتأثيرها على آلات الطيران ، ISBN 0-521-66955-3
  26. ↑ الموسوعة البريطانية، طبعة 1910، المجلد 30 (ملحق 1922)، في مقالة "علم الطيران"، صفحة 20. "وُصفت المراوح بأنها "جرارات" و"مراوح دفع"، وذلك بحسب ما إذا كان عمود المروحة يتعرض للشد أو الضغط بفعل قوة الدفع، وعادةً ما تُسمى الطائرات المقابلة لها بالأسماء نفسها. كانت أولى الطائرات ذات السطحين، تلك التي صممها الأخوان رايت وفارمان، من نوع مراوح الدفع، وتُعرف بالعامية باسم "الدافعة"؛ وكانت جميع الطائرات أحادية السطح تقريبًا من نوع "الجرارات".
  27. ↑ ويليام دوراند وإي بي ليزلي (1926) مقارنة بين اختبارات المراوح الهوائية أثناء الطيران واختبارات نماذج نفق الرياح على أشكال مماثلة ، اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية رقم 220
  28. ↑ تقنية علب التروس المتقدمة في محركات التوربينات الصغيرة، الورقة رقم 8، وقائع مؤتمر AGARD رقم 369، ISBN 9283503724
  29. ↑ "نهج التحسين الذاتي لأداء الطائرات (الجزء الثاني - الطائرات ذات المراوح ثابتة السرعة) - مقال مميز من AVweb" . Avweb.com . ١٢ ديسمبر ١٩٩٩. مؤرشف من الأصل في ١٨ أغسطس ٢٠١٢. تم الاطلاع عليه في ٢٨ أبريل ٢٠١٨ .
  30. ↑ كوندو، أجوي (2010). تصميم الطائرات . مطبعة جامعة كامبريدج. ص 346. ISBN  978-0521885164.
  31. 1 2 نيلسون، ويلبر سي. (1948). مبادئ مروحة الطائرة .
  32. ↑ البروفيسور ز. س. سباكوفسكي، مؤرشف في ٢٨ يونيو ٢٠١٢ على موقع Wayback Machine . " ١١.٧.٤.٣ الكفاءة ، مؤرشف في ٢٦ فبراير ٢٠١٥ على موقع Wayback Machine " . توربينات معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، ٢٠٠٢. الديناميكا الحرارية والدفع، الصفحة الرئيسية، مؤرشف في ١٧ فبراير ٢٠١٠ على موقع Wayback Machine.
  33. ↑ دليل الطيار للمعرفة الملاحية . إدارة الطيران الفيدرالية . 24 أغسطس 2016. الصفحات 7-4 – 7-5 . 
  34. ↑ تجاوز الحدود مع الطيار التجريبي هيرب فيشر . مؤرشف في 1 فبراير 2014 في آلة Wayback. الطائرات والطيارون في الحرب العالمية الثانية، 2000. تم الاسترجاع: 22 يوليو 2011.
  35. ↑ دليل ميكانيكا هياكل الطائرات ومحركاتها (ملف PDF) . إدارة الطيران الفيدرالية. صفحة 327. مؤرشف (ملف PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 26 أغسطس 2014. 
  36. ↑ "اختبارات الديناميكا الهوائية على المراوح" . تم الاطلاع عليه في 1 يوليو 2022 .
  37. ↑ "طيران فيري | 1931 | 1159 | أرشيف الرحلات" . مؤرشف من الأصل في 31 مارس 2018. تم الاطلاع عليه في 30 مارس 2018 .
  38. ↑ "طيران فيري | 1931 | 1158 | أرشيف الرحلات" . مؤرشف من الأصل في 1 أبريل 2018. تم الاطلاع عليه في 1 أبريل 2018 .
  39. ↑ "جميع طائرات العالم من جينز 1982-1983، شركة جينز للنشر المحدودة، رقم ISBN 0 7106-0748-2، ص. 228
  40. ↑ تطوير المحركات النفاثة والتوربينية، الطبعة الرابعة، بيل غانستون 2006، باتريك ستيفنز المحدودة، رقم ISBN 0 7509 4477 3، ص 66
  41. ↑ يجيب البروفيسور فون كليبتيب على أسئلتكم حول نظام التحكم في سرعة المروحة الثابتة من ماكولي (ملف PDF) . ويتشيتا، كانساس: ماكولي . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 22 مارس 2011.
  42. ↑ «التقرير النهائي عن حادث طائرة ATR72/212A الإصدار 500 (رقم التسجيل: 9N-ANC) الذي وقع في 15 يناير 2023 بالقرب من مطار بوخارا الدولي» (ملف PDF) . 28 ديسمبر 2023. مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 28 ديسمبر 2023.
  43. ↑ https://www.icas.org/icas_archive/ICAS2008/PAPERS/362.PDF ، الشكل 4