زاوية ميل الشفرة

يشير مصطلح "زاوية ميل الشفرة" أو ببساطة "الميل" إلى زاوية ميل الشفرة في السائل. ^{[ 1 ]} ويُستخدم هذا المصطلح في مجالات الطيران والشحن وغيرها.

في مجال الطيران، تشير زاوية ميل الشفرات إلى زاوية شفرات مروحة الطائرة أو دوار المروحية . تُقاس زاوية ميل الشفرات نسبةً إلى جسم الطائرة. وعادةً ما تُوصف بأنها "دقيقة" أو "منخفضة" لزاوية شفرة عمودية، و"خشنة" أو "عالية" لزاوية شفرة أفقية.

يتم وصف ميل الشفرة عادةً بأنه نسبة المسافة الأمامية لكل دورة بافتراض عدم وجود انزلاق.

تعمل زاوية ميل شفرات المروحة بشكل مشابه لنسبة التروس في نظام الدفع النهائي للسيارة. توفر زاوية الميل المنخفضة تسارعًا جيدًا عند السرعات المنخفضة ( ومعدل صعود جيد في الطائرات)، بينما تعمل زاوية الميل العالية على تحسين الأداء عند السرعات العالية وكفاءة استهلاك الوقود.

من الشائع تصميم الطائرات بمراوح ذات زاوية ميل متغيرة ، لتوفير أقصى قوة دفع على نطاق سرعات أوسع. تُستخدم زاوية ميل دقيقة أثناء الإقلاع والهبوط، بينما تُستخدم زاوية ميل أكبر للتحليق بسرعات عالية. وذلك لأن زاوية الهجوم الفعالة لشفرة المروحة تقل مع زيادة سرعة الطائرة. وللحفاظ على زاوية الهجوم المثلى، يجب زيادة زاوية الميل. زاوية ميل الشفرة ليست هي نفسها زاوية الهجوم. فمع زيادة السرعة، تزداد زاوية ميل الشفرة للحفاظ على زاوية الهجوم ثابتة.

تعتمد قوة رفع شفرة المروحة، أو دفعها، على زاوية الهجوم وسرعتها. ولأن سرعة شفرة المروحة تتفاوت من مركزها إلى طرفها، فإنها تتخذ شكلاً ملتوياً للحفاظ على قوة الدفع ثابتة تقريباً على طولها؛ وهذا ما يُسمى "التواء الشفرة". وهذا شائع في جميع المراوح باستثناء أبسطها.

يُعدّ التحكم في زاوية ميل شفرات التوربينات ميزةً أساسيةً في جميع توربينات الرياح الحديثة الكبيرة ذات المحور الأفقي تقريبًا . ويُستخدم هذا التحكم لضبط سرعة الدوران والطاقة المُولّدة. أثناء التشغيل، يقوم نظام التحكم في توربينات الرياح بضبط زاوية ميل الشفرات للحفاظ على سرعة الدوّار ضمن حدود التشغيل مع تغيّر سرعة الرياح. ويؤدي خفض زاوية ميل الشفرات إلى إيقاف الدوّار أثناء حالات الإيقاف الطارئ، أو عندما تتجاوز سرعة الرياح السرعة القصوى المُصنّفة. أثناء بناء وصيانة توربينات الرياح، تُضبط زاوية ميل الشفرات عادةً لتقليل عزم الدوران غير المرغوب فيه في حالة هبوب رياح قوية.

يُفضّل التحكم في زاوية ميل شفرات التوربينات على استخدام مكابح الدوار، لأن المكابح عُرضة للتلف أو التحميل الزائد بفعل قوة الرياح على التوربين، مما قد يؤدي إلى خروج التوربينات عن السيطرة. في المقابل، يسمح التحكم في زاوية ميل الشفرات بضبطها بحيث لا تؤثر سرعة الرياح على الضغط الواقع على آلية التحكم. ^{[ 3 ]}

يمكن التحكم في زاوية ميل الريشة باستخدام آليات هيدروليكية أو كهربائية. تتميز الآليات الهيدروليكية بعمر أطول، واستجابة أسرع بفضل قوة الدفع العالية، واحتياج أقل لزنبرك احتياطي للصيانة. مع ذلك، تتطلب الأنظمة الهيدروليكية طاقة أكبر للحفاظ على ضغط عالٍ، وقد تتعرض للتسريب. أما الأنظمة الكهربائية، فتستهلك طاقة أقل ولا تُهدرها، كما أنها لا تُسرّب. لكنها تتطلب بطاريات ومكثفات احتياطية باهظة الثمن في حال انقطاع التيار الكهربائي. ^{[ 3 ]}

لا يتطلب التحكم في زاوية ميل الشفرات أن يكون فعالاً (أي يعتمد على المحركات). تعتمد توربينات الرياح السلبية (التي يتم التحكم فيها عن طريق التوقف) على حقيقة أن زاوية الهجوم تزداد مع سرعة الرياح. يمكن تصميم الشفرات بحيث تتوقف عن العمل عند تجاوز سرعة معينة. وهذا استخدام آخر للشفرات الملتوية: يسمح الالتواء بتوقف تدريجي حيث أن لكل جزء من الشفرة زاوية هجوم مختلفة، وبالتالي يتوقف في وقت مختلف. ^{[ 4 ]}

عادةً ما تمثل تكلفة التحكم في زاوية ميل شفرات التوربينات أقل من 3% من إجمالي نفقات التوربينات الهوائية، بينما تمثل أعطال زاوية ميل الشفرات 23% من إجمالي وقت توقف إنتاج التوربينات الهوائية، و21% من إجمالي أعطال المكونات. ^{[ 5 ]}

في مجال الشحن، تُقاس زاوية ميل شفرات المروحة بعدد البوصات التي تقطعها السفينة للأمام في الماء عند إتمام دورة كاملة للمروحة. على سبيل المثال، مروحة بزاوية ميل 12 بوصة تدفع السفينة 12 بوصة للأمام عند دورانها دورة واحدة. تجدر الإشارة إلى أن هذه هي المسافة القصوى النظرية؛ أما في الواقع، وبسبب الانزلاق بين المروحة والماء، فإن المسافة الفعلية المقطوعة ستكون أقل حتمًا. ^{[ 6 ]}

تحتوي بعض المراوح المركبة على شفرات قابلة للتبديل، مما يسمح بتغيير زاوية ميل الشفرة عند توقف المروحة. ^{[ 7 ]} تُستخدم زاوية ميل منخفضة لنقل الأحمال الثقيلة بسرعات منخفضة، بينما تُستخدم زاوية ميل عالية للسفر بسرعات عالية.

في التجديف، يُقصد بزاوية ميل المجداف ميله نحو مؤخرة القارب خلال مرحلة الدفع من ضربة التجديف. وبدون زاوية ميل صحيحة، قد يغوص المجداف أكثر من اللازم، أو يخرج من الماء، أو يُسبب صعوبات في التوازن خلال مرحلة استعادة التوازن من الضربة.