جناح القناة

الجناح القنوي هو مبدأ تصميم أجنحة الطائرات ، حيث يوضع المحرك في منتصف أنبوب نصفي، ويدفع مروحة موضوعة في الطرف الخلفي للقناة التي يشكلها الأنبوب النصفي. وقد طوّره ويلارد راي كاستر في عشرينيات القرن العشرين.

في عام ١٩٢٥، لاحظ كاستر كيف رفعت الرياح العاتية سقف حظيرة. أدرك كاستر أن سرعة الرياح العالية تُحدث ضغطًا منخفضًا فوق السقف بينما يبقى الضغط مرتفعًا في الداخل، مما يؤدي إلى اقتلاع السقف. هذه الظاهرة، انخفاض الضغط في الأعلى وارتفاعه في الأسفل، هي نفسها التي تسمح لجناح الطائرة بتوليد قوة الرفع.

درس كاستر هذه الظاهرة، وبحلول عام ١٩٢٨ كان قد صنع النماذج الأولى لجناح ذي مقطع نصف أنبوبي بدلاً من شكل الجناح المعتاد. وحصل على براءة اختراع للفكرة عام ١٩٢٩. ثم جرى تطوير جناح القناة ذي المقطع النصف أنبوبي، وفي ١٢ نوفمبر ١٩٤٢، حلقت طائرة CCW-1 ( جناح كاستر ذو القناة ١ ) لأول مرة. بنى كاستر طائرات تجريبية إضافية؛ وكانت آخرها CCW-5، التي صُنع منها عدد قليل عام ١٩٦٤.

كان ملخص كاستر لاختراعه هو أن قوة الرفع التي يخلقها الجناح هي سرعة تيار الهواء الذي يمر فوق الجناح، وليس سرعة الطائرة نفسها: سرعة الهواء، وليس سرعة الطيران.

يعمل الجناح لأن ضغط الهواء فوقه أقل من ضغط الهواء تحته. يجب أن تصل الطائرة التقليدية إلى سرعة دنيا كبيرة قبل أن يصبح فرق الضغط هذا كافيًا لتوليد قوة رفع كافية للإقلاع.

في جناح قناة طائرة كاستر، يوجه المروحة الدوارة تيارًا ثابتًا من الهواء إلى الخلف عبر القناة. عادةً ما تتغذى المروحة الموجودة على جانب الضغط المنخفض بالهواء من جميع الاتجاهات. ولأن نصف الأنبوب يمنع سحب الهواء من الأسفل، يتحرك الهواء عبر القناة بدلًا من ذلك. وهذا يخلق منطقة ضغط منخفض في القناة، مما يولد قوة الرفع.

لم يُثبت جناح القناة فعاليته في الطائرات لفترة طويلة، على الرغم من أن كاستر أثبت نظريًا وتجريبيًا مبدأ الطيران العمودي. بُنيت تصاميمه بدفات تقليدية تتطلب سرعة جوية معينة لتكون فعالة، لذا لم تكن أي من الطائرات التي صممها كاستر قادرة على الإقلاع العمودي ، بل صُنفت كطائرات ذات إقلاع وهبوط قصيرين ( STOL ). كان المدرج المطلوب للإقلاع قصيرًا للغاية: 61 مترًا (200 قدم) للطائرة CCW-1، و 20 مترًا (66 قدمًا) للطائرة CCW-2، بسرعة إقلاع منخفضة تصل إلى 32 كيلومترًا في الساعة (20 ميلًا في الساعة) . الإقلاع العمودي الكامل ممكن نظريًا.   

قام كاستر بدراسة الطائرات ذات الأجنحة الأنبوبية النقية والطائرات ذات الأجنحة التقليدية الإضافية الموجودة خارج الأنابيب. يعمل هذا التصميم بكفاءة عالية عند السرعات المنخفضة نسبيًا. أما عند السرعات العالية، وعند دورات المروحة العالية في الدقيقة ، فقد حدثت تذبذبات في المناطق المحيطة بالمروحة، مما تسبب في زيادة الضوضاء، بالإضافة إلى إحداث اهتزازات مدمرة طويلة الأمد في هيكل الطائرة.

كان تصميم المحركين المزدوجين، الذي يتميز بجناحين على شكل قناة، هو التصميم الأكثر اختبارًا. وقد زاد هذا التصميم من خطر فقدان السيطرة في حالة تعطل أحد المحركين، كما تطلب وضعية رفع عالية للأنف أثناء الطيران القصير. ^{[ 1 ]}

لا تزال طائرتان من طائرات كاستر التابعة لسلاح الجو الملكي البريطاني موجودتين. توجد الطائرة CCW-1 في المتحف الوطني للطيران والفضاء التابع لمؤسسة سميثسونيان في سوتلاند، ميريلاند . أما الطائرة CCW-5 ، التي كانت مبنية على أساس طائرة باومان بريغادير التنفيذية، فهي معروضة في متحف منتصف الأطلسي للطيران في بنسلفانيا .

في وقت لاحق، خلصت الأبحاث التي أجرتها وكالة ناسا إلى أن الميزة التي تحققت في أداء الرفع وطول المسار لم تعوض أوجه القصور العديدة في تصميم الجناح من حيث القدرة على الصعود والسرعة العالية، وحددت مشاكل في تلبية متطلبات اعتماد الطيران العام . ^{[ 2 ]} تكمن المشكلة الرئيسية في أن تصميم الجناح ذي العارضة شبه الدائرية يتسبب في زيادة مقاومة الهواء الجانبية وزيادة الوزن مقارنةً بجناح تقليدي له نفس شكل الرفع، ويمكن لجناح مستقيم عادي أن يوفر تحسينًا مكافئًا تقريبًا في الرفع عند تعرضه لنفس الضغط الديناميكي المتزايد الناتج عن تيار الهواء.

• أرشيف موقع كاستر-تشانلوينغ الإلكتروني
• موقع إلكتروني آخر لجناح قناة كاستر
• فيديو لكستر يشرح فيه نظرياته ولقطات طيران حقيقية
• صور من متحف كاستر سي سي دبليو-1 الوطني للطيران والفضاء
• صور من متحف كاستر سي سي دبليو-5 الجوي في منتصف المحيط الأطلسي، ريدينغ، بنسلفانيا
• تصميم طائرات حديثة ذات أجنحة قنطرة: صممت شركة ستافاتي إيروسبيس طائرات نقل ذات أجنحة قنطرة للعقد الأول من القرن الحادي والعشرين.
• جناح قناة كاستر