جناح دلتا

يُعزى كفاءته الهيكلية إلى طول وتر جذره ومساحته الخارجية الضئيلة. فهو يتميز بقوة وصلابة أكبر، وفي الوقت نفسه بخفة وزنه مقارنةً بالجناح المائل ذي نسبة العرض إلى الطول وقدرة الرفع المكافئة. ولهذا السبب ، يُعدّ بناؤه سهلاً وغير مكلف نسبياً، وهو عاملٌ أساسي في نجاح سلسلتي طائرات ميغ-21 وميراج . ^{[ 3 ]}

يسمح وترها الجذري الطويل بتصميم جناح أكثر سمكًا لنفس المقطع العرضي . وهذا يُحسّن من خاصية توفير الوزن ويوفر حجمًا داخليًا أكبر للوقود والمواد الأخرى، دون زيادة ملحوظة في مقاومة الهواء. مع ذلك، في التصاميم الأسرع من الصوت، غالبًا ما تُستغل الفرصة لاستخدام جناح أرق لتقليل مقاومة الهواء.

على غرار الطائرات الأخرى عديمة الذيل ، لا يُناسب الجناح المثلثي عديم الذيل أحمال الجناح العالية، ويتطلب مساحة جناح كبيرة لوزن الطائرة نفسه. تكون الأجنحة الأكثر كفاءة غير مستقرة في الميل، ولذا يجب على الطائرات عديمة الذيل استخدام تصميم أقل كفاءة، وبالتالي جناح أكبر. تشمل التقنيات المستخدمة ما يلي:

• باستخدام جناح أقل كفاءة ولكنه مستقر بطبيعته، مثل شكل متناظر بدون انحناء، أو حتى انحناء انعكاسي بالقرب من الحافة الخلفية،
• استخدام الجزء الخلفي من الجناح كمثبت أفقي ذي حمل خفيف أو حتى حمل سلبي:
  • يؤدي ثني الحافة الأمامية الخارجية للأسفل إلى تقليل زاوية ميل طرف الجناح، الذي يقع خلف مركز الرفع الرئيسي. كما يُحسّن هذا من خصائص التوقف ويمكن أن يفيد الطيران فوق الصوتي بطرق أخرى.
  • يتم تحريك مركز الثقل للأمام وضبط المصعد لتوليد قوة ضغط سفلية متوازنة. في الحالات القصوى، يقلل هذا من قدرة الطائرة على رفع مقدمتها للإقلاع والهبوط.

تتمثل المزايا الرئيسية للطائرة دلتا عديمة الذيل في بساطتها الهيكلية وخفة وزنها، بالإضافة إلى انخفاض مقاومة الهواء. وقد ساهمت هذه الخصائص في جعل داسو ميراج 3 واحدة من أكثر الطائرات المقاتلة الأسرع من الصوت انتشارًا على مر التاريخ.

يسمح مثبت الذيل التقليدي بتحسين الجناح الرئيسي لزيادة قوة الرفع، وبالتالي يكون أصغر حجماً وأكثر قدرة على تحمل الأحمال. ويمكن تتبع تطوير الطائرات المجهزة بهذا التصميم إلى أواخر أربعينيات القرن العشرين. ^{[ 9 ]}

عند استخدام جناح دلتا مع ذيل على شكل حرف T، كما هو الحال في طائرة غلوستر جافلين ، فإنه كغيره من الأجنحة، قد يؤدي إلى " توقف عميق " حيث تتسبب زاوية الهجوم العالية عند التوقف في التفاف دوامة الهواء المضطربة الناتجة عن الجناح المتوقف حول الذيل. وهذا يجعل المصعد غير فعال، ولا تستطيع الطائرة التعافي من التوقف. ^{[ 10 ]} في حالة طائرة جافلين، تم تطوير جهاز إنذار بالتوقف وتطبيقه بعد فقدان طائرة في وقت مبكر بسبب هذه الظروف. ^{[ 11 ]} يُذكر أن فريق تصميم غلوستر اختار استخدام تصميم دلتا بذيل بدافع الضرورة، ساعيًا إلى تحقيق قدرة فعالة على المناورة بسرعات عالية نسبيًا في ذلك الوقت، مع ضرورة توفير تحكم مناسب عند الطيران بسرعات الهبوط المنخفضة المطلوبة. ^{[ 12 ]}

يمكن أن يوفر تصميم دلتا الرفع-كانارد تحولاً أصغر في مركز الرفع مع زيادة رقم ماخ مقارنة بتكوين الذيل التقليدي.

يمكن أن يسمح الجناح الأمامي غير المحمل أو الحر بالتعافي الآمن من زاوية هجوم عالية. وبحسب تصميمه، قد يزيد سطح الجناح الأمامي أو يقلل من الاستقرار الطولي للطائرة. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

يُنشئ الجناح الأمامي المثلثي دوامة خلفية خاصة به. إذا تداخلت هذه الدوامة مع دوامة الجناح المثلثي الرئيسي، فقد يؤثر ذلك سلبًا على تدفق الهواء فوق الجناح، مما قد يتسبب في سلوك غير مرغوب فيه، بل وخطير. في التكوين المتقارب، تتحد دوامة الجناح الأمامي مع الدوامة الرئيسية لتعزيز فوائدها والحفاظ على تدفق هواء مُتحكم به عبر نطاق واسع من السرعات وزوايا الهجوم. يسمح هذا بتحسين القدرة على المناورة وخفض سرعات التوقف، ولكن وجود الجناح الأمامي قد يزيد من مقاومة الهواء عند السرعات فوق الصوتية، وبالتالي يقلل من السرعة القصوى للطائرة.

وُصفت الزعانف المثلثية المُثبِّتة للصواريخ في وقت مبكر يعود إلى الفترة ما بين عامي 1529 و1556 على يد المهندس العسكري النمساوي كونراد هاس ، وفي القرن السابع عشر على يد المهندس العسكري البولندي الليتواني كازيميرز سيمينوفيتش . ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]} مع ذلك، لم يظهر جناح رفع حقيقي على شكل دلتا إلا في عام 1867، عندما حصل جيه دبليو بتلر وإي إدواردز على براءة اختراع لتصميم طائرة صاروخية ذات نسبة عرض إلى طول منخفضة وشكل سهمي. تبع ذلك العديد من المقترحات المشابهة ذات الشكل السهمي، مثل نسخة ذات سطحين من تصميم بتلر وإدواردز، ونسخة نفاثة من تصميم الروسي نيكولاس دي تيليشيف . ^{[ 18 ]} في عام 1909، جُرِّب نموذج مُختلف ذو جناح أمامي (كانارد) على يد النحات الإسباني ريكاردو كوزاراس. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

في عام 1909 أيضًا، حصل رائد الطيران البريطاني جيه دبليو دان على براءة اختراع لطائرته المستقرة عديمة الذيل ذات الجناح المخروطي. تضمنت براءة الاختراع جناحًا دلتا ثنائي المخروط عريض الامتداد، حيث ينتفخ كل جانب منه لأعلى باتجاه الخلف بطريقة مميزة لجناح روغالو الحديث . ^{[ 21 ]} وفي العام التالي، حصل يو جي لي و دبليو إيه دارا في أمريكا على براءة اختراع لطائرة مماثلة ذات جناح دلتا ثنائي المخروط وجناح صلب. كما تضمنت براءة الاختراع اقتراحًا لنظام تحكم في الطيران، وغطت كلاً من الطيران الشراعي والطيران بمحرك. ^{[ 22 ] [ 23 ]} من غير المعروف أن أيًا من هذه التصاميم المبكرة قد حلّق بنجاح، على الرغم من أنه في عام 1904، أقلعت طائرة لافيزاني الشراعية المعلقة ذات الأجنحة المثلثية المستقلة اليمنى واليسرى، وحلقت تصاميم دان الأخرى عديمة الذيل ذات الأجنحة المائلة والمبنية على المبدأ نفسه. ^{[ 22 ]}

ابتكر المصمم الألماني ألكسندر ليبش الجناح المثلثي العملي في ثلاثينيات القرن العشرين، مستخدمًا جناحًا سميكًا ناتئًا بدون ذيل. استخدمت تصاميمه الأولى، التي أطلق عليها اسم "دلتا"، زاوية ميل طفيفة جدًا جعلت الجناح يبدو شبه مستقيم، مما استدعى قص أطرافه بشكل حاد (انظر أدناه). حلّق أول جناح مثلثي من تصميمه عام ١٩٣١، وتلاه أربعة نماذج محسّنة تباعًا. ^{[ ٢٤ ] [ ٢٥ ]} لم تكن هذه النماذج الأولية سهلة التحكم عند السرعات المنخفضة، ولم يُستخدم أي منها على نطاق واسع. ^{[ ٢٦ ] [ ٢٧ ]}

خلال السنوات الأخيرة من الحرب العالمية الثانية ، طوّر ألكسندر ليبش أفكاره حول الجناح المثلثي عالي السرعة، فزاد بشكل ملحوظ من انحناء الحافة الأمامية للجناح. وتم بناء طائرة شراعية تجريبية، هي DM-1 ، لاختبار الديناميكا الهوائية للطائرة الاعتراضية عالية السرعة المقترحة P.13a . ^{[ 28 ]} بعد انتهاء الحرب، أُكمل بناء DM-1 لصالح الولايات المتحدة وشُحنت إلى قاعدة لانغلي الجوية في فرجينيا لفحصها من قبل اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية ( NACA ، سلف وكالة ناسا الحالية ). وخضعت الطائرة لتعديلات كبيرة في الولايات المتحدة، كان الهدف منها في الغالب تقليل مقاومة الهواء، مما أدى إلى استبدال مثبتها الرأسي الكبير بمثبت أصغر وأكثر تقليدية، بالإضافة إلى مظلة قمرة قيادة عادية مأخوذة من طائرة لوكهيد P-80 شوتينغ ستار . ^{[ 29 ]}

كان عمل المصمم الفرنسي نيكولا رولان باين مشابهًا إلى حد ما لعمل ليبش. فخلال ثلاثينيات القرن العشرين، طور باين تصميمًا دلتاويًا مزدوجًا بجناح أمامي مستقيم وجناح خلفي دلتاوي حاد، على غرار تصميم كوساراس. أدى اندلاع الحرب العالمية الثانية إلى توقف اختبارات الطيران للطائرة Pa-22 ، على الرغم من استمرار العمل لفترة بعد أن لفت المشروع انتباه ألمانيا. ^{[ 30 ]} خلال فترة ما بعد الحرب ، حلّق باين بطائرة نفاثة دلتاوية تجريبية بدون ذيل، وهي Pa.49 ، في عام 1954، بالإضافة إلى سلسلة Arbalète ذات التصميم الدافعة بدون ذيل بدءًا من عام 1965. وقد اقتُرحت مشتقات أخرى بناءً على عمل باين، لكنها لم تُطوّر في نهاية المطاف. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

بعد الحرب، طوّر البريطانيون عددًا من الطائرات النفاثة دون سرعة الصوت، مستفيدين من البيانات التي جُمعت من أعمال ليبش. إحدى هذه الطائرات، وهي طائرة الأبحاث أفرو 707 ، حلّقت لأول مرة عام 1949. ^{[ 33 ]} وكانت الطائرات العسكرية البريطانية، مثل أفرو فولكان ( قاذفة قنابل استراتيجية ) وغلوستر جافلين (مقاتلة لجميع الأحوال الجوية)، من أوائل الطائرات المجهزة بجناح دلتا التي دخلت حيز الإنتاج. وبينما كانت فولكان بتصميم كلاسيكي بدون ذيل، فقد زُوّدت جافلين بجناح ذيل لتحسين التحكم عند السرعات المنخفضة والقدرة على المناورة عند السرعات العالية، فضلًا عن زيادة مدى مركز الثقل . ^{[ 34 ]} واقترحت غلوستر تحسينًا على جافلين كان من شأنه، من بين تغييرات أخرى، تقليل سُمك الجناح لتحقيق سرعات تفوق سرعة الصوت تصل إلى 1.6 ماخ. ^{[ 35 ]}

قام عالم الديناميكا الهوائية الأمريكي روبرت تي. جونز ، الذي عمل في اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) خلال الحرب العالمية الثانية، بتطوير نظرية الجناح المثلثي الرقيق للطيران الأسرع من الصوت. نُشرت نظريته لأول مرة في يناير 1945، وقد تباين نهجه مع نهج ليبش في الأجنحة المثلثية السميكة. حلّق الجناح المثلثي الرقيق لأول مرة على متن طائرة كونفير XF-92 عام 1948، مما جعلها أول طائرة نفاثة ذات جناح مثلثي تحلق في الجو. ^{[ 36 ]} وقد شكّل هذا التصميم أساسًا ناجحًا لجميع الأجنحة المثلثية العملية الأسرع من الصوت، وأصبح هذا التصميم شائع الاستخدام. ^{[ 37 ] [ 38 ]}

خلال أواخر أربعينيات القرن العشرين، أبدت شركة فيري للطيران البريطانية اهتمامًا بالجناح المثلثي، ^{[ 39 ]} وأدت مقترحاتها إلى إنتاج الطائرة التجريبية فيري دلتا 1 وفقًا لمواصفات وزارة الطيران E.10/47 . ^{[ 40 ]} وفي وقت لاحق، سجلت طائرة تجريبية أخرى، هي فيري دلتا 2 ، رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا في سرعة الطيران في 10 مارس 1956، حيث بلغت سرعتها 1811 كم/ساعة  (1132  ميلًا في الساعة) أو ماخ 1.73. ^{[ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} وقد رفع هذا الرقم القياسي إلى ما فوق 1000  ميل في الساعة لأول مرة، محطمًا الرقم القياسي السابق بمقدار 310  أميال في الساعة، أي بنسبة 37%؛ ولم يسبق أن رُفع الرقم القياسي بمثل هذه النسبة الكبيرة من قبل. ^{[ 42 ] [ 45 ]}

في شكلها الأصلي عديم الذيل، استُخدم الجناح المثلثي الرقيق على نطاق واسع من قِبل شركة الطيران الأمريكية كونفير وشركة داسو للطيران الفرنسية . وكانت طائرتا كونفير إف-102 دلتا داغر الأسرع من الصوت ودوجلاس إف 4 دي سكاي راي الأسرع من الصوت من أوائل الطائرات المقاتلة النفاثة العاملة التي تتميز بجناح مثلثي عديم الذيل عند دخولهما الخدمة عام 1956. ^{[ 46 ]} وقد أدى اهتمام داسو بالجناح المثلثي إلى إنتاج عائلة طائرات داسو ميراج المقاتلة، ولا سيما طائرة ميراج 3 الناجحة للغاية . ومن بين مزاياها الأخرى، كانت ميراج 3 أول طائرة مقاتلة من أوروبا الغربية تتجاوز سرعة ماخ 2 في الطيران الأفقي. ^{[ 47 ]}

اعتمد معهد تساجي (المعهد المركزي للديناميكا الهوائية والهيدروديناميكية، موسكو ) تصميم الجناح المثلثي ذي الذيل لتحسين القدرة على المناورة والتحكم عند زوايا الهجوم العالية ، بالإضافة إلى زيادة مدى مركز الثقل مقارنةً بالجناح المثلثي التقليدي. استُخدم الجناح الناتج، تساجي إس-12، في طائرة ميكويان-غوريفيتش ميغ-21 ("فيشبد")، التي أصبحت الطائرة المقاتلة الأكثر انتشارًا في سبعينيات القرن العشرين. ^{[ 48 ]}

خلال ستينيات القرن العشرين، طورت شركة ساب السويدية لصناعة الطائرات تصميمًا جديدًا للجناح المثلثي ذي الأجنحة الأمامية المتصلة، حيث وُضع جناح أمامي مثلثي الشكل أمام الجناح المثلثي الرئيسي وفوقه مباشرةً. ^{[ 49 ]} حصل هذا التصميم على براءة اختراع عام 1963، وجُرِّب لأول مرة على متن طائرة فيجن المقاتلة التابعة للشركة عام 1967. يُعدِّل هذا التصميم المتصل تدفق الهواء فوق الجناح، لا سيما عند الطيران بزوايا هجوم عالية. وعلى عكس المصاعد التقليدية المثبتة على الذيل، تُساهم الأجنحة الأمامية في زيادة قوة الرفع الكلية، بالإضافة إلى تثبيت تدفق الهواء فوق الجناح الرئيسي. يُتيح هذا التصميم مناورات أكثر حدة، ويُحسِّن التحكم عند السرعات المنخفضة، ويُقلِّل من مسافة الإقلاع وسرعة الهبوط. خلال ستينيات القرن العشرين، اعتُبر هذا التصميم جذرياً، لكن فريق تصميم ساب رأى أنه النهج الأمثل المتاح لتلبية متطلبات الأداء المتضاربة لطائرة فيجن، والتي تشمل أداءً جيداً في الإقلاع والهبوط القصيرين، وسرعة تفوق سرعة الصوت، وانخفاض حساسية الاضطراب أثناء الطيران على ارتفاعات منخفضة، ورفعاً فعالاً للطيران دون سرعة الصوت. ^{[ 50 ] [ 51 ]}

أصبح تصميم الجناح الأمامي المتقارب شائعًا في الطائرات المقاتلة الأسرع من الصوت. ومن الأمثلة البارزة على ذلك طائرة يوروفايتر تايفون متعددة الجنسيات، وطائرة داسو رافال الفرنسية ، وطائرة غريبن التابعة لشركة ساب (خليفة طائرة فيجن)، وطائرة كفير الإسرائيلية التابعة لشركة الصناعات الجوية الإسرائيلية . ويُعزى أحد الأسباب الرئيسية لشعبيتها إلى قدرتها العالية على المناورة. ^{[ 52 ] [ 53 ]}

عند تطوير طائرات النقل الأسرع من الصوت، تم اختيار الجناح المثلثي المدبب عديم الذيل لكل من طائرة الكونكورد الأنجلو-فرنسية وطائرة توبوليف تو-144 السوفيتية ، حيث بدأت الكونكورد رحلاتها التجريبية عام 1965، بينما حلقت التوبوليف لأول مرة عام 1968. وبينما تميزت كل من الكونكورد والنموذج الأولي لتو-144 بجناح مثلثي مدبب ، اختلفت نماذج الإنتاج من تو-144 بتغيير الجناح إلى جناح مثلثي مزدوج . ^{[ 54 ]} تطلبت الأجنحة المثلثية من هذه الطائرات اعتماد زاوية هجوم أعلى عند السرعات المنخفضة مقارنة بالطائرات التقليدية؛ ففي حالة الكونكورد، تم الحفاظ على قوة الرفع من خلال السماح بتكوين دوامات ضغط منخفض كبيرة على كامل سطح الجناح العلوي. ^{[ 55 ]} بلغت سرعة هبوطها النموذجية 274 كم/ساعة (170 ميلاً في الساعة) ، وهي سرعة أعلى بكثير من سرعة الطائرات الأسرع من الصوت. ^{[ 56 ]} أفادت التقارير أن العديد من الطائرات المقترحة كخلفاء، مثل طائرة النقل فائقة السرعة عديمة الانبعاثات (ZEHST)، قد اعتمدت تصميمًا مشابهًا للتصميم الأساسي لطائرة الكونكورد، وبالتالي يظل جناح دلتا مرشحًا محتملاً للمشاريع المدنية الأسرع من الصوت في المستقبل. ^{[ 57 ]} 

خلال الحرب العالمية الثانية وبعدها، طوّر فرانسيس وجيرترود روغالو فكرة جناح مرن قابل للطيّ للتخزين. رأى فرانسيس إمكانية استخدامه في استعادة المركبات الفضائية، ما أثار اهتمام وكالة ناسا. في عام ١٩٦١، حلّق رايان بالطائرة التجريبية XV-8 ، وهي طائرة جيب طائرة أو "فليب". كان الجناح المرن المُختار لها جناحًا دلتا؛ وعند استخدامه، كان ينتفخ ليُشكّل شكلًا مخروطيًا مزدوجًا، ما يمنحه استقرارًا ديناميكيًا هوائيًا. على الرغم من اختباره، إلا أنه لم يُستخدم في استعادة المركبات الفضائية، وسرعان ما شاع استخدامه في الطائرات الشراعية والطائرات الخفيفة جدًا ، وأصبح يُعرف باسم جناح روغالو.