الطائرات ذات الأجنحة الثابتة

استُخدمت الطائرات الورقية قبل حوالي 2800 عام في الصين، حيث كانت مواد صنعها متوفرة. ويُحتمل أن الطائرات الورقية المصنوعة من أوراق الشجر كانت تُستخدم في وقت سابق في ما يُعرف اليوم بسولاويزي ، استنادًا إلى تفسيرهم للرسومات الكهفية في جزيرة مونا القريبة . ^{[ 1 ]} وبحلول عام 549 ميلادي على الأقل، كانت الطائرات الورقية الورقية تُستخدم، إذ تشير السجلات في ذلك العام إلى استخدام طائرة ورقية ورقية كرسالة لمهمة إنقاذ. ^{[ 2 ]} وتشير المصادر الصينية القديمة والوسيطة إلى استخدام الطائرات الورقية لقياس المسافات، واختبار اتجاه الرياح، ورفع الرجال، والإشارة، والتواصل في العمليات العسكرية. ^{[ 2 ]}

وصلت قصص الطائرات الورقية إلى أوروبا على يد ماركو بولو في أواخر القرن الثالث عشر، وجلبها البحارة من اليابان وماليزيا في القرنين السادس عشر والسابع عشر. ^{[ 3 ]} ورغم أنها كانت تُعتبر في البداية مجرد تحف غريبة، إلا أنها استُخدمت في البحث العلمي بحلول القرنين الثامن عشر والتاسع عشر. ^{[ 3 ]}

في حوالي عام 400 قبل الميلاد في اليونان ، يُنسب إلى أرخيتاس تصميم وبناء أول مركبة طائرة ذاتية الدفع، على شكل طائر، تعمل بنفث من البخار على الأرجح، ويُقال إنها قطعت مسافة 200 متر (660 قدمًا) . ^{[ 4 ] [ 5 ]} ويُحتمل أن هذه الآلة كانت معلقة أثناء طيرانها. ^{[ 6 ] [ 7 ]}  

كانت إحدى المحاولات الأولى باستخدام الطائرات الشراعية من قبل الراهب إيلمر من مالمسبري في القرن الحادي عشر ، والتي باءت بالفشل. ويذكر سرد من القرن السابع عشر أن الشاعر عباس بن فرناس في القرن التاسع قام بمحاولة مماثلة، على الرغم من عدم وجود مصادر سابقة تسجل هذا الحدث. ^{[ 8 ]}

في عام 1799، وضع السير جورج كايلي مفهوم الطائرة الحديثة كآلة ذات أجنحة ثابتة مزودة بأنظمة للرفع والدفع والتحكم. ^{[ 9 ] [ 10 ]} كان كايلي يبني ويطير نماذج من الطائرات ذات الأجنحة الثابتة منذ عام 1803، وبنى طائرة شراعية ناجحة لنقل الركاب في عام 1853. ^{[ 11 ]} في عام 1856، قام الفرنسي جان ماري لو بريس بأول رحلة طيران بمحرك، حيث قام حصان بسحب طائرته الشراعية "L'Albatros artificiel" على طول الشاطئ. ^{[ 12 ]} في عام 1884، قام الأمريكي جون ج. مونتغمري برحلات جوية مُتحكم بها في طائرة شراعية كجزء من سلسلة من الطائرات الشراعية التي بناها بين عامي 1883 و1886. ^{[ 13 ]} ومن بين الطيارين الآخرين الذين قاموا برحلات مماثلة في ذلك الوقت أوتو ليلينتال ، وبيرسي بيلشر ، وتلاميذ أوكتاف شانوت .

في تسعينيات القرن التاسع عشر، أجرى لورانس هارجريف أبحاثًا حول هياكل الأجنحة وطوّر طائرة ورقية صندوقية الشكل قادرة على رفع وزن رجل. وقد لاقت تصاميمه رواجًا واسعًا. كما طوّر نوعًا من محركات الطائرات الدوارة، لكنه لم يبتكر طائرة ثابتة الجناحين تعمل بمحرك. ^{[ 14 ]}

بنى السير حيرام ماكسيم مركبةً تزن 3.5 طن، ويبلغ طول جناحيها 34 مترًا (110 أقدام)، وتعمل بمحركين بخاريين بقوة 270 كيلوواط (360 حصانًا) يديران مروحتين. في عام 1894، تم اختبار مركبته باستخدام قضبان علوية لمنعها من الارتفاع. أظهر الاختبار أنها تمتلك قوة رفع كافية للإقلاع. إلا أن المركبة كانت غير قابلة للتحكم، فتوقف ماكسيم عن العمل عليها. ^{[ 15 ]}

تُعتبر رحلات الأخوين رايت عام 1903 بطائرتهما فلاير 1 معترفًا بها من قبل الاتحاد الدولي للملاحة الجوية (FAI)، وهو الهيئة المسؤولة عن وضع المعايير وحفظ السجلات في مجال الطيران ، باعتبارها "أول رحلة طيران مستدامة ومتحكم بها بمحرك أثقل من الهواء". ^{[ 16 ]} وبحلول عام 1905، أصبحت طائرة رايت فلاير 3 قادرة على الطيران المستقر والمتحكم به بالكامل لفترات طويلة.

في عام 1906، قام المخترع البرازيلي ألبرتو سانتوس دومونت بتصميم وبناء وقيادة طائرة حققت أول رقم قياسي عالمي معترف به من قبل نادي الطيران الفرنسي، وذلك بتحليقها لمسافة 14 إلى 220 مترًا (720 قدمًا) في أقل من 22 ثانية. ^{[ 17 ]} وقد تم اعتماد هذه الرحلة من قبل الاتحاد الدولي للطيران. ^{[ 18 ]} 

كان تصميم بليريو الثامن لعام 1908 تصميمًا مبكرًا للطائرات، يتميز بتكوين الطائرة أحادية السطح الحديثة . امتلكت الطائرة أسطح ذيل متحركة تتحكم في كل من الانعراج والميل، بالإضافة إلى شكل من أشكال التحكم في الدوران يتم توفيره إما عن طريق تغيير شكل الجناح أو بواسطة الجنيحات، ويتحكم به الطيار باستخدام عصا التحكم وقضيب الدفة. كانت هذه الطائرة سلفًا مهمًا لطائرة بليريو الحادية عشرة التي صمّمها لاحقًا لعبور القناة الإنجليزية في صيف عام 1909. ^{[ 19 ]}

أدت الحرب العالمية الأولى إلى بدء استخدام الطائرات كأسلحة ومنصات مراقبة. وقد تحقق أول انتصار جوي معروف بطائرة مقاتلة مزودة بمدفع رشاش متزامن في عام 1915، بقيادة الملازم كورت فينتغنز من سلاح الجو الألماني . وبرز طيارو الطائرات المقاتلة البارعون، وكان مانفريد فون ريشتهوفن أعظمهم (من حيث عدد الانتصارات الجوية) . ^{[ 20 ]}

عبر ألكوك وبراون المحيط الأطلسي بدون توقف لأول مرة في عام 1919. وسارت أولى الرحلات التجارية بين الولايات المتحدة وكندا في عام 1919. ^{[ 21 ]}

شهد ما يُسمى بالعصر الذهبي للطيران الفترة ما بين الحربين العالميتين، حيث تمّ خلالها تحديث تفسيرات الإنجازات السابقة. وشملت الابتكارات هياكل الطائرات المعدنية بالكامل التي صممها هوغو يونكرز عام 1915، والتي أدت إلى ظهور طائرات متعددة المحركات يصل طول جناحيها إلى أكثر من 60 مترًا بحلول أوائل الثلاثينيات، واعتماد المحرك الشعاعي المبرد بالهواء في الغالب كمحرك عملي للطائرات إلى جانب محركات V-12 المبردة بالسوائل، بالإضافة إلى رحلات أطول فأطول - كما حدث مع طائرة فيكرز فيمي عام 1919 ، والتي تلتها بعد أشهر رحلة البحرية الأمريكية عبر المحيط الأطلسي بطائرة NC-4 ؛ وبلغت ذروتها في مايو 1927 مع رحلة تشارلز ليندبيرغ المنفردة عبر المحيط الأطلسي على متن طائرة روح سانت لويس، مما حفز محاولات رحلات أطول فأطول.

كان للطائرات حضور في المعارك الرئيسية للحرب العالمية الثانية. لقد كانت عنصراً أساسياً في الاستراتيجيات العسكرية، مثل الحرب الخاطفة الألمانية أو حملات حاملات الطائرات الأمريكية واليابانية في المحيط الهادئ.

طُوّرت الطائرات الشراعية العسكرية واستُخدمت في العديد من الحملات، ولكنّها كانت محدودة بسبب ارتفاع معدل الخسائر. وكانت طائرة فوك-أشجيليس فا 330 باخستيلز (ذيل الفصاد) ذات الدوارات، التي طُوّرت عام 1942، جديرة بالذكر لاستخدامها من قبل الغواصات الألمانية .

قبل الحرب وأثناءها، عمل مصممون بريطانيون وألمان على تطوير محركات نفاثة . وكانت أول طائرة نفاثة تحلق، عام 1939، هي طائرة هاينكل الألمانية He 178. وفي عام 1943، دخلت أول طائرة مقاتلة نفاثة عاملة، وهي طائرة مسرشميت Me 262 ، الخدمة في سلاح الجو الألماني (لوفتفافه ). وفي وقت لاحق من الحرب، دخلت طائرة غلوستر ميتيور البريطانية الخدمة، لكنها لم تشارك في أي عمليات قتالية - إذ بلغت أعلى سرعات جوية في تلك الحقبة 1130 كم/ساعة (700 ميل/ساعة) ، مع تسجيل رقم قياسي غير رسمي في أوائل يوليو 1944 لرحلة النموذج الأولي الألماني المقاتل الصاروخي Me 163B V18 . ^{[ 22 ]}  

في أكتوبر 1947، كانت طائرة بيل إكس-1 أول طائرة تتجاوز سرعة الصوت، وقد قادها تشاك ييغر . ^{[ 23 ]}

في عامي 1948-1949، نقلت الطائرات الإمدادات خلال حصار برلين . وتم إنتاج أنواع جديدة من الطائرات، مثل طائرة بي-52 ، خلال الحرب الباردة .

أُدخلت أول طائرة ركاب نفاثة ، وهي طائرة دي هافيلاند كوميت ، إلى الخدمة عام 1952، تلتها طائرة توبوليف تو-104 السوفيتية عام 1956. أما طائرة بوينغ 707 ، أول طائرة نفاثة تجارية حققت نجاحًا واسعًا، فقد ظلت في الخدمة التجارية لأكثر من 50 عامًا، من 1958 إلى 2010. وكانت طائرة بوينغ 747 أكبر طائرة ركاب في العالم من عام 1970 حتى تفوقت عليها طائرة إيرباص A380 عام 2005. وتُعد طائرة دوغلاس DC-3 ونسختها العسكرية C-47 من أنجح الطائرات ، وهي طائرة متوسطة الحجم ذات محركين لنقل الركاب أو الركاب ، ^{[ 24 ]} وهي في الخدمة منذ عام 1936 ولا تزال تُستخدم في جميع أنحاء العالم. وقد وُظفت بعض النسخ، التي يبلغ عددها المئات، لأغراض أخرى، مثل طائرة AC-47 ، وهي طائرة حربية من حقبة حرب فيتنام ، ولا تزال تُستخدم في القوات الجوية الكولومبية . ^{[ 25 ]}

الطائرة (تُكتب aeroplane في الإنجليزية البريطانية وتُختصر إلى plane) هي مركبة جوية ثابتة الجناحين تعمل بمحرك نفاث أو مروحة . تأتي الطائرات بأحجام وأشكال وتكوينات أجنحة متنوعة. تشمل استخداماتها الترفيه ، ونقل البضائع والأفراد، والأغراض العسكرية، والبحث العلمي .

الطائرة الشراعية مركبة أثقل من الهواء، ولا تحتاج إلى محرك للطيران الحر. أما الطائرة ذات الجناح الثابت فهي طائرة شراعية مصممة للتحليق - أي اكتساب الارتفاع باستخدام تيارات الهواء الصاعدة - وللطيران لفترات طويلة.

تُستخدم الطائرات الشراعية بشكل أساسي لأغراض الترفيه، ولكنها وجدت استخدامات لأغراض أخرى مثل أبحاث الديناميكا الهوائية والحرب واستعادة المركبات الفضائية.

تم تجهيز الطائرات الشراعية المزودة بمحركات بنظام دفع محدود للإقلاع، أو لتمديد مدة الطيران.

كما هو الحال مع الطائرات، تأتي الطائرات الشراعية بأشكال متنوعة ذات أجنحة مختلفة، وكفاءة ديناميكية هوائية، وموقع للطيار، وأدوات تحكم.

تُرفع الطائرات الشراعية الكبيرة عادةً بواسطة طائرة سحب أو رافعة . وقد استُخدمت الطائرات الشراعية العسكرية في القتال لنقل القوات والمعدات، بينما استُخدمت طائرات شراعية متخصصة في أبحاث الغلاف الجوي والديناميكا الهوائية . كما قامت طائرات تعمل بالصواريخ وطائرات فضائية بهبوطات غير آلية مشابهة لهبوط الطائرات الشراعية.

تتميز الطائرات الشراعية المستخدمة في رياضة الطيران الشراعي بكفاءة ديناميكية هوائية عالية. تصل أعلى نسبة رفع إلى سحب  إلى 70:1، مع أن النسبة الشائعة هي 50:1. بعد الإقلاع، يمكن اكتساب ارتفاع إضافي من خلال الاستغلال الماهر للهواء الصاعد. وقد سُجلت رحلات جوية لمسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات بسرعات متوسطة تتجاوز 200 كم/ساعة.

من الأمثلة المصغرة على الطائرات الشراعية الطائرة الورقية. يمكن طي ورقة عادية بسهولة لتشكيل شكل انسيابي؛ فكتلتها المنخفضة مقارنة بمساحة سطحها تقلل من قوة الرفع اللازمة للطيران، مما يسمح لها بالانزلاق لمسافة معينة.

تتشابه الطائرات الشراعية والطائرات ذات المحركات في العديد من عناصر التصميم والمبادئ الديناميكية الهوائية. فعلى سبيل المثال، كانت طائرة هورتن إتش.آي.في طائرة شراعية بدون ذيل ذات جناح طائر ، كما أن مكوك الفضاء ذو ​​الجناح المثلثي كان ينزلق أثناء مرحلة هبوطه. وتعتمد العديد من الطائرات الشراعية على أسطح تحكم وأجهزة مشابهة لتلك المستخدمة في الطائرات.

الأنواع

يتمثل الاستخدام الرئيسي للطائرات الشراعية الحديثة في الرياضة والترفيه.

طائرة شراعية

طُوّرت الطائرات الشراعية في عشرينيات القرن الماضي لأغراض ترفيهية. ومع بدء الطيارين بفهم كيفية استخدام الهواء الصاعد، طُوّرت طائرات شراعية ذات نسبة رفع إلى سحب عالية . وقد مكّنت هذه الطائرات من الانزلاق إلى مصدر الرفع التالي ، مما زاد من مداها. وقد أدى ذلك إلى ظهور رياضة الطيران الشراعي الشعبية .

كانت الطائرات الشراعية الأولى تُصنع في الغالب من الخشب والمعدن، ثم استُبدلت لاحقًا بمواد مركبة تتضمن أليافًا زجاجية أو كربونية أو أراميد . ولتقليل مقاومة الهواء ، تتميز هذه الأنواع بهيكل انسيابي وأجنحة طويلة وضيقة ذات نسبة عرض إلى طول عالية . وتتوفر طائرات شراعية بمقعد واحد وأخرى بمقعدين.

في البداية، كان التدريب يتم عبر قفزات قصيرة في طائرات شراعية أساسية ، تفتقر إلى قمرة قيادة وتضم أدوات بسيطة. ^{[ 31 ]} منذ فترة وجيزة بعد الحرب العالمية الثانية، أصبح التدريب يتم في طائرات شراعية ثنائية المقاعد ذات تحكم مزدوج، ولكن الطائرات ثنائية المقاعد عالية الأداء قادرة على القيام برحلات طويلة. في الأصل، كانت تُستخدم زلاجات للهبوط، ثم استُبدلت بعجلات، غالباً ما تكون قابلة للسحب. صُممت الطائرات الشراعية المعروفة بالطائرات الشراعية الآلية للطيران بدون محرك، ولكن يمكنها استخدام محركات مكبسية أو دوارة أو نفاثة أو كهربائية . ^{[ 32 ]} يصنف الاتحاد الدولي للطيران (FAI) الطائرات الشراعية للمسابقات إلى فئات بناءً على طول الجناحين والقلابات.

صنّف الاتحاد الدولي للطيران (FAI) فئة من الطائرات الشراعية فائقة الخفة، تشمل ما يُعرف بالطائرات الشراعية ذات الرفع المصغر ، ومنها ما يُعرف بالكراسي الهوائية، وذلك بناءً على وزنها. تتميز هذه الطائرات بخفة وزنها التي تُسهّل نقلها، كما يُمكن قيادتها دون ترخيص في بعض الدول. تُقدّم الطائرات الشراعية فائقة الخفة أداءً مُشابهًا للطائرات الشراعية المعلقة ، ولكنها تُوفّر مستوىً أعلى من الأمان في حال التحطم، حيث يُمكن للطيار تثبيت نفسه في مقعد مُستقيم داخل هيكل قابل للتشكيل. عادةً ما يكون الهبوط على عجلة واحدة أو اثنتين، وهو ما يُميّز هذه الطائرات عن الطائرات الشراعية المعلقة. يُصمّم معظمها مُصمّمون وهواة.

الطائرات الشراعية العسكرية

استُخدمت الطائرات الشراعية العسكرية خلال الحرب العالمية الثانية لنقل القوات ( مشاة الطائرات الشراعية ) والمعدات الثقيلة إلى مناطق القتال. وكانت هذه الطائرات تُسحب إلى الجو، وإلى معظم المسافة نحو هدفها، بواسطة طائرات النقل، مثل طائرة سي-47 داكوتا ، أو بواسطة قاذفات قنابل سابقة أُحيلت إلى مهام ثانوية، مثل طائرة شورت ستيرلينغ . وتكمن ميزتها على المظليين في إمكانية إنزال المعدات الثقيلة بسرعة، وتجميع القوات بشكل أسرع بدلاً من تشتيتها في منطقة الإنزال بالمظلات . كانت الطائرات الشراعية تُعامل على أنها للاستخدام لمرة واحدة، إذ صُنعت من مواد رخيصة الثمن كالخشب، مع إعادة استخدام عدد قليل منها. وبحلول الحرب الكورية ، أصبحت طائرات النقل أكبر حجماً وأكثر كفاءة، بحيث أصبح بالإمكان إنزال حتى الدبابات الخفيفة بالمظلات، مما جعل الطائرات الشراعية غير ضرورية.

طائرات شراعية بحثية

حتى بعد تطوير الطائرات ذات المحركات، استمر استخدام الطائرات الشراعية في أبحاث الطيران . وقد طُوّر جناح ناسا المرن "باريسيف روغالو" لدراسة طرق بديلة لاستعادة المركبات الفضائية. ورغم التخلي عن هذا التطبيق، إلا أن الدعاية ألهمت الهواة لتكييف شكل الجناح المرن لاستخدامه في الطائرات الشراعية المعلقة.

كما تم إجراء بحث أولي حول العديد من أنواع المركبات ذات الأجنحة الثابتة، بما في ذلك الأجنحة الطائرة والأجسام الرافعة، باستخدام نماذج أولية غير مزودة بمحركات.

طائرة شراعية معلقة

الطائرة الشراعية المعلقة هي طائرة شراعية يُعلق فيها الطيار بحزام من هيكل الطائرة ، ويتحكم بها عن طريق نقل وزن جسمه في اتجاه معاكس لإطار التحكم. تُصنع الطائرات الشراعية المعلقة عادةً من سبائك الألومنيوم أو أجنحة قماشية ذات إطار مركب . يستطيع الطيارون التحليق لساعات، واكتساب آلاف الأمتار من الارتفاع في التيارات الهوائية الصاعدة، وأداء حركات بهلوانية، والانزلاق لمسافات طويلة تصل إلى مئات الكيلومترات.

طائرة شراعية

الطائرة الشراعية هي طائرة خفيفة الوزن، تطير بحرية، تُطلق بالقدم، بدون جسم صلب. ^{[ 33 ]} يُعلق الطيار بحزام أسفل جناح مصنوع من نسيج مجوف، يتشكل شكله بواسطة حبال التعليق. يدفع الهواء الداخل من فتحات في مقدمة الجناح، بالإضافة إلى قوى الديناميكا الهوائية المتدفقة فوقه، الطائرةَ إلى الأمام. غالبًا ما تُمارس رياضة الطيران الشراعي كهواية.

الطائرة الورقية هي طائرة مربوطة بحبل، تُحمل في الهواء بفعل الرياح التي تهب فوق جناحيها. ^{[ 34 ]} يؤدي الضغط العالي أسفل الجناح إلى انحراف تدفق الهواء نحو الأسفل. ويولد هذا الانحراف مقاومة أفقية في اتجاه الرياح. وتُعاكس قوة الشد في الحبل محصلة قوى الرفع والسحب .

تُستخدم الطائرات الورقية في الغالب لأغراض ترفيهية، ولكن لها استخدامات أخرى كثيرة. وقد قام رواد أوائل مثل الأخوين رايت وجيه دبليو دان أحيانًا بتجربة طائرة على شكل طائرة ورقية للتأكد من خصائص طيرانها، قبل إضافة محرك وأجهزة تحكم في الطيران.

التطبيقات

جيش

تم استخدام الطائرات الورقية لأغراض الإشارة، وتوصيل الذخائر ، والمراقبة ، من خلال رفع مراقب فوق ساحة المعركة، وباستخدام التصوير الجوي بواسطة الطائرات الورقية .

العلوم والأرصاد الجوية

استُخدمت الطائرات الورقية لأغراض علمية، مثل تجربة بنجامين فرانكلين الشهيرة التي أثبتت أن البرق هو كهرباء . وكانت الطائرات الورقية بمثابة النواة الأولى للطائرات التقليدية ، ولعبت دورًا محوريًا في تطوير المركبات الطائرة الأولى. وقد أجرى ألكسندر غراهام بيل تجارب على طائرات ورقية ضخمة قادرة على رفع البشر ، وكذلك فعل الأخوان رايت ولورانس هارجريف . ولعبت الطائرات الورقية دورًا تاريخيًا في رفع الأجهزة العلمية لقياس الظروف الجوية لأغراض التنبؤ بالطقس .

هوائيات الراديو ومنارات الإضاءة

يمكن استخدام الطائرات الورقية لحمل هوائيات الراديو. وقد استُخدمت هذه الطريقة في محطة استقبال أول بث عبر المحيط الأطلسي بواسطة ماركوني . قد تكون البالونات المُثبّتة أكثر ملاءمةً لمثل هذه التجارب، لأن الهوائيات المحمولة بالطائرات الورقية تتطلب رياحًا قوية، وهو ما قد لا يتوفر دائمًا مع المعدات الثقيلة والموصل الأرضي.

يمكن استخدام الطائرات الورقية لحمل مصادر الضوء مثل العصي المضيئة أو المصابيح التي تعمل بالبطاريات.

قوة جر الطائرة الورقية

يمكن استخدام الطائرات الورقية لسحب الأشخاص والمركبات مع اتجاه الريح. كما يمكن استخدام الطائرات الورقية ذات الرقائق الفعّالة ، مثل طائرات الطاقة، للإبحار عكس اتجاه الريح وفقًا للمبادئ نفسها التي تستخدمها المراكب الشراعية الأخرى، شريطة إعادة توجيه القوى الجانبية على الأرض أو في الماء كما هو الحال مع العارضة والألواح المركزية والعجلات وشفرات الجليد في المراكب الشراعية التقليدية. في العقدين الماضيين، اكتسبت رياضات الإبحار بالطائرات الورقية شعبية واسعة، مثل ركوب عربات الباجي بالطائرات الورقية ، والتزلج على الجليد بالطائرات الورقية ، وركوب القوارب بالطائرات الورقية ، وركوب الأمواج بالطائرات الورقية. كما تحظى رياضة التزلج الشراعي على الثلج بشعبية كبيرة.

تتيح رياضة الإبحار بالطائرات الورقية العديد من الإمكانيات غير المتاحة في الإبحار التقليدي:

• تزداد سرعة الرياح على ارتفاعات أعلى
• يمكن مناورة الطائرات الورقية ديناميكيًا، مما يزيد بشكل كبير من القوة المتاحة
• لا حاجة إلى هياكل ميكانيكية لتحمل قوى الانحناء؛ يمكن أن تكون المركبات/الهياكل خفيفة أو يمكن الاستغناء عنها تمامًا.

توليد الطاقة

تُجري مشاريع البحث والتطوير دراسات حول استخدام الطائرات الورقية لتسخير تيارات الرياح على ارتفاعات عالية لتوليد الكهرباء. ^{[ 35 ]}

الاستخدامات الثقافية

تُعدّ مهرجانات الطائرات الورقية شكلاً شائعاً من أشكال الترفيه في جميع أنحاء العالم. وتشمل هذه المهرجانات فعاليات محلية، ومهرجانات تقليدية، ومهرجانات دولية كبرى.

تصاميم

• طائرة ورقية برمودا
• الطائرة الورقية المقوسة ، على سبيل المثال روكاكو
• طائرة ورقية خلوية أو صندوقية
• تشابي تشابي
• طائرة ورقية دلتا
• طائرة ورقية من نوع فويل أو بارافويل أو طائرة ورقية مقوسة
• انظر أيضًا: الطائرة الورقية الماليزية
• طائرة ورقية رباعية الأوجه

يُعدّ هيكل الطائرة العنصر الهيكلي الأساسي للطائرة ذات الأجنحة الثابتة. ويختلف هذا الهيكل باختلاف نوع الطائرة والغرض منها وتقنيتها. كانت هياكل الطائرات الأولى تُصنع من الخشب مع أسطح أجنحة مغطاة بالقماش. وعندما أصبحت المحركات متاحة للطيران الآلي، صُنعت قواعد تثبيتها من المعدن. ومع ازدياد السرعات، أصبح المعدن أكثر شيوعًا حتى نهاية الحرب العالمية الثانية، حيث شاعت الطائرات المصنوعة بالكامل من المعدن (والزجاج). وفي العصر الحديث، أصبحت المواد المركبة أكثر استخدامًا.

تشمل العناصر الهيكلية النموذجية ما يلي:

• جناح واحد أو أكثر، أفقي في الغالب، وغالبًا ما يكون مقطعه العرضي على شكل جناح . يعمل الجناح على توجيه الهواء إلى الأسفل أثناء تحرك الطائرة للأمام، مما يولد قوة رفع تدعمها في الطيران. كما يوفر الجناح ثباتًا جانبيًا لإيقاف الطائرة في وضع أفقي أثناء الطيران المستقر. ومن وظائفه الأخرى حمل الوقود وتركيب المحركات.
• جسم الطائرة ، وهو عادةً جسم طويل ورفيع، ذو نهايات مدببة أو مستديرة لجعل شكله انسيابياً من الناحية الديناميكية الهوائية . يربط جسم الطائرة الأجزاء الأخرى من هيكل الطائرة ويحتوي على الحمولة وأنظمة الطيران.
• المثبت الرأسي أو الزعنفة هو سطح صلب مثبت في الجزء الخلفي من الطائرة، وعادةً ما يكون بارزًا فوقها. تعمل الزعنفة على تثبيت الطائرة في اتجاه دورانها (الانعطاف يمينًا أو يسارًا)، كما أنها تحمل الدفة التي تتحكم في دورانها حول هذا المحور.
• المثبت الأفقي ، الذي يُركّب عادةً في الذيل بالقرب من المثبت الرأسي. يُستخدم المثبت الأفقي لتثبيت ميل الطائرة (إمالتها لأعلى أو لأسفل) ويحتوي على المصاعد التي توفر التحكم في الميل.
• جهاز الهبوط هو مجموعة من العجلات أو الزلاجات أو العوامات التي تدعم الطائرة أثناء توقفها عن الطيران. في الطائرات المائية، يدعمها الجزء السفلي من جسم الطائرة أو العوامات (الجسور العائمة) أثناء وجودها على الماء. في بعض الطائرات، ينكمش جهاز الهبوط أثناء الطيران لتقليل مقاومة الماء.

كانت طائرة An-225 Mriya ، التي كانت أكبر طائرة في العالم، قادرة على حمل حمولة تزن 250 طنًا، وكان بها مثبتان رأسيان.

أجنحة الطائرة ذات الأجنحة الثابتة عبارة عن أسطح ثابتة تمتد على جانبي الطائرة. عندما تتحرك الطائرة للأمام، يتدفق الهواء فوق الأجنحة المصممة لتوليد قوة الرفع.

بناء

تتميز الطائرات الورقية وبعض الطائرات الشراعية والطائرات الخفيفة بأسطح أجنحة مرنة تمتد عبر إطار وتصبح صلبة بفعل قوى الرفع الناتجة عن تدفق الهواء فوقها. أما الطائرات الأكبر حجماً فلها أسطح أجنحة صلبة.

سواء كانت الأجنحة مرنة أو صلبة، فإن معظمها يمتلك هيكلاً قوياً يمنحها شكلها وينقل قوة الرفع من سطح الجناح إلى باقي أجزاء الطائرة. تتكون العناصر الهيكلية الرئيسية من عارضة أو أكثر تمتد من جذر الجناح إلى طرفه، وأضلاع تمتد من الحافة الأمامية إلى الحافة الخلفية.

كانت محركات الطائرات الأولى ضعيفة القدرة، وكان الوزن الخفيف عاملاً حاسماً. كما كانت مقاطع الأجنحة في تلك الحقبة رقيقة، ولا تستطيع دعم هيكل قوي. وحتى ثلاثينيات القرن العشرين، كانت معظم الأجنحة هشة للغاية، ما استدعى إضافة دعامات وأسلاك خارجية. ومع ازدياد قوة المحركات، أصبح بالإمكان تصنيع أجنحة ثقيلة وقوية بما يكفي للاستغناء عن الدعامات. ويُطلق على هذا النوع من الأجنحة غير المدعمة اسم الجناح الكابولي .

إعدادات

يختلف عدد الأجنحة وشكلها اختلافاً كبيراً. بعض التصاميم تدمج الجناح مع جسم الطائرة، بينما يكون وجود جناحين أيمن وأيسر منفصلين بجسم الطائرة أكثر شيوعاً.

في بعض الأحيان تم استخدام المزيد من الأجنحة، مثل الطائرة ثلاثية الأجنحة من الحرب العالمية الأولى. أما الطائرات رباعية الأجنحة وغيرها من التصاميم متعددة الأجنحة فلم تحقق نجاحًا يذكر.

معظم الطائرات أحادية السطح ، بجناح واحد أو جناحين متوازيين. أما الطائرات ثنائية السطح وثلاثية السطح، فتتكون من جناح فوق الآخر. بينما تتكون الطائرات ذات الأجنحة المترادفة من جناح خلف الآخر، وقد يكونان متصلين عند الأطراف. وعندما ازدادت قوة المحركات المتاحة خلال عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين، ولم تعد هناك حاجة إلى دعامات، أصبحت الطائرات أحادية السطح غير المدعمة أو الكابولية الشكل الأكثر شيوعًا.

الشكل الأفقي هو الشكل عند النظر إليه من الأعلى أو الأسفل. ولتحقيق الكفاءة الديناميكية الهوائية، تكون الأجنحة مستقيمة ذات امتداد طويل ووتر قصير ( نسبة عرض إلى طول عالية ). ولتحقيق الكفاءة الهيكلية، وبالتالي خفة الوزن، يجب أن يكون امتداد الجناحين أصغر ما يمكن، مع توفير مساحة كافية لتوليد قوة الرفع.

للسفر بسرعات فوق صوتية ، تُغيّر الأجنحة ذات الهندسة المتغيرة اتجاهها، فتميل للخلف لتقليل مقاومة الهواء الناتجة عن موجات الصدمة فوق الصوتية. يتحول الجناح ذو الانحناء المتغير من وضعية مستقيمة فعّالة للإقلاع والهبوط ، إلى وضعية منحنية ذات مقاومة منخفضة للطيران بسرعات عالية. وقد تم تجربة أشكال أخرى من الأجنحة ذات الشكل المتغير، لكن لم يتجاوز أي منها مرحلة البحث. الجناح المنحني هو جناح مستقيم ينحني للخلف أو للأمام.

الجناح المثلثي هو شكل مثلثي يخدم أغراضًا متعددة. وباعتباره جناحًا مرنًا من نوع روغالو ، فإنه يسمح بشكل ثابت تحت تأثير القوى الديناميكية الهوائية، ويُستخدم غالبًا في الطائرات الورقية وغيرها من المركبات فائقة الخفة. وهو قادر على الطيران بسرعة تفوق سرعة الصوت، إذ يجمع بين قوة عالية ومقاومة منخفضة للهواء.

الأجنحة عادةً ما تكون مجوفة، وتعمل أيضاً كخزانات للوقود. وهي مزودة برفارف تسمح للجناح بزيادة/تقليل السحب/الرفع، للإقلاع والهبوط، وتعمل في الاتجاه المعاكس، لتغيير الاتجاه.

عادةً ما يكون جسم الطائرة طويلاً ورفيعاً، وعادةً ما تكون نهاياته مدببة أو مستديرة لجعل شكله انسيابياً . تمتلك معظم الطائرات ذات الأجنحة الثابتة جسماً واحداً. وقد تمتلك بعضها أجساماً متعددة، أو قد يكون جسم الطائرة مزوداً بذراعين على جانبي الذيل للسماح باستخدام الجزء الخلفي منه.

يحمل جسم الطائرة عادةً طاقم الطيران والركاب والبضائع، وأحيانًا الوقود والمحركات. أما الطائرات الشراعية، فعادةً ما تخلو من الوقود والمحركات، على الرغم من أن بعض الأنواع، مثل الطائرات الشراعية المزودة بمحركات والطائرات الشراعية الصاروخية، تحتوي عليها للاستخدام المؤقت أو الاختياري.

يتحكم طيارو الطائرات التجارية المأهولة ذات الأجنحة الثابتة بها من داخل قمرة القيادة الموجودة في جسم الطائرة، والتي تقع عادةً في الجزء الأمامي/العلوي، وهي مجهزة بأدوات التحكم والنوافذ والأجهزة، وتفصلها عن الركاب باب آمن. في الطائرات الصغيرة، يجلس الركاب عادةً خلف الطيار (أو الطيارين) في المقصورة، وقد يجلس راكب أحيانًا بجانب الطيار أو أمامه. أما الطائرات الأكبر حجمًا ، فلها مقصورة ركاب منفصلة، ​​أو في بعض الأحيان مقصورات منفصلة فعليًا عن قمرة القيادة.

غالباً ما تضم ​​الطائرات طيارين اثنين أو أكثر، أحدهما قائد الطائرة (الطيار) ومساعد طيار واحد أو أكثر. وفي الطائرات الكبيرة، يجلس الملاح عادةً في قمرة القيادة أيضاً. وقد تضم بعض الطائرات العسكرية أو المتخصصة أفراداً آخرين من طاقم الطيران في قمرة القيادة.

الجناح ذو المقطع الانسيابي التقليدي غير مستقر أثناء الطيران. وتعتمد الطائرات ذات الأجنحة المرنة غالبًا على حبل تثبيت أو وزن الطيار المعلق أسفلها للحفاظ على الوضعية الصحيحة. وتستخدم بعض أنواع الطائرات الحرة جناحًا انسيابيًا معدلًا يتميز بالاستقرار، أو آليات أخرى تشمل الاستقرار الاصطناعي الإلكتروني.

لتحقيق التوازن والاستقرار والتحكم، تتكون معظم الطائرات ذات الأجنحة الثابتة من ذيل يتألف من زعنفة ودفة تعملان أفقيًا، وسطح ذيل ومصعد يعملان رأسيًا. هذا التصميم شائع لدرجة أنه يُعرف بالتصميم التقليدي. أحيانًا، تُوزع زعنفتان أو أكثر على طول سطح الذيل.

تحتوي بعض الأنواع على جناح أمامي أفقي يُسمى " كانارد " أمام الجناح الرئيسي، بدلاً من خلفه. ^{[ 36 ] : 86 [ 37 ] [ 38 ]} قد يُساهم هذا الجناح الأمامي في ضبط توازن الطائرة أو استقرارها أو التحكم بها، أو في العديد من هذه الوظائف.

في الطائرات ذات الأجنحة الثابتة المأهولة، توفر الأجهزة معلومات للطيارين، بما في ذلك معلومات الطيران والمحركات والملاحة والاتصالات وأنظمة الطائرات الأخرى التي قد يتم تركيبها .

الأدوات الأساسية الست، والتي يشار إليها أحيانًا باسم المجموعة السداسية، هي: ^{[ 39 ]}

• يُظهر مؤشر سرعة الهواء (ASI) السرعة التي تتحرك بها الطائرة في الهواء.
• يشير مؤشر الوضع (AI)، والذي يسمى أحيانًا بالأفق الاصطناعي، إلى الاتجاه الدقيق للطائرة حول محوري الميل والدوران .
• يشير مقياس الارتفاع إلى ارتفاع الطائرة فوق مستوى سطح البحر المتوسط ​​(AMSL).
• يُظهر مؤشر السرعة الرأسية (VSI)، أو مقياس الارتفاع، المعدل الذي تصعد به الطائرة أو تهبط به .
• يُظهر مؤشر الاتجاه (HI)، والذي يُسمى أحيانًا الجيروسكوب الاتجاهي (DG)، اتجاه البوصلة المغناطيسية لجسم الطائرة. ويتأثر هذا الاتجاه بظروف الرياح والانحراف المغناطيسي .
• يساعد منسق الانعطاف (TC)، أو مؤشر الانعطاف والميل، الطيار على التحكم في الطائرة في وضع منسق أثناء الانعطاف.

تشمل أدوات قمرة القيادة الأخرى ما يلي:

• جهاز لاسلكي ثنائي الاتجاه ، لتمكين الاتصالات مع الطائرات الأخرى ومع مراقبة الحركة الجوية .
• يشير مؤشر الوضع الأفقي (HSI) إلى موقع وحركة الطائرة كما يُرى من الأعلى بالنسبة للأرض، بما في ذلك المسار/الاتجاه ومعلومات أخرى.
• أجهزة توضح حالة محركات الطائرة ( سرعة التشغيل ، والدفع ، ودرجة الحرارة ، والمتغيرات الأخرى).
• أنظمة العرض المدمجة مثل شاشات العرض الرئيسية للرحلة أو أجهزة الملاحة .
• شاشات عرض المعلومات مثل شاشات رادار الطقس الموجودة على متن المركبة .
• جهاز تحديد اتجاه الراديو (RDF)، للإشارة إلى اتجاه واحد أو أكثر من منارات الراديو، والتي يمكن استخدامها لتحديد موقع الطائرة.
• نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية ( ساتناف)، لتوفير موقع دقيق.

قد تظهر بعض أو كل هذه الأدوات على شاشة الكمبيوتر ويتم تشغيلها عن طريق اللمس، كما هو الحال في الهاتف.

• في عام ١٩٠٣، عندما استخدم الأخوان رايت كلمة "طائرة" ( مصطلح بريطاني يُستخدم أيضًا بمعنى "طائرة " في الإنجليزية الأمريكية )، كانت تعني الجناح فقط، وليس الطائرة بأكملها. انظر نص براءة اختراعهما. براءة الاختراع رقم ٨٢١٣٩٣ - براءة اختراع الأخوين رايت لـ"آلة طائرة".

• بلاتنر، ديفيد. كتاب الطيران: كل ما تساءلت عنه بشأن الطيران بالطائرات . رقم ISBN 0-8027-7691-4