نظام التحكم في طيران الطائرة

بشكل عام، يتم ترتيب أدوات التحكم الرئيسية في قمرة القيادة على النحو التالي: ^{[ 3 ]}

• يتحكم نير التحكم (المعروف أيضًا باسم عمود التحكم)، أو عصا التحكم المركزية أو عصا التحكم الجانبية (المعروفة أيضًا باسم عصا التحكم أو عصا التحكم )، في دوران الطائرة وانحرافها عن طريق تحريك الجنيحات (أو تفعيل تغيير شكل الجناح في بعض تصميمات الطائرات المبكرة جدًا) عند الدوران أو الانحراف يمينًا ويسارًا، ويحرك المصاعد عند تحريكها للخلف أو للأمام.
• تتحكم دواسات الدفة ، أو ما يُعرف سابقًا بـ "قضيب الدفة" الذي يعود تاريخه إلى ما قبل عام 1919، في الانعطاف عن طريق تحريك الدفة ؛ فعلى سبيل المثال، ستؤدي القدم اليسرى إلى الأمام إلى تحريك الدفة إلى اليسار.
• ذراع الدفع أو الخانق ، الذي يتحكم في سرعة المحرك أو قوة الدفع للطائرات التي تعمل بالطاقة.

تختلف عصي التحكم اختلافًا كبيرًا بين الطائرات. فهناك عصي يتم فيها التحكم في الميل الجانبي بتدوير العصا في اتجاه عقارب الساعة أو عكسها (كما هو الحال في قيادة السيارة)، ويتم التحكم في الميل الأمامي بتحريك عصا التحكم نحو الطيار أو بعيدًا عنه. بينما في عصي أخرى، يتم التحكم في الميل الأمامي بتحريك العصا داخل لوحة العدادات أو خارجها (كما هو الحال في معظم طائرات سيسنا، مثل طرازي 152 و172). وفي بعضها، يتم التحكم في الميل الجانبي بتحريك العصا بأكملها إلى اليسار واليمين (كما هو الحال في طائرة سيسنا 162). كما تختلف عصا التحكم المركزية بين الطائرات. فبعضها متصل مباشرة بأسطح التحكم باستخدام كابلات، ^{[ 4 ]} بينما يحتوي البعض الآخر (في الطائرات ذات نظام التحكم الإلكتروني) على جهاز كمبيوتر وسيط يتحكم في المحركات الكهربائية.

حتى عندما تستخدم الطائرة أسطح تحكم طيران متنوعة، مثل الدفة الخلفية على شكل حرف V ، أو الجنيحات ، أو الجنيحات المتحركة ، فإن نظام التحكم في الطيران سيظل مصممًا بحيث يتحكم عصا التحكم أو المقود في الميل والدوران بشكل تقليدي، وكذلك دواسات الدفة للتحكم في الانعراج، وذلك لأن هذه الأسطح متعددة الأغراض تتحكم في الدوران حول المحاور الثلاثة نفسها في الفضاء. ^{[ 3 ]} وقد وضع رائد الطيران الفرنسي روبرت إسناولت-بيلتيري النمط الأساسي لأنظمة التحكم الحديثة في الطيران ، ثم قام الطيار الفرنسي لويس بليريو بنشر هذا النمط في البداية على طائرته أحادية السطح بليريو VIII في أبريل 1908، ثم قام بتوحيده في طائرته بليريو XI التي عبرت القناة الإنجليزية في يوليو 1909. وقد تم تدريس التحكم في الطيران بهذه الطريقة لعقود طويلة، كما هو شائع في كتب تعليم الطيران للمبتدئين ، مثل كتاب " العصا والدفة" الصادر عام 1944 .

في بعض الطائرات، لا يتم التحكم بأسطح التحكم بواسطة وصلة. ففي الطائرات الخفيفة للغاية والطائرات الشراعية المزودة بمحركات، على سبيل المثال، لا توجد آلية على الإطلاق. بدلاً من ذلك، يمسك الطيار سطح الرفع بيده (باستخدام إطار صلب معلق من أسفله) ويحركه.

بالإضافة إلى أدوات التحكم الأساسية في الطيران الخاصة بالدوران والميل والانعراج، تتوفر عادةً أدوات تحكم ثانوية لمنح الطيار تحكمًا أدق في الطيران أو لتخفيف عبء العمل. أكثر أدوات التحكم شيوعًا هي عجلة أو جهاز آخر للتحكم في ضبط المصعد ، بحيث لا يضطر الطيار إلى الضغط باستمرار للأمام أو للخلف للحفاظ على زاوية ميل محددة ^{[ 5 ]} (توجد أنواع أخرى من أدوات الضبط، للدفة والجنيحات ، شائعة في الطائرات الكبيرة ولكنها قد تظهر أيضًا في الطائرات الصغيرة). تحتوي العديد من الطائرات على رفارف جناح ، يتم التحكم فيها بواسطة مفتاح أو ذراع ميكانيكي ، أو في بعض الحالات تكون أوتوماتيكية بالكامل بواسطة الكمبيوتر، والتي تُغير شكل الجناح لتحسين التحكم عند السرعات المنخفضة المستخدمة للإقلاع والهبوط. قد تشمل أنظمة التحكم الثانوية الأخرى في الطيران الشرائح ، والمثبطات الهوائية ، والفرامل الهوائية ، والأجنحة ذات زاوية الانحناء المتغيرة .

تُعدّ أنظمة التحكم الميكانيكية أو اليدوية في الطيران أبسط طرق التحكم بالطائرات. وقد استُخدمت في الطائرات القديمة، ولا تزال تُستخدم حاليًا في الطائرات الصغيرة حيث لا تكون قوى الديناميكا الهوائية مُفرطة. استخدمت طائراتٌ قديمةٌ جدًا، مثل رايت فلاير 1 ، وبليريو 11 ، وفوكر إينديكر، نظامًا لتغيير شكل الجناح، حيث لم تُستخدم أسطح تحكم مفصلية تقليدية على الجناح، وأحيانًا لم تُستخدم حتى للتحكم في الميلان كما في رايت فلاير 1 والإصدارات الأصلية من طائرة إتريش تاوب عام 1909 ، التي كانت تحتوي فقط على دفة مفصلية/محورية بالإضافة إلى أدوات التحكم في الميلان والدوران التي تعمل بنظام تغيير شكل الجناح. ^{[ 6 ]} يستخدم نظام التحكم اليدوي في الطيران مجموعةً من الأجزاء الميكانيكية، مثل قضبان الدفع، وكابلات الشد، والبكرات، والأثقال الموازنة، وأحيانًا السلاسل، لنقل القوى المُطبقة على أدوات التحكم في قمرة القيادة مباشرةً إلى أسطح التحكم. غالبًا ما تُستخدم مشابك الشد لضبط شد كابلات التحكم. تُعدّ طائرة سيسنا سكاي هوك مثالًا نموذجيًا على الطائرات التي تستخدم هذا النوع من الأنظمة. تُستخدم أقفال مقاومة الرياح عادةً في الطائرات المتوقفة المزودة بأنظمة ميكانيكية لحماية أسطح التحكم والوصلات من أضرار الرياح. بعض الطائرات مزودة بأقفال مقاومة الرياح كجزء من نظام التحكم. ^{[ 7 ]}

أدت الزيادة في مساحة أسطح التحكم، وارتفاع سرعات الطيران المطلوبة للطائرات الأسرع، إلى زيادة الأحمال الديناميكية الهوائية على أنظمة التحكم في الطيران. ونتيجة لذلك، ازدادت القوى اللازمة لتحريكها بشكل ملحوظ. لذا، طُوّرت ترتيبات تروس ميكانيكية معقدة لاستخلاص أقصى فائدة ميكانيكية ممكنة، بهدف تقليل القوى المطلوبة من الطيارين. ^{[ 8 ]} ويمكن إيجاد هذا الترتيب في طائرات مروحية أكبر حجمًا أو ذات أداء أعلى ، مثل فوكر 50 .

تستخدم بعض أنظمة التحكم الميكانيكية في الطيران أسطحًا مساعدة ديناميكية هوائية. هذه الأسطح عبارة عن سطوح صغيرة متصلة بأسطح التحكم. تقوم آليات التحكم في الطيران بتحريك هذه الأسطح، فتقوم القوى الديناميكية الهوائية بدورها بتحريك أسطح التحكم أو المساعدة في حركتها، مما يقلل من القوى الميكانيكية اللازمة. استُخدم هذا التصميم في طائرات النقل ذات المحركات المكبسية المبكرة وفي طائرات النقل النفاثة المبكرة. ^{[ 9 ]} تتضمن طائرة بوينغ 737 نظامًا يسمح لها، في حالة حدوث عطل كامل في النظام الهيدروليكي - وهو أمر نادر الحدوث - بالعودة تلقائيًا وبسلاسة إلى التحكم عبر الأسطح المساعدة.

تزداد تعقيدات ووزن أنظمة التحكم الميكانيكية في الطيران بشكل ملحوظ مع ازدياد حجم الطائرة وأدائها. وتساعد أسطح التحكم الهيدروليكية على التغلب على هذه القيود. ففي أنظمة التحكم الهيدروليكية، يصبح حجم الطائرة وأداؤها محدودًا بالاعتبارات الاقتصادية لا بقوة عضلات الطيار. في البداية، استُخدمت أنظمة ذات تعزيز جزئي فقط، حيث كان بإمكان الطيار الشعور ببعض الأحمال الديناميكية الهوائية على أسطح التحكم (التغذية الراجعة). ^{[ 8 ]}

يتكون نظام التحكم الهيدروميكانيكي في الطيران من جزأين:

• الدائرة الميكانيكية ، التي تربط أدوات التحكم في قمرة القيادة بالدوائر الهيدروليكية. ومثل نظام التحكم الميكانيكي في الطيران، تتكون من قضبان وكابلات وبكرات، وأحيانًا سلاسل.
• تتكون الدائرة الهيدروليكية من مضخات هيدروليكية، وخزانات، وفلاتر، وأنابيب، وصمامات، ومشغلات. تعمل المشغلات بضغط الزيت الهيدروليكي الناتج عن المضخات في الدائرة الهيدروليكية، حيث تحول هذا الضغط إلى حركة أسطح تحكم. وتتحكم صمامات المؤازرة الكهروهيدروليكية في حركة المشغلات.

يؤدي تحريك الطيار لأحد أدوات التحكم إلى فتح الدائرة الميكانيكية لصمام المؤازرة المقابل في الدائرة الهيدروليكية. تُشغّل الدائرة الهيدروليكية المشغلات التي بدورها تُحرّك أسطح التحكم. ومع حركة المشغل، يُغلق صمام المؤازرة بواسطة وصلة تغذية راجعة ميكانيكية ، مما يوقف حركة سطح التحكم عند الموضع المطلوب.

وُجد هذا التصميم في طائرات النقل النفاثة ذات التصميم القديم وفي بعض الطائرات عالية الأداء. ومن الأمثلة على ذلك طائرة أنتونوف أن-225 وطائرة لوكهيد إس آر-71 .

يستبدل نظام التحكم الإلكتروني (FBW) التحكم اليدوي في الطائرة بواجهة إلكترونية. تُحوّل حركات أدوات التحكم إلى إشارات إلكترونية تُنقل عبر الأسلاك (ومن هنا جاء مصطلح التحكم الإلكتروني )، وتُحدد حواسيب التحكم كيفية تحريك المشغلات في كل سطح تحكم لتحقيق الاستجابة المطلوبة. كما تُدخل الأوامر من الحواسيب تلقائيًا دون علم الطيار لتثبيت الطائرة وأداء مهام أخرى. تُعدّ الإلكترونيات الخاصة بأنظمة التحكم في الطائرات جزءًا من مجال يُعرف باسم إلكترونيات الطيران .

تقنية الطيران الضوئي، والمعروفة أيضًا باسم الطيران بالضوء ، هي تطور إضافي يستخدم كابلات الألياف الضوئية .

في الأجنحة المرنة، والمعروفة أيضًا باسم "الأجنحة المتغيرة الشكل"، يمكن لجزء كبير أو كل سطح الجناح أن يغير شكله أثناء الطيران لتوجيه تدفق الهواء، تمامًا مثل طائرة الأورنيثوبتر . تُعد الأجنحة المرنة القابلة للتكيف جهدًا عسكريًا وتجاريًا. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} كان الجناح المرن النشط X-53 ثمرة جهد مشترك بين القوات الجوية الأمريكية ووكالة ناسا وشركة بوينغ . كما بذلت شركة فليكس سيس جهودًا ملحوظة، حيث أجرت اختبارات طيران باستخدام أجنحة مرنة تم تعديلها لتناسب طائرة غلف ستريم 3. ^{[ 20 ]}

في أنظمة التحكم النشط في التدفق ، تُنقل القوى المؤثرة على المركبات عبر التحكم في الدوران، حيث تُستبدل الأجزاء الميكانيكية الأكبر والأكثر تعقيدًا بأنظمة مائعية أصغر وأبسط (فتحات تُطلق تدفقات هوائية)، إذ تُحوّل القوى الأكبر في السوائل بواسطة نفاثات أو تدفقات سائلة أصغر بشكل متقطع، لتغيير اتجاه المركبات. ^{[ 21 ] [ 22 ]} في هذا الاستخدام، يُبشّر التحكم النشط في التدفق بالبساطة وانخفاض الكتلة والتكاليف (حتى النصف)، بالإضافة إلى تقليل القصور الذاتي وأوقات الاستجابة. وقد تجلى ذلك في طائرة Demon بدون طيار ، التي حلّقت لأول مرة في المملكة المتحدة في سبتمبر 2010. ^{[ 23 ]}

• تقرير القوات الجوية الأمريكية وحلف شمال الأطلسي RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001).