خصائص الطيران

تُعرف خصائص الطيران ، أو خصائص التحكم، بأنها سمات الطائرة التي تقيس أو تصف مدى سهولة ودقة تحكم الطيار بها أثناء الطيران، وكيفية استجابة الطائرة لمدخلات الطيار. ومن بين هذه السمات درجات وأساليب استقرار الطائرة أثناء الطيران.

يتم تقييم خصائص الطيران للطائرات من خلال اختبارات الطيران ، إلى جانب سمات أخرى: أداء الطائرة (قدراتها) وأنظمتها. ^{[ 1 ]}

يُعرَّف الاستقرار عندما تكون الطائرة في حالة "توازن"؛ أي عندما لا توجد قوى أو عزوم غير متوازنة تؤثر عليها وتؤدي إلى انحرافها عن الطيران المستقر . إذا تعرضت الطائرة لاضطراب، فإن الاستقرار يشير إلى ميلها للعودة إلى حالة التوازن. إذا مالت الطائرة في البداية إلى العودة إلى حالة التوازن، يُقال إنها مستقرة سكونيًا. إذا استمرت في الاقتراب من حالة التوازن دون تجاوزها، تُسمى هذه الحركة هبوطًا. إذا تسببت الحركة في تجاوز الطائرة لحالة التوازن، فقد تتذبذب ذهابًا وإيابًا. إذا تلاشى هذا التذبذب، تُسمى الحركة تذبذبًا متلاشيًا، ويُقال إن الطائرة مستقرة ديناميكيًا. من ناحية أخرى، إذا زادت سعة الحركة، يُقال إن الطائرة غير مستقرة ديناميكيًا.

وضع جي إتش برايان النظرية القياسية لاستقرار الطائرات عام ١٩٠٤. في ذلك الوقت، لم يكن برايان قد سمع برحلة الأخوين رايت الأولى. ونظرًا لتعقيد النظرية والحسابات الشاقة اللازمة لتطبيقها، نادرًا ما استخدمها مصممو الطائرات. كان لا بد للطائرات بدون طيار أن تتمتع باستقرار ديناميكي لكي تطير بنجاح. لم تكن الطائرة التي طار بها الأخوان رايت عام ١٩٠٣ مستقرةً ذاتيًا، بل كانت تعتمد على تحكم الطيار، على غرار الدراجة. طوّر المصممون في السنوات الأولى للطائرات عددًا قليلًا من الطائرات ذات خصائص طيران مرضية. بينما امتلكت طائرات أخرى كثيرة خصائص طيران رديئة، مما أدى أحيانًا إلى تحطمها.

خصائص التحكم هي تلك الخصائص التي تحدد سهولة ودقة أداء الطيار لمهمة الطيران. ^{[ 2 ] [ 3 ]} ويشمل ذلك واجهة التفاعل بين الإنسان والآلة. وقد دُرست كيفية تأثير عوامل معينة في المركبة على خصائص الطيران في الطائرات لعقود، ^{[ 4 ]} ووُضعت معايير مرجعية لخصائص الطيران لكل من الطائرات ذات الأجنحة الثابتة ^{[ 5 ]} والطائرات ذات الأجنحة الدوارة ^{[ 6 ]} ، وهي الآن شائعة الاستخدام. تُحدد هذه المعايير مجموعة فرعية من ديناميكيات وتصميم التحكم التي توفر خصائص تحكم جيدة لنوع معين من المركبات ومهمة طيران محددة.

أظهر برايان أن خصائص استقرار الطائرات يمكن تقسيمها إلى مجموعتين: طولية وعرضية، ولكل مجموعة حركاتها الخاصة التي تُسمى أنماط الحركة. تكون أنماط الحركة إما غير دورية، أي أن الطائرة تقترب أو تنحرف بثبات عن وضعية التوازن، أو تذبذبية، أي أن الطائرة تتذبذب حول وضعية التوازن. وقد تبين أن الأنماط الطولية لطائرة مستقرة سكونيًا بعد تعرضها لاضطراب تتكون من تذبذب طويل المدى يُسمى التذبذب الفوغويدي ، وعادةً ما تكون دورته بالثواني حوالي ربع سرعة الطائرة بالأميال في الساعة، وتذبذب قصير المدى لا يتجاوز بضع ثوانٍ. أما الحركة العرضية فلها ثلاثة أنماط: نمط غير دوري يُسمى النمط الحلزوني، والذي قد يكون تباعدًا أو هبوطًا، ونمط غير دوري مُخمد بشدة يُسمى هبوط الدوران، وتذبذب قصير المدى، عادةً ما يكون ضعيف التخميد، يُسمى نمط الدوران الهولندي .

حاول بعض مصممي الطائرات الأوائل تصميم طائرات تتمتع بثبات ديناميكي، لكن تبيّن أن متطلبات الثبات تتعارض مع متطلبات جودة الطيران المُرضية. في الوقت نفسه، لم تكن هناك معلومات متاحة لإرشاد المصمم بشأن الخصائص التي ينبغي تضمينها لتحقيق جودة طيران مُرضية.

بحلول ثلاثينيات القرن العشرين، ساد شعور عام بضرورة تمتع الطائرات بثبات ديناميكي، إلا أن بعض مهندسي الطيران بدأوا يدركون التناقض بين متطلبات الثبات وجودة الطيران. ولحل هذه المسألة، بذل إدوارد وارنر ، الذي كان يعمل مستشارًا لشركة دوغلاس للطائرات في تصميم طائرة النقل الكبيرة DC-4 ذات المحركات الأربعة، أول جهد في الولايات المتحدة لوضع مجموعة من المتطلبات اللازمة لجودة طيران مُرضية. كما طلب الدكتور وارنر، العضو في اللجنة الرئيسية للجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) ، إجراء دراسة طيران لتحديد جودة طيران الطائرة وفقًا للمتطلبات المقترحة. وقد أجرى هذه الدراسة هارتلي أ. سوليه من لانغلي. وأظهر تقرير سوليه، بعنوان " دراسة أولية لجودة طيران الطائرات" ، عدة جوانب تحتاج فيها المتطلبات المقترحة إلى مراجعة، كما بيّن الحاجة إلى مزيد من البحث حول أنواع أخرى من الطائرات. ^{[ 7 ]} ونتيجة لذلك، بدأ روبرت ر. جيلروث برنامجًا مع ميلفين ن. جوف كطيار اختبار رئيسي.

اعتمدت تقنية جيلروث لدراسة متطلبات جودة الطيران على تركيب أجهزة لتسجيل البيانات ذات الصلة، مثل مواقع وقوى التحكم، والسرعات الزاوية للطائرة، والتسارع الخطي، وسرعة الهواء، والارتفاع. ثم قام طيار اختبار متمرس بتنفيذ برنامج طيران يتضمن ظروفًا ومناورات محددة. بعد الرحلة، تم تدوين البيانات من السجلات ومقارنة النتائج برأي الطيار. يُعتبر هذا النهج روتينيًا اليوم، ولكنه كان إسهامًا أصيلًا بارزًا من جيلروث، حيث استغل أجهزة تسجيل الطيران المتوفرة في لانغلي، بالإضافة إلى تنوع الطائرات المتاحة للاختبار في ظروف مماثلة.

يُعدّ تغير قوة التحكم على عصا التحكم أو عجلة القيادة مع قيمة التسارع العمودي على اتجاه الطيران، مُقاسةً بوحدات g، كميةً مهمةً في قياسات جودة الطيران أثناء الانعطافات أو الصعود. وتُسمى هذه الكمية عادةً بالقوة لكل وحدة g.

ستتمتع المركبات الفضائية الجديدة التي تعمل ناسا على تطويرها حاليًا لتحل محل مكوك الفضاء وتعيد رواد الفضاء إلى القمر، بقدرة تحكم يدوية في العديد من مهام المهمة، وستؤثر سهولة ودقة تنفيذ الطيارين لهذه المهام بشكل كبير على الأداء ومخاطر المهمة وتكاليف التدريب. ولا توجد حاليًا معايير مرجعية لخصائص طيران المركبات الفضائية المأهولة.

• اختبار الطيران
• مقياس تصنيف كوبر-هاربر
• التذبذب الناجم عن الطيار
• الاستقرار الساكن الطولي
• غلاف الطيران

• ويليام هيويت فيليبس. "خصائص الطيران، الفصل 4" (ملف PDF) . رحلة في أبحاث الطيران: مسيرة مهنية في مركز لانغلي للأبحاث التابع لناسا . تاريخ الاسترجاع: 31 يوليو 2010 .تتضمن هذه المقالة نصًا من هذا المصدر، وهو متاح للعموم .
• استقرار الطائرة والتحكم بها، بقلم مالكولم ل. أبزوغ
• ستينجل، آر إف: ديناميكيات الطيران . مطبعة جامعة برينستون، 2004، رقم ISBN 0-691-11407-2.