منطاد هجين

يحصل الديناستات على قوة رفع إضافية من خلال الطيران في الهواء. وقد شملت التكوينات التي تمت دراستها استخدام هياكل دلتاويد (مثلثية)، أو عدسية (دائرية)، أو مسطحة، أو إضافة جناح ثابت.

زُوِّدت بعض المناطيد المبكرة بأجنحة، بهدف توفير قوة رفع ديناميكية إضافية. إلا أن قوة الرفع الإضافية الناتجة عن الأجنحة قد تكون أقل كفاءة من مجرد زيادة حجم المنطاد. فعند السرعات المنخفضة، التي تبلغ 97 كم /ساعة أو أقل، تتطلب الزيادة في قوة الرفع الناتجة عن استخدام الأجنحة على المنطاد زيادةً غير متناسبة في قدرة المحرك واستهلاك الوقود مقارنةً بزيادة حجم أكياس الغاز. ^{[ 4 ]} علاوة على ذلك، يتطلب تثبيت أسطح الطيران على غلاف المنطاد تقويةً هيكليةً كبيرة، مع ما يترتب على ذلك من زيادة في الوزن. ^{[ 2 ]}  

غالباً ما تستخدم المناطيد التقليدية الرفع الديناميكي الهوائي عن طريق استخدام مصاعدها لضبط وضعية مقدمة المنطاد لأعلى بحيث يوفر الجسم الرئيسي للمنطاد بعض الرفع أثناء طيرانه؛ ومع ذلك، يتم ذلك عادةً لمواجهة حالات عدم التوازن الطفيفة، ومن المحتمل أيضاً أن تكون هناك حاجة إلى توجيه المقدمة لأسفل لتقليل الرفع.

تستخدم بعض التصاميم الهجينة، مثل طائرة لوكهيد مارتن LMZ1M (التي تلت طائرة الاختبار لوكهيد مارتن P-791 )، هيكلاً مسطحاً أو متعدد الفصوص لزيادة قوة الرفع الديناميكية الهوائية. ويشابه هذا النهج الديناميكي الهوائي نهج الطائرات ذات الجسم الرافِع ، على الرغم من أن سرعات الطيران المستخدمة أقل بكثير. وتكون نسب الرفع إلى السحب الديناميكية المتاحة أقل بكثير من تلك الخاصة بالأجنحة الثابتة الفعالة، ويعود ذلك جزئياً إلى أن السحب المستحث يزداد مع انخفاض نسبة العرض إلى الطول. ^{[ 5 ]} ونتيجة لذلك، يكون الرفع مصحوباً بزيادة أكبر في السحب مقارنةً باستخدام الأجنحة. من ناحية أخرى، بالمقارنة مع المروحية، يتميز الديناستات بكفاءة أفضل في استهلاك الوقود ضمن نطاق سرعة محدد. ^{[ 2 ]}

تظهر مشكلة أخرى أثناء الإقلاع والهبوط، حيث قد تكون سرعة الهواء منخفضة جدًا في الظروف الهادئة بحيث لا توفر قوة رفع ديناميكية هوائية كافية. ^{[ 6 ]} لهذا السبب، غالبًا ما يُنظر إلى الطائرة ذات المحرك الديناميكي على أنها طائرة إقلاع وهبوط قصير (STOL) وليست طائرة إقلاع وهبوط عمودي (VTOL) ، مما يتطلب مدرجًا أقصر من الطائرة التقليدية. ^{[ 2 ]}

يحصل جهاز الدوران على قوة رفع إضافية من الدوارات المُحركة، على غرار المروحية. وقد دُرست تصاميم الدوارات المفردة والمزدوجة والرباعية.

تضمنت الأمثلة المبكرة في فترة ما بين الحربين تصاميم من قبل أوهيميشن وزودياك . استخدمت هذه التصاميم الدوارات للتحكم الرأسي فقط، مع مراوح إضافية تعمل بالطاقة للطيران الأمامي، كما هو الحال في الطائرة الجيروسكوبية . ^{[ 2 ]}

في الآونة الأخيرة، قامت طائرة بياستيكي PA-97 "هيليستات" التجريبية بربط أربعة هياكل طائرات هليكوبتر بمنطاد هيليوم، بينما لا يزال مشروع سكاي هوك JHL-40 قيد التطوير. عادةً، يكون الرفع الهوائي كافيًا لدعم وزن المركبة نفسها، بينما توفر المراوح رفعًا إضافيًا عند حمل حمولة حسب الحاجة.

إذا لم يكن لدى المنطاد قوة رفع كافية، فسوف يهبط بفعل الجاذبية. وبإمالة مقدمته للأسفل، يمكن تحقيق انزلاق أمامي تمامًا مثل الطائرة الشراعية التقليدية . أما إذا كان لدى المنطاد قوة رفع زائدة، فسوف يرتفع. وبإمالة مقدمته للأعلى، يمكن تحقيق حركة أمامية أيضًا. وبهذه الطريقة، يمكن للمنطاد الذي يُبدّل طفوه دوريًا بين الموجب والسالب، مع تعديل وضعه وفقًا لذلك، أن يكتسب قوة دفع هوائية أمامية شبه مستمرة. وهكذا، يسير الطيران في نمط متعرج رأسي هادئ. ولأن الطاقة لا تُستهلك مباشرة في توليد قوة الدفع، فإن هذا المبدأ يسمح برحلات طويلة الأمد، وإن كانت بسرعات منخفضة. يُعدّ منطاد "هانت جرافيتي بلين" المقترح منطادًا هجينًا مصممًا للاستفادة الكاملة من الانزلاق بفعل الجاذبية. ^{[ 7 ]}

وينطبق هذا المبدأ أيضاً تحت الماء، حيث يتم استخدامه عملياً في الطائرة الشراعية تحت الماء .

تاريخياً، تم صياغة هذا المبدأ للملاحة الجوية، تحت اسم Wellenflug (الطيران المتموج)، لأول مرة واختباره تجريبياً في عام 1899 من قبل كونستانتين دانيلفسكي في خاركوف ، الإمبراطورية الروسية، ووصف بالتفصيل في كتابه / ^{[ 8 ].}

نظرياً، يمكن استخدام خلية وقود الهيدروجين بالتزامن مع خلية التحليل الكهربائي للتحكم في طفو المناطيد الهجينة المنزلقة. وسيتطلب الأمر استخدام الطاقة الشمسية أو مصادر كهربائية أخرى على متن المنطاد لتجديد مخزون الهيدروجين وتشغيل أجهزة الملاحة. مع ذلك، قد تتسبب قابلية الهيدروجين للاشتعال (انظر كارثة هيندنبورغ ) في مشاكل تنظيمية، وهو ما قد يفسر قلة التجارب الحالية التي تستخدم هذا المزيج من التقنيات.

يعود تاريخ التحليق تحت تأثير الجاذبية إلى فترة ما خلال الحرب الأهلية الأمريكية وبعدها بقليل ، عندما بنى سولومون أندروز سفينتين هوائيتين من هذا النوع. استخدمت الأولى، إيريون ، ثلاث بالونات فردية على شكل سيجار موصولة معًا في مستوى مسطح؛ أما الثانية، إيريون رقم 2 ، فاستخدمت بالونًا واحدًا على شكل ليمونة. ^{[ 9 ]} كانت سفن إيريون الخاصة بأندروز تُدفع عن طريق إمالة البالونات للأعلى وإسقاط ثقل موازن، ثم تُعكس العملية بإمالة البالونات للأسفل وتفريغ كميات كبيرة من غاز الرفع. ^{[ 10 ]}

في عام ١٩٠٥، أجرى ألبرتو سانتوس دومونت تجارب عديدة على طائرته الأولى، سانتوس دومونت ١٤-بيس ، قبل محاولته الطيران بها للمرة الأولى. شملت هذه التجارب تعليقها بكابل فولاذي وسحبها، ثم تعليقها أسفل هيكل منطاد بُني مسبقًا ( رقم ١٤ ) - وهو ما يشبه تعلم السباحة باستخدام " أجنحة سباحة ". كانت المركبة المركبة غير قابلة للاستخدام، فتم تفكيكها، ووُصفت بأنها "هجينة ضخمة". ^{[ ١١ ]} بعد إتمام هذه "التجارب"، قدم سانتوس دومونت أول عرض علني لطائرة أثقل من الهواء في أوروبا.

في عام ١٩٠٧، حلّقت المنطاد البريطاني رقم ١ (المسمى نولي سيكوندوس ) لأول مرة. استخدم المنطاد أسطحًا انسيابية للتحكم في وضعيته أثناء الطيران، كما زُوّد في رحلته الأولى بأجنحة كبيرة في منتصفه. كان الهدف من هذه الأجنحة هو تعزيز الاستقرار لا توفير قوة الرفع، وقد أُزيلت في جميع الرحلات اللاحقة. ^{[ ١٢ ] [ ١٣ ]} كما تمّ التعرّف على استخدام قوة الرفع الديناميكية عن طريق إمالة مقدمة المنطاد لأعلى أو لأسفل، وتمّ تطبيقها على هذا المنطاد. ^{[ ١٤ ]}

في يونيو 1907، بنى ألبرتو سانتوس دومونت طائرته رقم  16، التي وصفتها مجلة "ليروفيل" بأنها طائرة مختلطة . بلغ حجمها 99 مترًا ^مكعبًا (3500 قدم ^مكعب ) ، لكنها كانت ثقيلة جدًا بحيث لا يمكنها الطيران دون قوة رفع إضافية يوفرها سطح جناح يبلغ طوله 4 أمتار (13 قدمًا) . تم اختبارها دون جدوى في 8 يونيو 1907. ^{[ 15 ]}    

كانت طائرة "إيريون 26" طائرةً حلّقت لأول مرة عام 1971. وكانت نموذجًا أوليًا مصغرًا للمنطاد الهجين "إيريون دينيرشيب "، وجزءًا من مشروع "تايغر". إلا أنها لم تُبنَ قط بسبب عدم وجود سوق للمنطاد الهجين. ^{[ 16 ]}

في عام 1984، حلقت طائرة الهليكوبتر AeroLift CycloCrane لفترة وجيزة.

جمع تصميم بياشيكي التجريبي PA-97 هيليستات لعام 1986 بين أربع طائرات هليكوبتر ومنطاد في محاولة لإنشاء مركبة رفع ثقيلة لأعمال الغابات. وقد تحطم في نهاية رحلته الأولى.

تُعدّ تقنية المركبات " سكاي كات " أو "الطائرة ذات الهيكلين" مزيجًا من تقنيات الطائرات الهجينة؛ وقد حلّقت نسخة مصغّرة منها، بطول 12  مترًا تُدعى " سكاي كيتن "، من إنتاج شركة "أدفانسد تكنولوجيز جروب ليمتد"، في عام 2000. وفي عام 2005 ، أطلقت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة الأمريكية (داربا) برنامج "والروس" للطائرات الهجينة فائقة الضخامة ، وهو مبادرة لتطوير التكنولوجيا تركز على استكشاف تقنيات النقل الجوي الثقيل للغاية. وقد أُنهي البرنامج في عام 2007.

في عام 2006، خضعت طائرة لوكهيد مارتن P-791 لاختبارات طيران بدون طاقم. ورغم أنها كانت الطائرة الوحيدة الناجحة من فئة المنطاد الهجين التي حلقت بنجاح حتى 7 أغسطس 2016، إلا أنها لم تُوفق في الانضمام إلى برنامج المركبات العسكرية متعددة المهام طويلة المدى للاستخبارات.

في عام 2008، أعلنت شركة بوينغ أنها ستتعاون مع شركة سكاي هوك لتطوير مركبة رفع ثقيلة، وهي سكاي هوك JHL-40، لكن بوينغ قامت لاحقاً بتعليق المشروع. ^{[ 17 ]}

صُممت طائرة HAV 304 من شركة Hybrid Air Vehicles لصالح برنامج مركبة الاستخبارات متعددة المهام طويلة المدى (LEMV) التابع للجيش الأمريكي. وقد حلّقت بنجاح لمدة 90 دقيقة في أغسطس 2012. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]} بعد إلغاء مشروع LEMV، أعادت شركة Hybrid Air Vehicles شراء طائرة HAV 304 وأعادتها إلى المملكة المتحدة. خضعت الطائرة لعملية تجديد وأُعيد تسميتها إلى Airlander 10. في 17 أغسطس 2016، أجرت Airlander 10 أول رحلة تجريبية ناجحة لها خارج حظائر كاردينغتون في قاعدة سلاح الجو الملكي البريطاني في كاردينغتون. صرّح كبير طياري الاختبار، ديف بيرنز، قائلاً: "لقد كان من دواعي سروري أن أطير بطائرة Airlander للمرة الأولى، وقد حلّقت بشكل رائع. أنا متحمس للغاية لتحليقها. لقد كانت تجربة طيران سلسة للغاية." ^{[ 21 ]} يلزم أكثر من 200 ساعة طيران إضافية للحصول على الشهادة الكاملة.

أكملت طائرة Airlander 10 اختبارات اعتماد التصميم قبل شطبها ^{[ 22 ]} عندما انفصلت عن مراسيها في رياح عاتية في 18 نوفمبر 2017 في مطار كاردينغتون .

تعمل شركة مقرها أستراليا على مشروع لتطوير رافعة هوائية تسمى سكاي ليفت، قادرة على رفع ما يصل إلى 150 طنًا. ^{[ 23 ]}

تعمل شركة "سولار شيب" الكندية الناشئة على تطوير مناطيد هجينة تعمل بالطاقة الشمسية فقط. وتتمثل الفكرة في ابتكار منصة عملية قادرة على السفر إلى أي مكان في العالم لتوصيل الإمدادات الطبية المبردة وغيرها من المستلزمات الضرورية إلى مواقع في أفريقيا وشمال كندا دون الحاجة إلى أي نوع من الوقود أو البنية التحتية. ويُؤمل أن تكون التطورات التكنولوجية في مجال الخلايا الشمسية والمساحة السطحية الكبيرة التي يوفرها المنطاد الهجين كافية لصنع طائرة عملية تعمل بالطاقة الشمسية. ومن أبرز ميزات "سولار شيب" قدرتها على الطيران بالاعتماد على قوة الرفع الديناميكية الهوائية فقط دون الحاجة إلى غازات رفع، كما أن الخلايا الشمسية، إلى جانب الحجم الكبير لغلافها، تسمح بإعادة تشكيل المنطاد الهجين ليصبح مأوى متنقلاً قادراً على إعادة شحن البطاريات والمعدات الأخرى. ^{[ 24 ]}

طائرة هانت جرافيتي بلين (لا ينبغي الخلط بينها وبين الطائرة الأرضية التي تعمل بالجاذبية ) هي طائرة شراعية مقترحة تعمل بقوة الجاذبية من قِبل شركة هانت للطيران في الولايات المتحدة. ^{[ 25 ]} تتميز الطائرة بأجنحة انسيابية، مما يُحسّن نسبة الرفع إلى السحب ويجعلها أكثر كفاءة. تتطلب جرافيتي بلين حجمًا كبيرًا للحصول على نسبة حجم إلى وزن كافية لدعم هيكل الجناح، ولم يتم بناء أي نموذج منها حتى الآن. ^{[ 7 ]} على عكس الطائرة الشراعية المزودة بمحرك ، لا تستهلك جرافيتي بلين الطاقة أثناء مرحلة الصعود في الطيران. ومع ذلك، فإنها تستهلك الطاقة عند النقاط التي يتغير فيها طفوها بين القيم الموجبة والسالبة. تدّعي شركة هانت أن هذا يمكن أن يُحسّن كفاءة الطاقة للطائرة، على غرار كفاءة الطاقة المُحسّنة للطائرات الشراعية تحت الماء مقارنةً بطرق الدفع التقليدية. ^{[ 7 ]} تشير هانت إلى أن انخفاض استهلاك الطاقة سيسمح للطائرة بتوليد طاقة كافية للبقاء محلقة إلى أجل غير مسمى. يتمثل النهج التقليدي لتحقيق هذا المطلب في استخدام الألواح الشمسية في الطائرات التي تعمل بالطاقة الشمسية . اقترح هانت نهجين بديلين. الأول هو استخدام توربينات الرياح وحصد الطاقة من تدفق الهواء الناتج عن الحركة الانزلاقية، والآخر هو دورة حرارية لاستخراج الطاقة من الاختلافات في درجة حرارة الهواء على ارتفاعات مختلفة. ^{[ 7 ]}

• خوري، ج.؛ تكنولوجيا المناطيد ، الطبعة الثانية، مطبعة جامعة كامبريدج (2012)، الفصل 19.
• هانت، روبرت د.؛ "الطيران المدعوم بدورة طاقة جوية"، المؤتمر الخامس لتكنولوجيا الطيران والتكامل والعمليات (ATIO)، 26-28 سبتمبر 2005 ، المعهد الأمريكي للملاحة الجوية والفضائية (2005). المؤتمر الخامس لتكنولوجيا الطيران والتكامل والعمليات (ATIO) والمؤتمر السادس عشر لأنظمة الطائرات الأخف من الهواء وأنظمة البالونات . نسخة مجانية للتحميل