طائرة نفاثة

الطائرة النفاثة (أو ببساطة الطائرة النفاثة ) هي طائرة تعمل بمحرك نفاث واحد أو أكثر . وتكون الطائرات النفاثة في الغالب ذات أجنحة ثابتة ، على الرغم من وجود مجموعة واسعة من أنواع الطائرات النفاثة المختلفة - سواء للأغراض المدنية أو العسكرية. 

تحتاج معظم الطائرات النفاثة إلى الطيران بسرعات عالية ، إما فوق صوتية أو قريبة من سرعة الصوت ( انتقالية )، لتحقيق كفاءة طيران عالية. وعادةً ما تحلق بسرعة تقارب 0.8 ماخ (981 كم/ساعة؛ 610 ميل/ساعة)، وعلى ارتفاعات تتراوح بين 10,000 و15,000 متر (33,000 و49,000 قدم) أو أعلى، حيث تعمل محركاتها النفاثة بأقصى كفاءة. وهذا يختلف عن الطائرات ذات المحركات المروحية ، التي تحقق ذروة كفاءتها عند سرعات وارتفاعات أقل بكثير.      

تُصمَّم الطائرات النفاثة عادةً باستخدام قاعدة ويتكومب للمساحة ، والتي تنص على أن المساحة الإجمالية للمقطع العرضي للطائرة يجب أن تكون مساوية تقريبًا لمساحة جسم سيرز-هاك . ويؤدي تطبيق هذه القاعدة إلى تقليل إنتاج الموجات الصدمية، التي تُهدر الطاقة.

بدأ فرانك ويتل ، المخترع الإنجليزي وضابط سلاح الجو الملكي البريطاني ، تطوير محرك نفاث عملي في عام 1928، ^{[ 1 ]} بينما بدأ هانز فون أوهين في ألمانيا العمل بشكل مستقل على مفاهيم مماثلة في أوائل الثلاثينيات. وهكذا، في أغسطس من عام 1939، قامت أول طائرة نفاثة في العالم، وهي هاينكل هي 178 ، برحلتها الأولى.

بعد تحليق أول طائرة بمحرك، طُرحت العديد من تصاميم الطائرات النفاثة وأساليبها. فعلى سبيل المثال، اقترح كل من رينيه لورين ، وأو. موريس، وإتش إس هاريس أنظمة مختلفة لتوليد تدفق نفاث. ^{[ 2 ]} بالإضافة إلى ذلك، خلال عشرينيات وثلاثينيات القرن العشرين، صُممت مجموعة متنوعة من الطائرات التي تعمل بمحركات نفاثة ، وتوربينية مروحية ، ونفاثية نبضية ، وصاروخية .

كانت أبحاث محركات الصواريخ جارية في ألمانيا، وفي عام 1928، أصبحت طائرة ليبش إنتي ، التي كانت تُستخدم سابقًا كطائرة شراعية، أول طائرة تحلق باستخدام قوة الصواريخ. ^{[ 3 ]} وفي العام التالي، 1929، أصبحت طائرة أوبل راك.1 أول طائرة صاروخية مصممة خصيصًا لهذا الغرض تحلق.

طُوِّر المحرك النفاث التوربيني بشكل مستقل في ثلاثينيات القرن العشرين على يد فرانك ويتل ، ولاحقًا على يد هانز فون أوهين . وكانت أول طائرة نفاثة توربينية تحلق هي هاينكل هي 178 ، في 27 أغسطس 1939 في روستوك (ألمانيا)، والتي كانت تعمل بتصميم فون أوهين. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، تسبب " الزحف " (إجهاد المعدن الناتج عن درجات الحرارة العالية داخل المحرك) في احتراق المحرك بسرعة. وفي نهاية المطاف، اعتمد معظم المصنّعين تصميم فون أوهين، وهو محرك ذو تدفق محوري، على عكس محرك ويتل ذي التدفق المركزي، بحلول خمسينيات القرن العشرين. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

كانت أول طائرة نفاثة تحظى باهتمام الجمهور هي النموذج الأولي الإيطالي للطائرة النفاثة كابروني كامبيني رقم 1 ، والتي حلقت في 27 أغسطس 1940. ^{[ 7 ]} بدأ سيكوندو كامبيني تطوير المحرك النفاث في عام 1932. اختلف هذا التصميم عن المحرك النفاث التوربيني الحقيقي في أن التوربين كان يُدار بواسطة محرك مكبسي، بدلاً من احتراق غازات التوربين.

قامت الطائرة البريطانية التجريبية Gloster E.28/39 بأول رحلة لها في 15 مايو 1941، مدعومة بمحرك توربيني نفاث من تصميم السير فرانك ويتل ، ^{[ 8 ]} وحلقت الطائرة الأمريكية Bell XP-59A في 1 أكتوبر 1942، باستخدام نسخة من محرك ويتل الذي بنته شركة جنرال إلكتريك .

كانت طائرة غلوستر ميتيور أول طائرة نفاثة إنتاجية. حلّق النموذج الأولي لهذه الطائرة لأول مرة في 5 مارس 1943، وتم إنتاج أول طائرة في 12 يناير 1944. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

تعمل أنواع عديدة من المحركات عن طريق طرد الغاز الساخن:

• محرك نفاث توربيني
• مروحة توربينية
• محرك نفاث
• محرك توربيني مروحي

كل نوع من أنواع المحركات يحقق غرضاً مختلفاً.

تتميز المحركات النفاثة التوربينية بسرعة عادم عالية ومقطع عرضي أمامي صغير، مما يجعلها الأنسب للطيران الأسرع من الصوت. ورغم استخدامها على نطاق واسع في الماضي، إلا أنها أقل كفاءة نسبيًا مقارنةً بالمحركات التوربينية المروحية والتوربينية النفاثة في الطيران دون سرعة الصوت. وكانت آخر الطائرات الرئيسية التي استخدمت المحركات النفاثة التوربينية هي الكونكورد وطائرات النقل الأسرع من الصوت Tu-144 .

تتميز المحركات التوربينية ذات نسبة الالتفاف المنخفضة بسرعة عادم أقل من المحركات النفاثة، وتُستخدم في الغالب للسرعات العالية فوق الصوتية، والسرعات الانتقالية، والسرعات فوق الصوتية المنخفضة. أما المحركات التوربينية ذات نسبة الالتفاف العالية فهي ذات كفاءة عالية نسبيًا، وتُستخدم في الطائرات دون الصوتية، مثل الطائرات التجارية.

كفاءة الدفع الإجمالية للطائرات${\displaystyle \eta }$كفاءة تحويل الطاقة الكامنة في وقود المركبة إلى طاقة مفيدة، معبرًا عنها كنسبة مئوية، لتعويض الفاقد الناتج عن مقاومة الهواء والجاذبية والتسارع. ويمكن تعريفها أيضًا بأنها نسبة الطاقة الميكانيكية المستخدمة فعليًا لدفع المركبة. وهي دائمًا أقل من 100% بسبب فقد الطاقة الحركية في العادم، وانخفاض كفاءة آلية الدفع، سواء كانت مروحة دافعة أو عادم نفاث أو مروحة عادية. إضافةً إلى ذلك، تعتمد كفاءة الدفع بشكل كبير على كثافة الهواء وسرعته.

رياضياً، يتم تمثيلها على النحو التالي${\displaystyle \eta =\eta _{\text{c}}\eta _{\text{p}}}$، ^{[ 15 ]} حيث${\displaystyle \eta _{\text{c}}}$كفاءة الدورة ، و${\displaystyle \eta _{\text{p}}}$هي كفاءة الدفع. كفاءة الدورة، كنسبة مئوية، هي نسبة الطاقة التي يمكن استخلاصها من مصدر الطاقة والتي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية بواسطة المحرك .

بالنسبة للطائرات النفاثة، تكون كفاءة الدفع (أي كفاءة الطاقة ) في أعلى مستوياتها عندما يُصدر المحرك نفاث عادم بسرعة تساوي سرعة الطائرة أو قريبة منها. الصيغة الدقيقة لمحركات التنفس الهوائي، كما وردت في المراجع ^{[ 16 ] و [ 17 ]} ، هي: $${\displaystyle \eta _{\text{p}}={\frac {2}{1+{\dfrac {c}{v}}}},}$$ حيث c هي سرعة العادم، و v هي سرعة الطائرة.

بالنسبة للطائرات النفاثة طويلة المدى التي تعمل في طبقة الستراتوسفير ، تكون سرعة الصوت ثابتة، وبالتالي فإن الطيران بزاوية هجوم ثابتة ورقم ماخ ثابت يؤدي إلى صعود الطائرة، دون تغيير قيمة سرعة الصوت المحلية. في هذه الحالة: $${\displaystyle V=aM,}$$ أين${\displaystyle M}$هو رقم ماخ للرحلة البحرية، و${\displaystyle a}$سرعة الصوت المحلية. ويمكن إثبات أن معادلة المدى هي$${\displaystyle R={\frac {aM}{c_{T}}}{\frac {C_{L}}{C_{D}}}\ln {\frac {W_{1}}{W_{2}}},}$$ وهو ما يُعرف باسم معادلة بريغيه للمدى نسبة إلى رائد الطيران الفرنسي لويس شارل بريغيه .

• كواندا-1910 – صفحات الطائرات التي تعرض أوصافًا مختصرة لأهداف إعادة التوجيه. صفحات تعرض أوصافًا مختصرة بدون مسافات. 
• الطيران التجاري – أنظمة النقل التي توفر خدمات النقل الجوي للإيجار 
• أثر التكثيف – سحب اصطناعية طويلة ورفيعة تتشكل أحيانًا خلف الطائرات 
• طائرة ركاب نفاثة – طائرة ركاب تعمل بمحركات نفاثة 
• ضجيج الطائرات النفاثة – الضجيج الناتج عن الطائرات النفاثة 
• طائرة جامبو – طائرة ركاب ذات ممرين 
• طائرة نفاثة خفيفة جداً – فئة من الطائرات النفاثة الصغيرة التي يقل وزنها عن 10000 رطل. 
• قائمة الطائرات النفاثة في الحرب العالمية الثانية

• الموقع الرسمي لإريك وارسيتز (أول طيار طائرة نفاثة في العالم)، والذي يتضمن مقاطع فيديو نادرة (طائرة هاينكل هي 178) وتعليقات صوتية.