فتحة متطورة

الفتحة الأمامية هي ميزة ديناميكية هوائية ثابتة في جناح بعض الطائرات، تهدف إلى تقليل سرعة التوقف وتحسين خصائص التحكم عند السرعات المنخفضة. وهي عبارة عن فجوة عرضية في كل جناح، تسمح بتدفق الهواء من أسفل الجناح إلى سطحه العلوي. وبهذه الطريقة، تسمح هذه الفتحة بالطيران بزوايا هجوم أعلى ، وبالتالي تقليل سرعة التوقف. ^{[ 1 ]}

عند زاوية هجوم تزيد عن 15 درجة تقريبًا، تدخل العديد من الأجنحة في حالة التوقف . ويمكن لتعديل مثل هذا الجناح بفتحة ثابتة في الحافة الأمامية أن يزيد زاوية التوقف إلى ما بين 22 و25 درجة. ^{[ 2 ]}

طُوِّرت فتحات التهوية لأول مرة على يد هاندلي بيج عام 1919، وكانت أول طائرة تُحلِّق بها هي الطائرة التجريبية HP17، وهي طائرة معدلة من طراز إيركو DH.9A . يُنسب اختراعها إلى كلٍّ من السير فريدريك هاندلي بيج وجوستاف لاخمان . وكانت أول طائرة مُجهزة بفتحات تهوية قابلة للتحكم هي طائرة هاندلي بيج HP20 . وأصبح ترخيص هذا التصميم أحد أهم مصادر دخل هاندلي بيج في عشرينيات القرن العشرين. ^{[ 3 ]}

تُسمى الأجهزة المماثلة، ولكن القابلة للسحب، الموجودة على الحافة الأمامية بالشرائح . ^{[ 4 ]} عندما تُفتح الشريحة، فإنها تُنشئ فتحة بين الشريحة وبقية الجناح؛ وعندما تُسحب، يقل السحب.

يمكن لفتحة ثابتة في الحافة الأمامية أن تزيد معامل الرفع الأقصى لجزء من الجنيح بنسبة 40%. وعند دمجها مع شريحة، قد تصل الزيادة في معامل الرفع الأقصى إلى 50% أو حتى 60%. ^{[ 2 ] [ 5 ]}

على عكس اللوحات الخلفية ، فإن الفتحات الأمامية لا تزيد من معامل الرفع عند زاوية هجوم صفرية لأنها لا تغير التقوس . ^{[ 6 ]}

الفتحة الأمامية هي فجوة ثابتة (غير قابلة للإغلاق) خلف الحافة الأمامية للجناح . يمكن للهواء القادم من أسفل الجناح أن يتسارع عبر هذه الفتحة باتجاه منطقة الضغط المنخفض فوق الجناح، ثم يخرج منها متحركًا بالتوازي مع سطح الجناح العلوي. يختلط هذا التدفق عالي السرعة مع الطبقة الحدية الملتصقة بالسطح العلوي، مما يؤخر انفصال هذه الطبقة عن السطح.

تُؤثر الفتحات سلبًا على أداء الطائرة التي تُستخدم فيها، وذلك لأنها تُساهم في زيادة مقاومة الهواء مقارنةً بالجناح غير المُزوّد ​​بفتحات. ^{[ 7 ]} تُعتبر هذه المقاومة الإضافية مقبولة عند السرعات المنخفضة نظرًا لانخفاض سرعة التوقف وتحسين خصائص التحكم، ولكن عند السرعات العالية، تُصبح هذه المقاومة الإضافية عيبًا كبيرًا لأنها تُقلل من سرعة الطيران وتزيد من استهلاك الوقود لكل وحدة مسافة مقطوعة.

إحدى طرق تقليل مقاومة الهواء الناتجة عن فتحات التهوية أثناء الطيران هي جعلها قابلة للإغلاق. يُعرف هذا التصميم باسم الشرائح الأمامية . من الناحية الديناميكية الهوائية، تعمل الشرائح بنفس طريقة الفتحات الثابتة، ولكن يمكن سحبها عند السرعات العالية عندما لا تكون هناك حاجة إليها. في المقابل، تُعد الشرائح أثقل وأكثر تعقيدًا من الفتحات. ^{[ 4 ] [ 7 ]}

عند زوايا الهجوم المنخفضة، يكون تدفق الهواء عبر الفتحة ضئيلاً، على الرغم من مساهمته في مقاومة الهواء . ومع ازدياد زوايا الهجوم، يصبح تدفق الهواء عبر الفتحة ذا أهمية متزايدة، متسارعًا من منطقة الضغط العالي أسفل الجناح إلى منطقة الضغط المنخفض أعلاه. عند زوايا الهجوم العالية، تكون أعلى سرعة للهواء بالنسبة لسطح الجناح قريبة جدًا من الحافة الأمامية، على السطح العلوي. في هذه المنطقة ذات السرعة الهوائية الموضعية العالية، يكون الاحتكاك السطحي ( القوة اللزجة ) مرتفعًا جدًا، وتفقد الطبقة الحدية الواصلة إلى الفتحة على الجناح العلوي جزءًا كبيرًا من ضغطها الكلي (أو طاقتها الميكانيكية الكلية ) نتيجةً لهذا الاحتكاك. في المقابل، لا يتعرض الهواء المار عبر الفتحة لهذه السرعة الهوائية الموضعية العالية أو الاحتكاك السطحي العالي، ويبقى ضغطه الكلي قريبًا من قيمة التدفق الحر. يؤدي اختلاط الطبقة الحدية للسطح العلوي مع الهواء الواصل عبر الفتحة إلى إعادة تنشيط الطبقة الحدية التي تبقى ملتصقة بالسطح العلوي للجناح عند زاوية هجوم أعلى مما لو لم تكن الفتحة موجودة. ^{[ 2 ]} لذلك، كانت الفتحة الموجودة على الحافة الأمامية واحدة من أقدم أشكال التحكم في الطبقة الحدية . ^{[ 2 ]}

تنقسم فتحات الحافة الأمامية عمومًا إلى نوعين: تلك التي تغطي كامل الامتداد وتلك التي تغطي جزءًا من الامتداد. ^{[ 4 ]}

توجد فتحات الامتداد الكامل عادةً في طائرات الإقلاع والهبوط القصيرين (STOL) مثل فيزلر ستورش ، ودورنير دو 27 ، وبي زد إل-104 إم ويلغا 2000 ، وزينير سي إتش 701 STOL . ويتمثل الغرض الأساسي منها في السماح للطائرة بالتحليق بزاوية هجوم أعلى قبل الوصول إلى زاوية التوقف. ^{[ 8 ]}

في الطائرات الأخرى غير طائرات الإقلاع والهبوط القصير المتخصصة، تنطوي الفتحات ذات الامتداد الكامل على عيوب خطيرة، لأنه للاستفادة من زاوية الهجوم العالية عند التوقف، فإنها عادةً ما تتطلب أرجل هبوط طويلة إما تسبب مقاومة عالية أو تكون أطول مما يمكن استيعابه بسهولة داخل هيكل الطائرة. ^{[ 9 ]}

توجد الفتحات الجزئية عادةً في الجزء الخارجي من الجناح، حيث تضمن بقاء تدفق الهواء فوق هذا الجزء من الجناح مستقرًا عند زوايا هجوم أعلى من تلك الموجودة في الأجزاء الداخلية. وهذا يضمن توقف جذر الجناح أولًا، مما يُسهم في سلوك توقف سلس والحفاظ على التحكم في الجنيحات طوال فترة التوقف. ^{[ 2 ] [ 4 ]} يُنتج استخدام الفتحات بهذه الطريقة نتيجة مشابهة لاستخدام تقنية "الانحسار" على الجناح، ولكن بآلية مختلفة. ومن أمثلة الطائرات ذات الفتحات الجزئية الثابتة: ستينسون 108 ، وبريستول بوفورت ، ولوكهيد هدسون ، ودورنير دو 28 دي-2 سكاي سيرفانت .

• Alula ، وهو المكافئ البيولوجي للطائر لفتحة الحافة الأمامية
• رفرف متدلي للحافة الأمامية
• جهاز رفع عالي

• إيرا هـ. أبوت، وألبرت إي. فون دوينهوف (1959)، نظرية مقاطع الأجنحة ، منشورات دوفر، نيويورك، رقم SBN 486-60586-8
• شركة نشر الطيران المحدودة: من الألف إلى الياء، الطبعة السابعة والعشرون المنقحة . شركة نشر الطيران المحدودة، ١٩٩٦. رقم ISBN 0-9690054-9-0
• كلانسي، إل جيه (1975)، الديناميكا الهوائية ، الفصل 6: أجهزة الرفع العالي ، دار بيتمان للنشر المحدودة، لندن، رقم ISBN 0-273-01120-0
• كيرمود، أ. س. (1972)، ميكانيكا الطيران ، الفصل 3: الأجنحة الهوائية - السرعات دون الصوتية (الطبعة الثامنة)، دار بيتمان للنشر المحدودة، لندن، رقم ISBN 0-273-31623-0

• تاريخ براءات الاختراع وهاندلي بيج
• "تطورات في تصميم الطائرات باستخدام الأجنحة المشقوقة"، مقال بقلم فريدريك هاندلي بيج نُشر في عدد عام 1921 من مجلة فلايت.