عامل الحمولة (في مجال الطيران)

في مجال الطيران، ^عامل الحمل هو نسبة قوة رفع الطائرة إلى وزنها ^{[ 1 ] [ 2 ]} : ^{§ 5.22} ويمثل مقياسًا عالميًا للإجهاد ( "الحمل") الذي يتعرض له هيكل الطائرة:

${\displaystyle n={\frac {L}{W}},}$

أين

${\displaystyle n}$هو عامل الحمل،

${\displaystyle L}$هل هو المصعد؟

${\displaystyle W}$هو الوزن.

بما أن معامل الحمل هو نسبة قوتين، فهو بلا أبعاد. مع ذلك، يُشار إلى وحداته تقليديًا بالرمز g ، نظرًا للعلاقة بين معامل الحمل والتسارع الظاهري للجاذبية على متن الطائرة.  يُمثل معامل الحمل الواحد، أو 1 g، ظروف الطيران المستقيم والمستوي، حيث تتساوى قوة الرفع مع الوزن. أما معاملات الحمل الأكبر أو الأصغر من واحد (أو حتى السالبة) فتنتج عن المناورات أو هبات الرياح. ^{[ 3 ]}

إن حقيقة أن عامل الحمل يُعبَّر عنه عادةً بوحدات g لا تعني أنه متطابقٌ من حيث الأبعاد مع تسارع الجاذبية الأرضية ، والذي يُشار إليه أيضاً بـ g . فعامل الحمل هو في الواقع عديم الأبعاد.

يشير استخدام وحدات g إلى أن المراقب على متن طائرة سيشعر بتسارع ظاهري للجاذبية (أي بالنسبة لإطاره المرجعي ) يساوي معامل الحمل مضروبًا في تسارع الجاذبية. على سبيل المثال، سيرى المراقب على متن طائرة تقوم بدوران بمعامل حمل يساوي 2 (أي  دوران بتسارع 2 g) الأجسام تسقط على الأرض بتسارع يساوي ضعف تسارع الجاذبية الأرضية.

بشكل عام، عند استخدام مصطلح " معامل الحمل" ، يكون من الصحيح التعبير عنه بالأرقام فقط، كما في "معامل حمل أقصى قدره 4". إذا تم حذف مصطلح " معامل الحمل" ، يُستخدم رمز g  بدلاً منه، كما في "الانعطاف بسرعة 3g". ^{[ 2 ] : § 14.3}

إذا كان معامل الحمل أكبر من 1، فإن سرعة التوقف ستزداد بمقدار الجذر التربيعي لمعامل الحمل. على سبيل المثال، إذا كان معامل الحمل 2، فإن سرعة التوقف ستزداد بمقدار${\displaystyle {\sqrt {2}}}$أو 1.41 مرة، سرعة التوقف في الطيران المستقيم والمستوي.

يعتمد عامل الحمل، وخاصة إشارته، ليس فقط على القوى المؤثرة على الطائرة، ولكن أيضًا على اتجاه محورها الرأسي.

أثناء الطيران المستقيم والمستوي، يكون معامل الحمل +1 إذا كانت الطائرة تُحلّق "بالوضع الصحيح" ^{[ 2 ] ، بينما يصبح -1} إذا كانت الطائرة تُحلّق "مقلوبة". في كلتا الحالتين، يكون متجه الرفع هو نفسه (كما يراه مراقب على الأرض)، ولكن في الحالة الأخيرة، يشير المحور الرأسي للطائرة إلى الأسفل، مما يجعل إشارة متجه الرفع سالبة.

في الطيران الدوراني، يكون معامل الحمل عادةً أكبر من +1. على سبيل المثال، في دوران بزاوية ميل 60 درجة ، يكون معامل الحمل +2. وبالمثل، إذا تم تنفيذ الدوران نفسه والطائرة مقلوبة، يصبح معامل الحمل -2. بشكل عام، في دوران متوازن تكون فيه زاوية الميل θ ، يرتبط معامل الحمل n بجيب تمام θ كما يلي: ^{[ 1 ] [ 2 ] : 407}

${\displaystyle n={\frac {1}{\cos \theta }}.}$

هناك طريقة أخرى لتحقيق عوامل تحميل أعلى بكثير من +1 وهي سحب عصا التحكم في المصعد في أسفل الغطس، في حين أن دفع العصا بقوة للأمام أثناء الطيران المستقيم والمستوي من المرجح أن ينتج عنه عوامل تحميل سلبية، من خلال التسبب في أن يعمل الرفع في الاتجاه المعاكس للوضع الطبيعي، أي إلى الأسفل.

في تعريف عامل الحمل، لا يكون الرفع مجرد ذلك الذي يولده جناح الطائرة ، بل هو المجموع الاتجاهي للرفع الذي يولده الجناح وجسم الطائرة والذيل ، [ ^{2 ] : 395 أو} بعبارة أخرى، هو المكون العمودي على تدفق الهواء لمجموع جميع القوى الديناميكية الهوائية المؤثرة على الطائرة.

يُقصد أيضاً أن يكون للرفع في عامل الحمولة إشارة، وهي موجبة إذا كان متجه الرفع يشير إلى الداخل، أو بالقرب من نفس اتجاه المحور الرأسي للطائرة، أو سالبة إذا كان يشير إلى الداخل، أو بالقرب من الاتجاه المعاكس. ^{[ 4 ]}

يجب تجنب عوامل التحميل المفرطة بسبب احتمال تجاوز القوة الهيكلية للطائرة.

تحدد سلطات الطيران المدني حدود معامل الحمولة التي يجب أن تعمل ضمنها فئات الطائرات المختلفة دون أن تتعرض للتلف. على سبيل المثال، تنص لوائح الطيران الفيدرالية الأمريكية على الحدود التالية (في الحالة الأكثر تقييدًا):

• بالنسبة للطائرات من فئة النقل ، من -1 إلى +2.5 (أو حتى +3.8 اعتمادًا على وزن الإقلاع التصميمي) ^{[ 5 ]}
• بالنسبة للطائرات العادية وطائرات فئة الركاب، من -1.52 إلى +3.8 ^{[ 6 ]}
• بالنسبة للطائرات من فئة المرافق، من -1.76 إلى +4.4 ^{[ 6 ]}
• بالنسبة للطائرات من فئة الأكروباتية، من -3.0 إلى +6.0 ^{[ 6 ]}
• بالنسبة للمروحيات، من -1 إلى +3.5 ^{[ 7 ] [ 8 ]}

مع ذلك، صُممت أنواع عديدة من الطائرات، ولا سيما الطائرات البهلوانية ، بحيث يمكنها تحمل عوامل حمولة أعلى بكثير من الحد الأدنى المطلوب. على سبيل المثال، تتمتع عائلة طائرات سوخوي سو-26 بحدود لعامل الحمولة تتراوح من -10 إلى +12. ^{[ 9 ]}

عادة ما يتم تحديد عوامل الحمولة القصوى، الموجبة والسالبة، التي تنطبق على الطائرة في دليل الطيران الخاص بالطائرة .

عندما يكون معامل الحمولة +1، يشعر جميع ركاب الطائرة بأن وزنهم طبيعي. وعندما يكون معامل الحمولة أكبر من +1، يشعر جميع الركاب بثقل أكبر من المعتاد. على سبيل المثال، في  مناورة 2g، يشعر جميع الركاب بأن وزنهم ضعف وزنهم الطبيعي. وعندما يكون معامل الحمولة صفرًا، أو صغيرًا جدًا، يشعر جميع الركاب بانعدام الوزن. ^{[ 2 ] : 398} وعندما يكون معامل الحمولة سالبًا، يشعر جميع الركاب بأنهم مقلوبون رأسًا على عقب.

يتمتع البشر بقدرة محدودة على تحمل معامل تحميل أكبر بكثير من 1، سواء كان موجبًا أو سالبًا. ويمكن تصميم الطائرات المسيّرة لتحمّل معاملات تحميل أكبر بكثير، موجبة وسالبة، من الطائرات التقليدية، مما يسمح باستخدامها في مناورات قد تُعيق الطيار البشري.

• قوة الجاذبية
• فقدان الوعي الناتج عن قوة الجاذبية المفرطة (المعروف أيضًا باسم الإغماء)
• عجز تام بسبب زيادة قوة الجاذبية الموجبة
• عجز ريدوت بسبب زيادة التسارع السلبي
• الوزن الظاهري

• زاوية البنك و G's ، aerospaceweb.org
• اختبار تحميل جناح طائرة بوينغ 777 (1995) ، boeingimages.com