رفع مقدمة السيارة

في الديناميكا الهوائية ، يُعرف الميلان للأعلى بأنه دوران غير مقصود لمقدمة الطائرة نحو الأعلى. وهي خاصية غير مرغوب فيها لوحظت في الغالب في الطائرات التجريبية ذات الأجنحة المائلة عند أرقام ماخ عالية دون سرعة الصوت أو زاوية هجوم عالية. ^{[ 1 ]}

لوحظت مشاكل ارتفاع مقدمة الطائرة لأول مرة في طائرات الاختبار عالية السرعة ذات الأجنحة المائلة. وكانت هذه مشكلة شائعة في طائرة دوغلاس سكاي روكيت ، التي استُخدمت على نطاق واسع لاختبار هذه المشكلة.

قبل أن يُفهم تمامًا ظاهرة ارتفاع مقدمة الطائرة، كانت هذه الظاهرة تُؤرق جميع الطائرات ذات الأجنحة المائلة في بداياتها. حتى أنها اكتسبت اسمًا خاصًا بها في طائرة إف-100 سوبر سابر ، وهو "رقصة سابر". في الطائرات ذات الذيل المرتفع، مثل طائرة إف-101 فودو ، كان التعافي صعبًا للغاية لأن الذيل كان يقع مباشرةً في دوامة الهواء خلف الجناح أثناء ارتفاع المقدمة، مما يُسبب توقفًا عميقًا (على الرغم من أن الذيل على شكل حرف T كان مصممًا لمنع ارتفاع المقدمة من الأساس). وكان نشر مظلة الكبح والارتفاع الكبير عن سطح الأرض ضروريين لفرصة التعافي.

تُولّد الأجنحة توزيعات ضغط على سطحيها العلوي والسفلي، مما يُنتج قوة واحدة تؤثر عند نقطة تُعرف باسم " مركز الضغط " (CoP)، والتي تقع عادةً بين ثلث ونصف المسافة من الحافة الأمامية . تُستبدل هذه القوة الصاعدة والخلفية بزوج مكافئ من القوى يُسمى الرفع والسحب. يتغير الموضع الطولي الذي تؤثر عنده هذه القوى ومقدارها بتغير زاوية الهجوم . بالإضافة إلى ذلك، يوجد عزم دوران متغير لأي موضع قوة بخلاف مركز الضغط. تؤدي هذه التغيرات إلى ضرورة ضبط الطائرة عند تغيير سرعتها أو إعدادات الطاقة. ^{[ 2 ]}

من الاعتبارات الرئيسية الأخرى في تصميم الطائرات جمعُ أوزان جميع أجزاء الطائرة، بما في ذلك الجناح، كمتجهات. ويمكن اختزال هذا الوزن إلى وزن واحد يؤثر عند نقطة ما على طول المحور الطولي للطائرة، وهي " مركز الثقل ". إذا وُضع الجناح بحيث يقع مركز ضغطه بالقرب من مركز ثقل الطائرة، فسيرفع الجناح الطائرة عموديًا أثناء الطيران الأفقي. هذا يقلل من أي قوى صافية تؤثر على ميل الطائرة لأعلى أو لأسفل، ولكن لأسباب عديدة، تكون النقطتان عادةً متباعدتين قليلًا، ويُستخدم مقدار ضئيل من قوة أسطح التحكم في الطيران لتحقيق التوازن. ^{[ 2 ]}

يُعدّ التصميم الأساسي نفسه مرغوبًا فيه أيضًا للطائرات ذات الأجنحة المائلة. في الجناح المستطيل التقليدي، يلتقي مركز الضغط بالطائرة عند النقطة الواقعة على الوتر الممتد مباشرةً من جذر الجناح. بينما يُظهر التحليل نفسه مركز ضغط للجناح المائل، إلا أن موقعه قد يكون خلف الحافة الأمامية بشكل ملحوظ عند قياسه من جذر الجناح . بالنسبة للأجنحة ذات الانحناء العالي، قد يقع مركز الضغط خلف الحافة الخلفية لجذر الجناح، مما يتطلب أن يلتقي الجناح بالطائرة في موقع يبدو متقدمًا جدًا. ^{[ 3 ]}

في حالة الجناح المائل، قد تتضخم التغيرات في مركز الضغط مع زاوية الهجوم. ^{[ 4 ]}

تزامن إدخال الأجنحة المائلة مع التحول نحو تصاميم أكثر انسيابية. ورغم أنه كان معروفًا منذ زمن طويل أن الشكل البيضاوي مثالي من حيث مقاومة الهواء ، فقد لوحظ أيضًا أن الانسيابية الخطية للجناح تُحقق نفس التأثير تقريبًا، مع كونها أخف وزنًا. أدت الأبحاث التي أُجريت خلال الحرب ^{[ 5 ]} إلى استخدام واسع النطاق للانسيابية، لا سيما في فترة ما بعد الحرب. ومع ذلك، لوحظ مبكرًا أن هذه التصاميم تتميز بخصائص توقف غير مواتية؛ فنظرًا لزيادة الحمل على أطراف الجناح عند زوايا الهجوم العالية، فإنها تعمل بالقرب من نقطة التوقف.

على الرغم من أن هذا التأثير كان غير مرغوب فيه في الطائرات التقليدية ذات الأجنحة المستقيمة، إلا أنه في تصميم الأجنحة المائلة، كانت له نتائج غير متوقعة وخطيرة. فعندما تتوقف أطراف الجناح المائل عن الرفع، يتحرك مركز الضغط، وهو متوسط ​​نقطة الرفع للجناح ككل، إلى الأمام. ويعود ذلك إلى أن الجزء الذي لا يزال يولد قوة رفع كبيرة يقع في الأمام. وهذا بدوره يُسبب قوة رفع إضافية، مما يزيد من زاوية الهجوم ويؤدي إلى توقف مساحة أكبر من طرف الجناح عن الرفع. وقد يؤدي هذا إلى سلسلة من ردود الفعل التي تُسبب ميلانًا عنيفًا للطائرة نحو الأعلى.

لوحظ هذا التأثير لأول مرة في طائرة دوغلاس دي-558-2 سكاي روكيت في أغسطس 1949، عندما ارتفعت قوة الانعطاف من 0.6 جي فجأة إلى 6 جي خارجة عن السيطرة. لم يكن هذا مفاجئًا تمامًا؛ فقد شوهد التأثير سابقًا في محاكاة نفق الرياح . ^{[ 4 ]} يمكن ملاحظة هذه التأثيرات عند أي سرعة؛ في طائرة سكاي روكيت، حدثت بشكل أساسي في السرعات فوق الصوتية (معيار ويل-غراي)، ولكن مع أشكال الطائرات ذات الانحناءات والتناقصات الأكبر، كما هو الحال في طائرة نورث أمريكان إف-100 سوبر سابر ، كان التأثير شائعًا عند السرعات المنخفضة أيضًا (حدود فورلونغ-مكهيو)، عندما كانت الطائرة تحلق بزوايا هجوم أعلى للحفاظ على قوة الرفع عند السرعات المنخفضة. ^{[ 6 ]}

بالإضافة إلى ذلك، تميل الأجنحة المائلة إلى توليد تدفق عرضي في الطبقة الحدية ، مما يتسبب في تحرك جزء من تدفق الهواء "جانبيًا" على طول الجناح. يحدث هذا على امتداد الجناح، ولكن كلما اتجهنا نحو طرفه، يزداد التدفق الجانبي، لأنه يشمل مساهمة الجناح عند تلك النقطة، بالإضافة إلى التدفق العرضي من نقاط أقرب إلى جذر الجناح. يستغرق هذا التأثير وقتًا للتراكم، فعند السرعات العالية، يميل التدفق العرضي إلى الانجراف بعيدًا عن الجزء الخلفي من الجناح قبل أن يصبح مؤثرًا بشكل كبير. أما عند السرعات المنخفضة، فقد يؤدي ذلك إلى تراكم كبير للطبقة الحدية عند طرف الجناح، مما يزيد من المشاكل المذكورة أعلاه. ^{[ 7 ]}

أخيرًا، مع أن هذا لا يرتبط مباشرةً بالتأثيرات المذكورة أعلاه، فقد كان من الشائع في بدايات عصر الطائرات النفاثة استخدام تصميمات الذيل على شكل حرف T لإبقاء الأسطح الديناميكية الهوائية بعيدةً عن منطقة المحرك النفاث. في هذه الحالة، قد يتسبب ارتفاع مقدمة الطائرة في تدفق الهواء المضطرب خلف الجناح عبر المثبت الأفقي، مما يجعل من الصعب أو المستحيل تطبيق ضغط لأسفل لموازنة هذا الارتفاع. لم تعانِ الطائرات ذات أسطح الذيل المنخفضة من هذا التأثير، بل على العكس، تحسنت قدرتها على التحكم حيث ابتعدت دوامة الهواء خلف الجناح عن أسطح التحكم، متدفقةً فوقها. مع ذلك، لم يكن هذا كافيًا دائمًا لتصحيح المشكلة؛ فقد استمرت طائرة F-86 في المعاناة من ارتفاع مقدمة الطائرة على الرغم من زيادة ضغط لأسفل من أسطح الذيل. ^{[ 8 ]}

بما أن الأسباب الرئيسية لمشكلة ارتفاع مقدمة الطائرة تعود إلى تدفق الهواء على امتداد الجناح وزيادة الأحمال عند أطرافه، فإن اتخاذ تدابير لمعالجة هذه المشكلات من شأنه أن يقضي عليها. في التصاميم القديمة، كانت هذه التدابير تُعتبر عادةً "إضافات" إلى تصميم الجناح التقليدي، أما في التصاميم الحديثة، فهي جزء لا يتجزأ من تصميم الجناح ككل، ويتم التحكم بها عادةً عبر أجهزة الرفع العالي الموجودة .

جرت أول محاولة معروفة لمعالجة هذه المشاكل على متن طائرة دوغلاس سكاي روكيت، حيث لُوحظت لأول مرة. تمثلت هذه المحاولة في إضافة سلسلة من مولدات الدوامات إلى الأجزاء الخارجية من الجناح، مما أدى إلى تفتيت الطبقة الحدية. ومع ذلك، تبيّن أن هذه المحاولة عديمة الجدوى عمليًا. ومع ذلك، جُرّب حل مماثل على طائرة بوينغ بي-47 ستراتوجيت، حيث أثبت فعاليته بشكل ملحوظ. ولعل وجود المحركات المُغلفة ، التي عملت قواعدها الرأسية كحواجز أمام التدفق العرضي، ساهم في ذلك .

من الحلول الشائعة لمشكلة تدفق الهواء على امتداد الجناح استخدام حاجز الجناح أو ما يُشابهه من نتوءات على الحافة الأمامية للجناح. يُعطّل هذا الحاجز تدفق الهواء ويُعيد توجيهه للخلف، كما يُؤدي إلى تراكم الهواء الراكد في الداخل لخفض نقطة التوقف. يؤثر هذا على تدفق الهواء الكلي على الجناح، وعادةً لا يُستخدم في الطائرات ذات الانحناء الطفيف.

لمعالجة مشاكل التحميل على امتداد الجناح، استُخدمت تقنيات متنوعة، منها الشرائح أو اللوحات المخصصة، واستخدام نظام الشطف أو التحكم الآلي في الجنيحات . ومن الحلول غير المألوفة التي جُرِّبت على المقاتلة النموذجية XF-91 Thunderceptor، منح أطراف الجناح وترًا أعرض من جذوره. والهدف من ذلك هو زيادة كفاءة أطراف الجناح وجعل جذوره تتعرض للتوقف أولًا.

تستطيع مستشعرات زاوية الهجوم الموجودة على الطائرة رصد اقتراب زاوية الهجوم من الوضعية المعروفة بتسببها في ارتفاع مقدمة الطائرة، فتقوم بتفعيل أجهزة مثل جهاز اهتزاز عصا التحكم لتنبيه الطيار، وجهاز دفع عصا التحكم الذي يُجبر الطيار على خفض مقدمة الطائرة إلى زاوية هجوم أكثر أمانًا. كما يُمكن للانحناء أو الانحناء المدمج في أطراف الأجنحة أن يُخفف من ارتفاع مقدمة الطائرة. في الواقع، تصبح زاوية الهجوم عند طرف الجناح أصغر منها في أي مكان آخر على الجناح، مما يعني أن الأجزاء الداخلية من الجناح ستتعرض للتوقف أولاً.

يُعد استخدام جناح التحكم الأمامي (الكانارد) حلاً شائعاً لمشكلة ميلان مقدمة الطائرة في الطائرات المقاتلة الحديثة . ^{[ 9 ]} ومن الحلول الحديثة الأخرى استخدام الشرائح. فعند تمديد هذه الشرائح، يزداد تقوس الجناح، مما يزيد من معامل الرفع الأقصى . ^{[ 10 ]}

يُمكن حدوث ميلان للأعلى في الطائرات ذات الأجنحة المائلة للأمام، كما هو الحال في طائرة غرومان X-29 . في هذه الأجنحة، يكون تدفق الهواء على امتداد الجناح باتجاه الداخل، مما يؤدي إلى توقف جذر الجناح قبل طرفه. ورغم أن هذا قد يبدو للوهلة الأولى أنه يُسبب مشاكل في ميلان الطائرة للأسفل ، إلا أن تثبيت الجناح في الجزء الخلفي منه يعني أنه عند توقف الجذر، ينتقل الرفع للأمام باتجاه الأطراف.

عندما يبدأ جناح مائل بالانهيار، تميل أجزاؤه الخارجية إلى الانهيار أولاً. ولأن هذه الأجزاء تقع خلف مركز الضغط ، فإن قوة الرفع الكلية تنتقل إلى الأمام، مما يؤدي إلى رفع مقدمة الطائرة. ينتج عن ذلك زاوية هجوم أكبر ، مما يتسبب في انهيار جزء أكبر من الجناح، الأمر الذي يُفاقم المشكلة. غالبًا ما يفقد الطيار السيطرة، ما يؤدي إلى نتائج كارثية على ارتفاعات منخفضة لعدم وجود وقت كافٍ لاستعادة السيطرة أو القفز بالمظلة قبل الاصطدام بالأرض. وقد فُقد عدد كبير من الطائرات بسبب هذه الظاهرة أثناء الهبوط، حيث كانت تتدحرج على المدرج، وغالبًا ما تكون مشتعلة.

من أبرز الحوادث المروعة فقدان طائرة إف-100 سي-20-إن إيه سوبر سيبر 54-1907 وطيارها أثناء محاولة هبوط اضطراري في قاعدة إدواردز الجوية بكاليفورنيا في 10 يناير 1956. وقد سُجّلت هذه الحادثة بالصدفة بتفاصيلها على فيلم 16 ملم بواسطة كاميرات وُضعت لتغطية اختبار آخر. كافح الطيار بشدة لاستعادة السيطرة بسبب خلل في أسلوب الهبوط، ^{[ 11 ]} وانحرفت الطائرة يمينًا قبل أن تصطدم بالأرض وجسمها مُلتفّ بزاوية 90 درجة تقريبًا عن خط الطيران. ويذكر أندرسون (1993) ^{[ 12 ]} أن طائرة إف-100 كانت ضعيفة القوة بشكل ملحوظ في ذلك الوقت، وكانت تعاني من ميل واضح للانقلاب للخلف إذا انخفضت سرعتها الجوية بشكل كبير.

كان يقود طائرة إف-100 سي الجديدة كلياً الملازم بارتي ر. بروكس، وهو من مواليد مارثا، أوكلاهوما ، وخريج جامعة تكساس إيه آند إم ، من الجناح 1708 للنقل الجوي، الفصيلة 12، قاعدة كيلي الجوية ، تكساس . كانت الطائرة واحدة من ثلاث طائرات يتم تسليمها من مصنع بالمدايل التابع لشركة نورث أمريكان إلى قاعدة جورج الجوية ، كاليفورنيا، ولكن مسمار محور العجلة الأمامية انفك، مما سمح للعجلة بالدوران بشكل عشوائي، فحوّل مساره إلى قاعدة إدواردز، التي كانت مدرجها أطول. ^{[ 13 ]} أثناء الاقتراب، وبزاوية هجوم عالية، تجاوزت المقاتلة حدود طيرانها، ودخلت في حالة توقف مفاجئ، وفقدت السيطرة على الاتجاه، مما أدى إلى نتائج كارثية. أُدرجت هذه المشاهد في فيلم "الصيادون" من بطولة روبرت ميتشوم وروبرت واغنر ، وفي فيلم "إكس-15" حيث لعب الممثل تشارلز برونسون دور الطيار، وفي الفيلم التلفزيوني " العلم الأحمر: اللعبة النهائية" ، مع العلم أن الطائرتين المُمثلتين في "الصيادون" و "العلم الأحمر: اللعبة النهائية" كانتا على التوالي من طراز إف-86 وإف -5إي . ^{[ 14 ]} كما خُلّدت هذه الحادثة في أغنية الطيارين المقاتلين "أعطني عمليات" (على لحن أغنية "ما اسمك في الولايات المتحدة؟" من عصر حمى الذهب في كاليفورنيا): ^{[ 15 ]}

لا تعطيني صفرًا مزدوجًا

القتال ضد الصديق أو العدو

رقصة السيوف القديمة

جعلني ذلك أتبرز في سروالي

لا تعطيني صفرًا مزدوجًا. ^{[ 13 ] [ 16 ] [ 17 ]}

• فهرس مقالات الطيران
• ماش تاك
• جناح

• لوفين، إل كيه جونيور. "السعي وراء الأداء: تطور الطائرات الحديثة. ناسا SP-468" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 22 أبريل 2006 .