الطيران في فترة ما بعد الحرب

كان المصممون يدركون مسبقًا أنه مع اقتراب الطائرة من سرعة الصوت (ماخ 1)، تبدأ موجات الصدمة بالتشكل في المنطقة الانتقالية ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة في مقاومة الهواء. لذا، كان لا بد من جعل الأجنحة، الرقيقة أصلًا، أرق وأكثر دقة. تُقاس الدقة بمدى رقة الجناح مقارنةً بطوله من الأمام إلى الخلف. يتميز الجناح الصغير ذو الحمل العالي بمقاومة هواء أقل، ولذلك استخدمت بعض الطرازات المبكرة هذا النوع، بما في ذلك طائرة بيل إكس-1 الصاروخية وطائرة لوكهيد إف-104 ستارفايتر . لكن هذه الطائرات كانت تتميز بسرعات إقلاع عالية، وتسببت طائرة ستارفايتر في عدد كبير من وفيات الطيارين أثناء الإقلاع، مما أدى إلى توقف استخدام الأجنحة الصغيرة. تمثل أحد الأساليب الرائدة التي ابتكرها المصممون الألمان خلال الحرب في اكتساح الجناح بزاوية، مما يؤخر تراكم موجات الصدمة. لكن هذا جعل هيكل الجناح أطول وأكثر مرونة، مما جعل الطائرة أكثر عرضة للانحناء أو المرونة الهوائية، بل وقد يتسبب في انعكاس عمل أدوات التحكم في الطيران. كما كان سلوك التوقف للجناح المكتسح غير مفهوم جيدًا، وقد يكون حادًا للغاية. وشملت المشاكل الأخرى تذبذبات متباعدة قد تتراكم فيها قوى مميتة. وفي أثناء البحث عن هذه التأثيرات، فقد العديد من الطيارين حياتهم، فعلى سبيل المثال، تحطمت جميع طائرات دي هافيلاند دي إتش 108 سوالو الثلاث في الجو، مما أدى إلى مقتل طياريها. بينما نجا طيار آخر فقط لأنه خفض مقعده حتى لا يصطدم رأسه بمظلة الطائرة ويكسر رقبته عند حدوث تذبذبات عنيفة. ^{[ 4 ]}

يتميز الجناح المثلثي دلتا بحافة أمامية مائلة مع الحفاظ على جذر جناح عميق بما يكفي لتحقيق الصلابة الهيكلية، ومنذ ظهور المقاتلة الفرنسية داسو ميراج أصبح خيارًا شائعًا، سواء مع أو بدون سطح ذيل.

لكن الجناح المثلثي البسيط أثبت أنه أقل قدرة على المناورة في القتال من الجناح المدبب التقليدي، ومع مرور الوقت أصبح أكثر تعديلاً، حيث ظهرت أشكال أخرى مثل الجناح ذي الذيل، والجناح المقطوع، والجناح المثلثي المزدوج، والجناح الأمامي.

مع ازدياد السرعة ووصولها إلى سرعة تفوق سرعة الصوت، يتحرك مركز الرفع للجناح للخلف، مما يُسبب تغيراً في التوازن الطولي وميلاً للانخفاض يُعرف باسم " انحناء ماخ" . كان لا بد من تصميم الطائرات الأسرع من الصوت لتكون قادرة على التكيف بشكل كافٍ، من أجل الحفاظ على تحكم مناسب في جميع مراحل الطيران.

عند سرعات تتجاوز 2.2 ماخ تقريبًا، يبدأ هيكل الطائرة بالتسخين نتيجة احتكاكه بالهواء، مما يتسبب في تمدد حراري وفقدان قوة السبائك الخفيفة الرخيصة سهلة التشكيل المستخدمة في السرعات المنخفضة. كما تبدأ محركات الطائرات النفاثة بالوصول إلى حدودها القصوى. صُممت طائرة لوكهيد إس آر-71 بلاكبيرد من سبيكة التيتانيوم ، وزُودت بغطاء خارجي مموج خاص لامتصاص التمدد الحراري، ومحركات توربينية نفاثة ثنائية الدورة تعمل بوقود خاص يتحمل درجات الحرارة العالية. تم تقليل انحناء مقدمة الطائرة (Mach tuck) باستخدام امتدادات "زاوية" طويلة للجناح على طول جسم الطائرة، مما ساهم في زيادة قوة الرفع عند السرعات فوق الصوتية.

برزت مشكلة أخرى في الطيران الأسرع من الصوت، ألا وهي تأثيره البيئي. فالطائرة الكبيرة تُحدث موجة صدمية مدوية أو "دويّاً صوتياً"، قد يُلحق الضرر بأي شيء تمر فوقه، بينما يؤدي الاحتكاك العالي إلى استهلاك كبير للوقود وما يتبعه من تلوث. وقد برزت هذه المشكلات بشكل جليّ مع ظهور طائرة الكونكورد الأسرع من الصوت.

كانت المروحة التي تعمل بمحرك مكبسي، سواء كانت شعاعية أو خطية، لا تزال تهيمن على مجال الطيران في نهاية الحرب العالمية الثانية، وبساطتها وتكلفتها المنخفضة تعني أنها لا تزال قيد الاستخدام حتى اليوم في التطبيقات الأقل تطلبًا.

استخدمت بعض المحاولات المبكرة لتحقيق سرعات عالية، مثل طائرة بيل إكس-1 ، محركات صاروخية. إلا أن المحرك الصاروخي يتطلب مؤكسدًا بالإضافة إلى الوقود، مما جعل هذه الطائرات خطيرة في التحكم وقصيرة المدى. استخدمت الطائرات الهجينة ذات المحركين، مثل ساوندرز-رو إس آر.53 ، الصاروخ لزيادة السرعة من أجل "انطلاقة تفوق سرعة الصوت". وفي نهاية المطاف، سمح تطوير الحارق اللاحق للمحركات النفاثة بتوفير مستويات دفع مماثلة، واقتصر استخدام قوة الصواريخ على الصواريخ.

مع تطور التوربينات النفاثة، ظهرت أنواعٌ متميزة. ظهر التوربين النفاث الأساسي في شكلين، أحدهما بضاغط محوري والآخر بضاغط طرد مركزي. يُعد التدفق المحوري نظريًا أكثر كفاءة وأقل سُمكًا، ولكنه يتطلب تقنيةً متقدمةً لتحقيقه. ونتيجةً لذلك، كانت التوربينات النفاثة الأولى من النوع الطرد المركزي. وسرعان ما هيمنت أنواع التدفق المحوري.

يُعدّ المحرك التوربيني المروحي أحد أنواع المحركات التوربينية. في هذا النوع، لا يقتصر دور التوربين على تشغيل الضاغط فحسب، بل يشمل أيضًا تشغيل المروحة الرئيسية. عند السرعات والارتفاعات المنخفضة، يتميز هذا التصميم بكفاءة واقتصادية أعلى من المحرك النفاث التوربيني، مع قدرة أكبر ووزن أقل مقارنةً بمحرك المكبس. ولذلك، فقد وجد مكانةً مميزة بين محرك المكبس منخفض التكلفة ومحرك النفاث عالي الأداء. وقد زُوّدت طائرة فيكرز فيسكونت ، التي حلّقت لأول مرة عام 1948، بمحرك رولز رويس دارت، ولا تزال المحركات التوربينية المروحية تُصنّع حتى اليوم.

كان التطور التالي للمحرك النفاث هو الحارق اللاحق . وُجد أن المحركات النفاثة التوربينية الخالصة لا تتجاوز سرعة الصوت إلا قليلاً. ولزيادة السرعة اللازمة للطيران فوق الصوتي، كان يُحقن الوقود في عادم المحرك، قبل فوهة متباعدة تشبه تلك الموجودة في محرك الصاروخ. وعند احتراق الوقود، يتمدد، متفاعلاً مع الفوهة، دافعاً العادم للخلف والمحرك للأمام.

تستهلك محركات التوربينات النفاثة كميات كبيرة من الوقود، وتزداد هذه الكميات مع استخدام الاحتراق اللاحق. إحدى طرق تحسين كفاءة المحرك هي تمرير كتلة أكبر من الهواء بسرعة أبطأ. أدى ذلك إلى تطوير التوربين المروحي ذي التجاوز الجانبي ، حيث تقوم مروحة ذات قطر أكبر في المقدمة بتمرير جزء من الهواء إلى الضاغط، بينما يمر الجزء المتبقي عبر مسار جانبي، حيث يتدفق حول المحرك بسرعة أبطأ من سرعة عادم المحرك النفاث. يتطلب دوران المروحة والضاغط سرعات مختلفة، مما أدى إلى تطوير التوربين المروحي ثنائي المحور، حيث يتم تركيب مجموعتين من التوربينات على أعمدة متحدة المركز تدور بسرعات مختلفة لتشغيل المروحة والضاغط عالي الضغط على التوالي. وبالانتقال إلى مبدأ أكثر تطورًا، نجد أن التوربين المروحي عالي التجاوز أكثر كفاءة، حيث يحتوي عادةً على ثلاثة محاور، يدور كل منها بسرعة مختلفة.

من الطرق الأخرى لتحسين الكفاءة رفع درجة حرارة الاحتراق. يتطلب ذلك مواد محسّنة قادرة على الحفاظ على قوتها عند درجات الحرارة العالية، وقد واكب تطوير قلب المحرك إلى حد كبير التطورات في المواد المتاحة، على سبيل المثال من خلال تطوير أجزاء خزفية دقيقة الصنع وشفرات توربينية من معدن أحادي البلورة. طورت شركة رولز رويس مروحة من مركب الكربون لمحركها التوربيني RB211، لكنها وجدت لاحقًا أن المادة لا تتمتع بمقاومة كافية للتلف، فعادت إلى استخدام معدن التيتانيوم الأكثر شيوعًا.

أدى ظهور الإلكترونيات الموثوقة إلى تطور تدريجي لأنظمة الطيران للتحكم في الطيران والملاحة والاتصالات والتحكم في المحرك والأغراض العسكرية مثل تحديد الأهداف وتوجيه الأسلحة.

وفرت أنظمة تحديد المواقع اللاسلكية الجديدة معلومات ملاحية يمكن استخدامها للتحكم في نظام الطيار الآلي المُعدّ مسبقًا للطيران على مسار محدد، بدلاً من مجرد الحفاظ على الارتفاع والاتجاه الحاليين. وقد أصبحت الاتصالات اللاسلكية أكثر تطورًا، ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى مواكبة الاستخدام المتزايد مع ازدياد ازدحام الأجواء.

في المجال العسكري، طُوّرت أنظمة تحديد الصديق والعدو (IFF)، مما مكّن الطائرات العسكرية من التعرف على بعضها البعض عندما تكون ضمن مدى إطلاق صواريخها ولكن خارج نطاق الرؤية. وتطورت أنظمة توجيه الأسلحة إلى أنظمة تحكم نيران قادرة على تسليح وإطلاق وتتبع والتحكم في صواريخ متعددة على أهداف مختلفة. كما طُوّرت شاشة العرض الرأسية (HUD) من منظار البندقية العاكس المستخدم في زمن الحرب لتوفير معلومات الطيران الأساسية للطيار دون الحاجة إلى خفض عينيه إلى لوحة العدادات. وأدى تزايد قدرات إلكترونيات الطيران - وهشاشتها - إلى تطوير أنظمة الإنذار المبكر المحمولة جواً (EW) وأنظمة الحرب الإلكترونية المضادة (ECM).

شاركت كل من المروحية والطائرة ذاتية الدوران في الحرب. ورغم قدرتها على الإقلاع والهبوط العمودي، إلا أن الطائرات الدوارة غير فعالة ومكلفة وبطيئة. استخدمت طائرة باخيم ناتر الاعتراضية للدفاع الجوي شكلاً بدائياً من الإقلاع والهبوط العمودي، حيث كانت تقلع عمودياً باستخدام قوة الصواريخ، ثم يهبط الطيار عمودياً بالمظلة بينما تتحطم الطائرة، لكن هذا لم يكن حلاً عملياً بعد الحرب.

جُرِّبت العديد من المناهج في فترة ما بعد الحرب، في محاولة للجمع بين السرعة العالية للطائرة التقليدية وسهولة الإقلاع والهبوط العمودي للمروحية. لم يدخل الإنتاج في نهاية المطاف سوى ثلاثة منها، اثنان منها فقط خلال تلك الفترة. حققت طائرة هوكر سيدلي هارير النفاثة "القفزية" نجاحًا كبيرًا، حيث صُنعت في عدة نسخ وشغّلتها المملكة المتحدة والولايات المتحدة وإسبانيا والهند، وشاركت بشكل بارز في حرب الفوكلاند بين المملكة المتحدة والأرجنتين . أما طائرة ياكوفليف ياك-36، فقد خضعت لتطوير شاق وطويل ومكلف، ولم تصل أبدًا إلى أدائها التصميمي، لكنها ظهرت في النهاية كطائرة ياك-38 العملياتية.

كانت طائرة دي هافيلاند كوميت البريطانية أول طائرة ركاب نفاثة تحلق في عام 1949، وأول طائرة تدخل الخدمة في عام 1952، وأول طائرة تقدم خدمة منتظمة عبر المحيط الأطلسي بمحركات نفاثة في عام 1958. تم بناء 114 طائرة من جميع الإصدارات، إلا أن طراز كوميت 1 عانى من مشاكل تصميمية خطيرة، ومن بين تسع طائرات أصلية، تحطمت أربع طائرات (واحدة أثناء الإقلاع وثلاث تحطمت أثناء الطيران)، مما أدى إلى إيقاف الأسطول بأكمله عن الخدمة. حلت طائرة كوميت 4 هذه المشاكل، لكن برنامجها تفوقت عليه طائرة بوينغ 707 في رحلات عبر المحيط الأطلسي. تم تطوير طائرة كوميت 4 لاحقًا إلى طائرة هوكر سيدلي نمرود التي أُحيلت إلى التقاعد في يونيو 2011.

بعد إيقاف طائرات كوميت 1 عن الطيران، أصبحت طائرة توبوليف Tu-104 أول طائرة ركاب نفاثة تقدم خدمة مستدامة وموثوقة، بعد تأجيل دخولها الخدمة بانتظار نتائج التحقيقات في حوادث تحطم طائرات كوميت. وكانت الطائرة النفاثة الوحيدة في العالم التي كانت تعمل بين عامي 1956 و1958 (بعدها دخلت طائرات كوميت 4 وبوينغ 707 الخدمة). شغّلت الطائرة شركة إيروفلوت (من عام 1956) والخطوط الجوية التشيكية ČSA (من عام 1957). وأصبحت ČSA أول شركة طيران في العالم تُسيّر رحلات جوية بطائرات نفاثة فقط، باستخدام طراز Tu-104A.

كانت طائرة بوينغ 707 أول طائرة ركاب نفاثة غربية تحقق نجاحًا تجاريًا كبيرًا. بدأت الخدمة على خط نيويورك - لندن عام 1958، وهو العام الأول الذي سافر فيه عدد أكبر من ركاب الطيران عبر المحيط الأطلسي مقارنةً بالسفر بحرًا. ومن بين تصاميم الطائرات الأخرى ذات المدى الطويل المشابهة، طائرات DC-8 و VC10 و Il-62 . أما طائرة بوينغ 747 ، المعروفة باسم "الطائرة العملاقة"، فكانت أول طائرة عريضة البدن ساهمت في خفض تكلفة السفر الجوي، مما عجّل بظهور عصر الطائرات النفاثة.

كانت طائرة توبوليف تو-114 (التي حلقت لأول مرة عام 1957) المزودة بمحرك توربيني مروحي استثناءً من هيمنة محركات التوربوفان . استطاعت هذه الطائرة أن تضاهي أو حتى تتفوق على أداء الطائرات النفاثة المعاصرة، إلا أن استخدام هذه المحركات في الطائرات الكبيرة اقتصر على المجال العسكري بعد عام 1976.

تستطيع الطائرات النفاثة التحليق على ارتفاعات أعلى وبسرعات أكبر ولمسافات أبعد بكثير من الطائرات ذات المحركات المكبسية ، مما جعل السفر عبر القارات وبينها أسرع وأسهل بكثير من ذي قبل. وبات بإمكان الطائرات التي تقوم برحلات طويلة عبر القارات والمحيطات الوصول إلى وجهاتها دون توقف، مما أتاح الوصول إلى أجزاء كبيرة من العالم في غضون يوم واحد لأول مرة. ومع ازدياد الطلب، أصبحت الطائرات أكبر حجماً، مما ساهم في خفض تكلفة السفر الجوي. وأصبح بإمكان أفراد من مختلف الطبقات الاجتماعية السفر خارج بلدانهم.

أدى استخدام تقنيات الإنتاج الضخم المشابهة لتلك المستخدمة في صناعة السيارات إلى خفض تكلفة الطائرات الخاصة، حيث شهدت أنواع مثل سيسنا 172 وبيتشكرافت بونانزا استخدامًا واسع النطاق، وتجاوزت طائرة 172 حتى مستويات الإنتاج في زمن الحرب.

أصبح استخدام الطائرات يزداد بشكل متزايد في أدوار متخصصة مثل رش المحاصيل، والشرطة، ومكافحة الحرائق، والإسعاف الجوي، وغيرها الكثير.

ومع تطور تكنولوجيا المروحيات، انتشر استخدامها على نطاق واسع، وسيطر عليها نهج سيكورسكي المتمثل في دوار رئيسي واحد بالإضافة إلى دوار ذيل معاكس لعزم الدوران.

شهدت رياضة الطيران تطوراً ملحوظاً، حيث أصبحت الطائرات ذات المحركات والطائرات الشراعية أكثر تطوراً. وقد ساهم إدخال تقنية تصنيع الألياف الزجاجية في تمكين الطائرات الشراعية من تحقيق مستويات أداء جديدة. وفي ستينيات القرن الماضي، أدى إعادة تقديم الطائرات الشراعية المعلقة، التي تستخدم الآن جناح روغالو المرن ، إلى بدء حقبة جديدة من الطائرات فائقة الخفة .

أدى تطوير مواقد الغاز الآمنة إلى إعادة إدخال رياضة ركوب المناطيد الهوائية الساخنة وأصبحت رياضة شعبية.

كان من المتوقع أن يُحدث دخول طائرة النقل الأسرع من الصوت " كونكورد " الخدمة المنتظمة عام 1976 تغييرات اجتماعية مماثلة، إلا أن الطائرة لم تحقق نجاحًا تجاريًا يُذكر. فبعد سنوات من الخدمة، تسبب حادث تحطم مميت قرب باريس في يوليو/تموز 2000 ، إلى جانب عوامل أخرى، في إيقاف رحلات "كونكورد" عام 2003. وكانت هذه الخسارة الوحيدة لطائرة أسرع من الصوت في الخدمة المدنية. استُخدم تصميم واحد آخر فقط من هذه الطائرات في الخدمة المدنية، وهو طائرة " تو-144" السوفيتية ، ولكن سُحبت من الخدمة سريعًا بسبب ارتفاع تكاليف صيانتها ومشاكل أخرى. وكانت شركات "ماكدونيل دوغلاس" و"لوكهيد" و"بوينغ" ثلاث شركات أمريكية مصنعة خططت في الأصل لتطوير تصاميم مختلفة لطائرات أسرع من الصوت منذ ستينيات القرن الماضي، إلا أن هذه المشاريع أُلغيت في نهاية المطاف لأسباب تتعلق بالتطوير والتكلفة وغيرها من الجوانب العملية.

أدت سرعة وارتفاع الطائرات النفاثة، إلى جانب قصر مدة أي اشتباك قتالي، إلى الانتشار الواسع للصواريخ لأغراض الهجوم والدفاع على حد سواء.

طُوِّرت الصواريخ المحمولة جواً لأغراضٍ عديدة. استُخدمت صواريخ صغيرة موجهة بالأشعة تحت الحمراء أو رادارية في القتال الجوي. واستُخدمت نسخ أكبر منها في الهجوم الجوي الأرضي. أما أكبرها حجماً فكان الصاروخ بعيد المدى، وهو صاروخ الإطلاق عن بُعد، المُصمَّم لحمل رأس حربي نووي من مسافة آمنة. ^{[ 6 ]}

كما تم تطوير صواريخ الدفاع الجوي، بدءًا من الأسلحة التكتيكية المضادة للطائرات الأصغر حجمًا وصولًا إلى الأنواع ذات المدى الأطول المصممة لاعتراض القاذفات النووية التي تحلق على ارتفاعات عالية قبل دخولها المجال الجوي المحلي.

في نهاية الحرب العالمية الثانية، كانت أنظمة توجيه الصواريخ بدائية وغير موثوقة. إلا أن التطورات السريعة في الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار والرادار والاتصالات اللاسلكية مكّنت أنظمة التوجيه من أن تصبح أكثر تطوراً وموثوقية. وشملت أنظمة التوجيه التي تم تحسينها أو إدخالها بعد الحرب: التحكم اللاسلكي، والتلفزيون، والقصور الذاتي، والملاحة الفلكية، وأنماط الرادار المختلفة، بالإضافة إلى أسلاك التحكم لبعض الصواريخ قصيرة المدى. وفي وقت لاحق، تم استخدام أجهزة تحديد الأهداف بالليزر التي يتم توجيهها يدوياً نحو الهدف. ^{[ 7 ]}

انتشر تصنيع هياكل الطائرات المصنوعة من الألومنيوم والمثبتة بالمسامير على نطاق واسع بحلول نهاية الحرب العالمية الثانية، على الرغم من استمرار استخدام الخشب في الطيران الخاص. وقد أدى السعي لتحقيق قوة أكبر بوزن أقل إلى إدخال تقنيات تصنيع متقدمة، وغالبًا ما كانت باهظة الثمن. وشملت التطورات الرئيسية خلال الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي: طحن جزء معقد من قطعة صلبة بدلاً من تجميعه من أجزاء أصغر، واستخدام مواد لاصقة من الراتنجات الاصطناعية بدلاً من المسامير لتجنب تركيز الإجهاد والتعب حول ثقوب المسامير، ولحام شعاع الإلكترون .

أتاح تطوير المواد المركبة، مثل الألياف الزجاجية ، ولاحقًا ألياف الكربون ، للمصممين ابتكار أشكال أكثر انسيابية وديناميكية هوائية. إلا أن الخصائص غير المعروفة لهذه المواد الجديدة جعلت إدخالها إلى السوق بطيئًا ومنهجيًا.

بعد الحرب، تحولت العديد من المطارات العسكرية إلى مطارات مدنية، بينما عادت المطارات التي كانت قائمة قبل الحرب إلى وظيفتها السابقة. وقد استلزم النمو السريع في السفر الجوي الذي أتى به عصر الطائرات النفاثة توسعاً مماثلاً وسريعاً في مرافق المطارات حول العالم.

مع ازدياد حجم الطائرات النفاثة وزيادة عدد الركاب في كل رحلة، تم تطوير معدات أكبر وأكثر تطوراً للتعامل مع الطائرات والركاب والأمتعة.

أصبحت أنظمة الرادار شائعة، مع الحاجة إلى مرافق مراقبة الحركة الجوية لإدارة العدد الكبير من الطائرات في السماء في أي وقت.

تم تمديد مدارج الطائرات وجعلها أكثر سلاسة لاستيعاب الطائرات الجديدة الأكبر حجماً والأسرع، في حين أدت اعتبارات السلامة والطيران الليلي إلى تحسين إضاءة المدرج بشكل كبير.

أصبحت المطارات الرئيسية أماكن شاسعة ومزدحمة لدرجة أن تأثيرها البيئي أصبح كبيراً، وأصبح اختيار موقع أي مطار جديد، أو حتى توسيع مطار قائم، شأناً اجتماعياً وسياسياً هاماً.