مظلة تعمل بالطاقة

المظلة الآلية ، والتي غالباً ما يتم اختصارها إلى PPC ، وتسمى أيضاً المظلة الآلية أو الطائرة الشراعية ، هي نوع من الطائرات يتكون من جناح مزود بمحرك وعجلات.

تُعرّف إدارة الطيران الفيدرالية المظلة الآلية بأنها طائرة آلية تتكون من جناح مرن أو شبه صلب متصل بجسم الطائرة، بحيث لا يكون الجناح جاهزًا للطيران إلا عند تحرك الطائرة. يحتوي جسم المظلة الآلية على محرك الطائرة ومقعد لكل راكب، وهو متصل بعجلات الهبوط. ^{[ 1 ]}

أثناء الطيران، وبفضل تصميم المظلة، تحلق الطائرات الشراعية ذات الجناحين (PPCs) بسرعة ثابتة ، تتراوح عادةً بين 40 و 56 كيلومترًا في الساعة . وتعمل هذه الطائرات بأمان على ارتفاعات تتراوح من بضعة أقدام عن سطح الأرض (مثل التحليق المنخفض والتحليق فوقها) إلى ارتفاعات تصل إلى أكثر من 3 كيلومترات، ولكن الارتفاعات التشغيلية النموذجية تتراوح بين 150 و460 مترًا فوق مستوى سطح الأرض . وبفضل خزان وقود بسعة تتراوح بين 5 و15 جالونًا (حسب المحرك وقيود الوزن)، يمكن لهذه الطائرات الطيران لمدة ثلاث ساعات تقريبًا قبل الحاجة إلى التزود بالوقود. وتتميز بمسافة إقلاع وهبوط قصيرة جدًا، قد تقل أحيانًا عن 30 مترًا .    

تُعدّ الطائرات النفاثة من بين أقل المركبات الجوية تكلفة، وتُعتبر وسيلة اقتصادية لاكتساب مهارة الطيران. قد يصل سعر الطائرة النفاثة الجديدة ذات المقعد الواحد إلى 10,000 دولار أمريكي، بينما يبدأ سعر الطائرة النفاثة ذات المقعدين من حوالي 20,000 دولار أمريكي. أما الطائرات النفاثة المتطورة ذات المقعدين فقد يصل سعرها إلى 35,000 دولار أمريكي أو أكثر، وذلك بحسب الخيارات المُضافة. يتراوح وزن الطائرة النفاثة فارغة بين 91 و227 كيلوغرامًا ، بينما قد تصل حمولتها إلى أكثر من 230 كيلوغرامًا .   

في الولايات المتحدة، تُحلّق العديد من أصغر الطائرات الشراعية ذات المقعد الواحد المزودة بمحركات وفقًا للمادة 103 من قانون الطيران الفيدرالي (14 CFR § 103) ^{[ 2 ]} ، وتُصنّف كطائرات خفيفة جدًا ، مما يسمح بتحليقها دون رخصة أو تدريب طيران . مع ذلك، يُنصح بشدة بتلقي تدريب الطيران، ويمكن للمتدرب العادي تعلّم قيادة طائرة شراعية ذات مقعدين بأمان خلال 5 إلى 10 ساعات من التدريب. أما الطائرات الشراعية ذات المقعدين المزودة بمحركات، فتُصنّف كطائرات رياضية خفيفة في الولايات المتحدة، مما يعني أنه يجب على الطيار الحصول على شهادة طيار رياضي على الأقل صادرة عن إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) لتحليقها. ويتطلب الحصول على هذه الشهادة 12 ساعة تدريب طيران كحد أدنى، بما في ذلك ساعتان من الطيران المنفرد كطيار متدرب. ^{[ 3 ]} يجب عدم الخلط بين القفز بالمظلات المزودة بمحركات والطيران الشراعي المزود بمحركات .

غالباً ما يكون هناك لبس حول الاختلافات بين المظلات الآلية (PPC) والطائرات الشراعية الآلية (PPG)، سواء من الناحية المصطلحية أو حتى أحياناً من الناحية البصرية، وخاصة أثناء الطيران.

ببساطة، تُتحكم الطائرات ذات المناورة الشخصية عادةً باستخدام مقابض توجيه تُضغط عليها بالقدمين لتشغيل أدوات التحكم في التوجيه، مع وجود استثناءات مثل طائرة Aerochute الأسترالية وطائرة Xcitor الألمانية. يُعد هيكل الطائرة مكونًا أساسيًا منها (كما هو منصوص عليه في لوائح إدارة الطيران الفيدرالية ). ^{[ 4 ]}

من ناحية أخرى، تعتمد الطائرات الشراعية ذات المحركات الشراعية (PPGs) بشكل شبه حصري على التوجيه اليدوي عبر سحب حبال التوجيه. عند ممارسة الطيران الشراعي، يُعتبر هيكل الطائرة خيارًا متطورًا للغاية؛ ففي الواقع، نظرًا لأن جناح الطائرة الشراعية ذات المحركات الشراعية يكون دائمًا متصلًا بالحزام، فإذا تعطل هيكل الطائرة لأي سبب، سيستمر الجناح في تحمل وزن الركاب والمحرك عبر الحزام. إضافةً إلى ذلك، ولأن الطائرات الشراعية ذات المحركات الشراعية تستخدم محركات أصغر حجمًا وأقل قوةً للالتزام بلوائح 14 CFR § 103، فإنها غالبًا ما تستخدم جناحًا عالي الأداء يبدو ظاهريًا أنحف وأكثر بيضاوية الشكل للتعويض عن ذلك. ^{[ 5 ]}

Any other distinctions are less clear. In the United States, all paragliding equipment must fall within 14 C.F.R. § 103, and pilot licensing (in the strict legal sense) is not applicable, which is not much different from ultralight PPCs. Other lines are blurred further. For example, some people previously argued that two-seat flying is only allowed using a PPC, but "tandem" (two-seat) paragliding is readily doable in many countries throughout the world, and limited types of tandem paragliding are legally authorized in the U.S. as a result of an FAA exemption for flight training only (since 2018, with subsequent extensions).^[6][7]

Another contributing reason for confusion nowadays comes from the fact that some aircraft and kit builders market ultralight-class rolling airframes that can be configured with either PPG-style hand steering or PPC-style foot steering (along with wider canopy attachment points), with the later sold as a 14 C.F.R. § 103 'powered parachute'. The net result is nearly identical aircraft, albeit with different steering systems and potentially different canopy types.

PPCs are considered by some to be safer than normal fixed-wing aircraft because of their inherent stability, limited response to control inputs, and stall resistance. There are two primary means to control a PPC: increasing or decreasing engine power (which controls the vertical rate of climb) and deflecting the right or left trailing edge of the parafoil—by moving the steering bars with the feet—which turns the aircraft right or left.

Flaring is generally used to make fine adjustments in altitude when flying close to the ground and, in particular, when landing. In a powered parachute, flaring refers to pushing on both of the steering bars simultaneously, which causes the left and right trailing edges of the canopy to be pulled downwards at the same time. The result of this is that the airframe moves forward of the wing (on the transverse axis), airspeed is reduced, the angle of attack increases, and the aircraft temporarily gains additional lift. Done properly, the primary benefit of this maneuver is that it softens a landing (and especially an engine-out landing) within the last few feet off the ground.^[4]

The power-off glide ratio of a PPC ranges from 3:1 to 6:1. Glide ratio varies depending on the chute size and shape. Engine-off landings are generally safe, provided that the aircraft is within glide range of a suitable landing zone and the pilot is properly trained in the use of proper flaring technique.

Although possible, it is difficult to cause the aircraft to get into a dangerous attitude, stall, or chute collapse by means of pilot control inputs. Chute collapse is considered by many pilots to be virtually impossible with square wings. The wing is more likely to collapse with the more maneuverable, but inherently less stable, elliptical wing, but such collapses are normally followed by an immediate reflation and often go unnoticed by the pilot. In the rare circumstances where an elliptical wing collapses, the collapse is caused either by some extreme adverse meteorological condition or by pilot error. The FAA reports that over 80 percent of all aviation accidents are due to pilot error. Inflatable ram-air elliptical wings can have upward of 30 individual cells whereas square wings typically have fewer than 13 cells.^[4]

The main hazards one faces while flying a PPC are associated with wind and obstacles. Flight should not be attempted in winds exceeding 10–15 mph or in gusty conditions. Wind hazards include terrain-induced air disturbances called rotors (it is advisable to stay upwind of trees, mountains, and other obstacles that disturb the flow of the wind). Wake turbulence created by the passage of other aircraft (referred to as "wingtip vortices"), especially aircraft that are heavy, aerodynamically "dirty", and slow, pose another significant hazard. Also, since the slow-moving PPC, like a helicopter, is particularly well equipped to fly safely near the ground, special care must be taken to avoid power lines, trees, and other low-level terrain obstacles.^[4]

PPC pilots typically enjoy flying low and slow, and the PPC is an excellent platform for sightseeing and photography. PPCs are also used in agriculture, and occasionally by law enforcement agencies and flight search organizations.

PPCs do not need an airport to take off and land. Many pilots choose and prefer to fly from back yard strips, small airports, and mowed hay fields.

In the United States, Part 103 ultralight PPCs (like other classes of ultralight aircraft) are not allowed to fly at night, and not over densely populated areas.^[2] However, the FAA implemented the sport pilot rule in 2004, which expanded the areas over and airspace in which light sport aircraft (LSA) PPCs can legally fly. In fact, a properly equipped PPC may even be flown at night or over metropolitan areas by a private pilot with a PPC rating.

في عام 1930، وصفت مقالة الغلاف في مجلة Modern Mechanix ، عدد أكتوبر، مشروع بادي بوشماير للمظلة الآلية . وولدت فكرة "المظلة الآلية"، وهي أحد الأسباب التي جعلت هذه الرياضة تسمى القفز بالمظلات الآلية، على الرغم من أنها تستخدم في الواقع جناحًا مظليًا.

بعد الحرب العالمية الثانية ، أصبحت رياضة القفز بالمظلات نشاطًا ترفيهيًا، وبدأت باستخدام المظلات الدائرية المتوفرة في ذلك الوقت، والتي يتراوح قطرها بين 20 و 30 قدمًا. ^{[ 4 ]}

في الأول من أكتوبر عام 1964، تقدم دومينا جالبيرت بطلب للحصول على براءة اختراع لجناحه الجديد "متعدد الخلايا"، الذي أطلق عليه اسم " الجناح المظلي " (المعروف أيضًا باسم جناح "الهواء المضغوط")، والذي كان تصميمًا جديدًا للمظلات. تم تسجيل أفكاره كبراءة اختراع أمريكية رقم 3,285,546 في 15 نوفمبر عام 1966. ^{[ 4 ]}

سرعان ما اتضحت إمكانيات تصميم جالبيرت: فبفضل شكل المظلة الذي تتخذه عند نفخها، أصبح من الممكن زيادة نسب الانزلاق، وزيادة المسافة المقطوعة، بافتراض وجود قوة دفع إضافية للشخص أو الحمولة المعلقة أسفل المظلة. ومع مزيد من القوة، يمكن تغيير زاوية الهجوم، ويمكن للجناح أن يطير بشكل أفقي أو حتى يرتفع.

في عام 1968، حاول لويل فاراند تحقيق ذلك، وحلق بنسخة آلية تُسمى "آيرش فلاير 1"، طورها الدكتور جون نيكولايدس في جامعة نوتردام. كانت عبارة عن طائرة جيروسكوبتر بنسن قياسية مُعدلة ، حيث أُزيل الدوار واستُبدل بعارضة عرضية بطول 6 أقدام رُبطت بها المظلة. غُطيت المروحة لتجنب تشابكها مع حبال المظلة. خضعت "آيرش فلاير 1" للاختبار في صيف عام 1968 عن طريق سحبها عالياً وإطلاقها لتحليق انزلاقي مُطوّل. على مر السنوات اللاحقة، طُوّرت نماذج أولية إضافية تعتمد على السحب وحُلّقت. ^{[ 13 ]}

لسوء الحظ، ساهمت المحركات الثقيلة، بالإضافة إلى القيود المفروضة على توافر مواد المظلات والإطارات القوية والخفيفة، في جعل تنفيذ هذا المفهوم صعباً.

استغرق تطوير أول مظلة تعمل بالطاقة يتم إنتاجها بكميات كبيرة حوالي عامين ونصف.

كان مهندس الطيران ستيف سنايدر يقوم بتنفيذ وتحسين استخدام المظلات الهوائية المربعة، وقرر متابعة فكرة وهدف إنشاء طائرة آمنة وبسيطة يمكن حتى للهواة إطلاقها والطيران بها بسهولة.

حلّقت أول مظلة آلية قادرة على الإقلاع بقوتها الذاتية عام ١٩٨١، عندما جمع ستيف سنايدر ودان تومسون وأدريان فاندنبرغ مواهبهم وإلهامهم. كانت فكرة سنايدر هي الاستفادة من أحدث تصاميم المظلات ذات الأجنحة المتحركة في رياضة القفز المظلي وإضافة محركات أحدث (وأخف وزنًا)، بينما كانت مهارات فاندنبرغ كفني ميكانيكي حاسمة في بناء هيكل قمرة القيادة الذي اكتمل في مارس ١٩٨١. انضم دانيال تومسون، مصمم الطائرات الخفيفة للغاية وميكانيكي المحركات الصغيرة، إلى المشروع بعد ثلاثة أشهر لتحديد محرك مناسب للطائرة. قام بتزويد الطائرة بمحركين صغيرين من نوع كرايسلر، مما أدى إلى ظهور أول نموذج أولي لطائرة P-1. ^{[ ١٤ ]}

في اليوم الأول من رحلة الاختبار، بُذلت محاولات لرفع طائرة PPC عن الأرض.  حاول سنايدر، الذي يزن 150 رطلاً، تخفيف قوة المحرك تدريجياً عند الإقلاع، ونجح في رفع الطائرة إلى ارتفاع يتراوح بين 40 و50 قدماً. واجه سنايدر صعوبة في التحكم بالطائرة بسبب عزم الدوران الناتج عن دوران مراوح المحركين في نفس الاتجاه. بلغ إجمالي زمن الرحلة 30-35 ثانية بسرعة تتراوح بين 20 و25  ميلاً في الساعة. حلّقت طائرة P-1 أكثر من 10 مرات، إحداها بقيادة امرأة تزن 110  أرطال، مما ساهم في تحسين أداء رحلات الاختبار. أُجريت العديد من التعديلات خلال رحلات الاختبار، بما في ذلك إضافة مثبت رأسي ، وقلابات، وجنيحات، وتحسين ضبط المظلة.

كانت المظلات الهوائية الديناميكية في ذلك الوقت ذات شكل مسطح وتوفر تحكمًا محدودًا. ونتيجة لذلك، تم اعتماد تصميم أكثر انحناءً للأسفل (منحنى سفلي) وإضافة أضلاع إلى المظلة، مما منح الطائرة مزيدًا من الاستقرار والضغط وحل مشكلة التحكم.

أثناء تطوير تصميم المظلة وحلول التحكم بها، قام تومسون بتطوير تصميم مُحسّن لهيكل الطائرة، بما في ذلك فكرة سنايدر بشأن عجلات الهبوط القابلة للطي لسهولة النقل. وتم حل مشكلة عزم الدوران بجعل المراوح تدور في اتجاهين متعاكسين، مما أدى إلى إلغاء تأثير عزم الدوران لكل منهما. اكتمل بناء طائرة P-2 في يناير 1983.

بدأ تصميم وبناء طائرة P-3 في 26 فبراير 1983. وبعد ثلاثة أشهر، ظهر النموذج الأولي لأول مرة في معرض صن آند فن الجوي في فلوريدا. لاقى النموذج استحسانًا كبيرًا، وتم تأسيس شركة بارابلين لإنتاج أول طائرة P-3 بمظلة تعمل بالطاقة قابلة للتسويق تجاريًا. ومنذ ذلك الحين، شهدت الطائرة العديد من الابتكارات والتحسينات. ^{[ 15 ]}

توجد أيضاً نماذج من المظلات الآلية التي يتم التحكم فيها عن طريق الراديو. ^{[ 16 ]}

• طائرة ورقية من رقائق معدنية
• طائرة شراعية معلقة
• بارافايد
• المظلة الشراعية المزودة بمحرك – محرك شراعي مزود بمحرك يتم إطلاقه بالقدم.
• طائرة شراعية بمحرك – طائرة شراعية يتم إطلاقها بالقدم.
• دراجة ثلاثية العجلات فائقة الخفة
• الطيران الخفيف للغاية