استقرار مريح

في مجال الطيران ، يُقال إن الطائرة تتمتع باستقرار منخفض إذا كان استقرارها منخفضًا أو سلبيًا . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تميل الطائرة ذات الاستقرار السلبي إلى تغيير زوايا ميلها وانحرافها بشكل تلقائي. ولا يمكن ضبطها للحفاظ على وضعية معينة ، وعند تعرضها لاضطراب في الميل أو الدوران، ستستمر في الميل أو الدوران في اتجاه الاضطراب بمعدل متزايد باستمرار.

يمكن مقارنة ذلك بسلوك الطائرة ذات الاستقرار الإيجابي، والتي يمكن ضبطها للطيران في وضعية معينة، وستحافظ عليها في غياب أي تدخل من وحدة التحكم، وإذا تعرضت لاضطراب، فإنها ستتذبذب بحركة توافقية بسيطة على نطاق متناقص حول الوضعية المضبوطة، ثم تعود إليها في النهاية. كما تقاوم الطائرة ذات الاستقرار الإيجابي أي ميلان جانبي. وتُعد طائرة سيسنا 152 مثالاً على الطائرات المستقرة. وبالمثل، فإن الطائرة ذات الاستقرار المحايد لن تعود إلى وضعها الأصلي دون تدخل من وحدة التحكم، بل ستستمر في الدوران أو الانحراف بمعدل ثابت (لا يتزايد ولا يتناقص).

اتسمت المحاولات المبكرة للطيران بأجسام أثقل من الهواء بمفهوم مختلف للاستقرار عن المفهوم المستخدم اليوم. فقد اعتبر معظم الباحثين في مجال الطيران الطيرانَ كما لو كان لا يختلف كثيرًا عن الحركة على سطح الأرض، باستثناء أن السطح كان مرتفعًا. وتصوروا تغيير الاتجاه كما لو كان يتم باستخدام دفة السفينة ، بحيث تبقى الآلة الطائرة مستوية في الهواء، كما هو الحال مع السيارة أو السفينة على سطح الأرض. أما فكرة الميل أو الدوران المتعمد إلى أحد الجانبين، فقد بدت غير مرغوب فيها أو لم تخطر ببالهم أصلًا. ^{[ 3 ]}

سعى بعض هؤلاء الباحثين الأوائل، بمن فيهم لانغلي ، وشانوت ، ولاحقًا سانتوس دومونت والأخوان فوازان ، إلى تحقيق مفهوم "الاستقرار الذاتي" بمعناه الدقيق، معتقدين أن الطائرة يجب أن تُصمم بحيث تعود تلقائيًا إلى وضعها الأفقي ( الجانبي ) بعد أي اضطراب. وقد حققوا ذلك بمساعدة أجنحة هارغريف الخلوية (أجنحة ذات بنية صندوقية تشبه الطائرة الورقية ، بما في ذلك الألواح الرأسية) والأجنحة ذات الزاوية الثنائية الحادة . في معظم الحالات، لم تتضمن هذه الأجنحة أي وسيلة تمكن الطيار من التحكم في دوران الطائرة ^{[ 4 ]} ، إذ كان بإمكانه التحكم فقط في المصعد والدفة. وكان من النتائج غير المتوقعة لذلك صعوبة توجيه الطائرة دون دورانها ^{[ 4 ] [ 5 ]} . كما تأثرت هذه الأجنحة بشدة بالرياح الجانبية عند الهبوط.

صمّم الأخوان رايت طائرتهما الأولى ذات المحرك عام 1903 بأجنحة منحنية للأسفل ، وهي بطبيعتها غير مستقرة. وقد أثبتا أن الطيار قادر على التحكم في الدوران الجانبي، وأن هذه طريقة فعّالة لانعطاف الطائرة - أي الميلان أو الانحناء أثناء الانعطاف تمامًا كما يفعل الطائر أو راكب الدراجة. ^{[ 6 ]} والأهم من ذلك، أن هذه الطريقة تُمكّن الطائرة من استعادة توازنها عندما تميل بفعل الرياح إلى أحد الجانبين. ورغم استخدامها عام 1903، إلا أنها لم تنتشر على نطاق واسع في أوروبا حتى أغسطس 1908، عندما أوضح ويلبر رايت للطيارين الأوروبيين أهمية الاستخدام المنسق للمصعد والدفة والتحكم في الدوران الجانبي لإجراء انعطافات فعّالة.

يؤدي الوضع الرأسي للجناح إلى تغيير استقرار دوران الطائرة.

• تتمتع الطائرة ذات الجناح المرتفع (أي الموجود أعلى جسم الطائرة) بثبات دوراني أعلى. على سبيل المثال، طائرة سيسنا 152 .
• تتمتع الطائرة ذات الجناح المنخفض (أي أسفل جسم الطائرة) بثبات أقل في الدوران. وتستخدم طائرة بايبر باوني جناحًا منخفضًا.

غالباً ما تُظهر الطائرات العسكرية الحديثة، ولا سيما الطائرات ذات التصميمات الشبحية ، عدم استقرار نتيجةً لشكلها. فعلى سبيل المثال، تستخدم طائرة لوكهيد إف-117 نايت هوك هيكلاً وجناحاً غير تقليديين لتقليل مقطعها الراداري وتمكينها من اختراق الدفاعات الجوية بسهولة نسبية. ومع ذلك، فإن الأسطح المستوية للتصميم تُقلل من استقرارها إلى درجة تستدعي استخدام نظام تحكم إلكتروني محوسب لتتمكن من الطيران. ^{[ 7 ]}

لا تقتصر تصاميم الاستقرار المخفف على الطائرات النفاثة العسكرية. فطائرة ماكدونيل دوغلاس MD-11 مزودة بتصميم استقرار محايد تم تطبيقه لتوفير الوقود. ولضمان الاستقرار اللازم لرحلة آمنة، تم إدخال نظام تعزيز الاستقرار الطولي (LSAS ) لتعويض قصر المثبت الأفقي في طائرة MD-11 وضمان بقاء الطائرة مستقرة. ^{[ 8 ]} ومع ذلك، فقد وقعت حوادث تسبب فيها تصميم الاستقرار المخفف في طائرة MD-11 في حدوث اضطراب أثناء الطيران. ^{[ 9 ]}

تستخدم العديد من الطائرات المقاتلة الحديثة عناصر تصميمية تقلل من استقرارها لزيادة قدرتها على المناورة . ويؤدي الاستقرار الأكبر إلى تقليل فعالية أسطح التحكم؛ لذا، يتميز التصميم الأقل استقرارًا باستجابة أسرع لأوامر التحكم. وهذا أمر مرغوب فيه للغاية في تصميم الطائرات المقاتلة.

تتطلب الطائرة الأقل استقرارًا انحرافات أقل في أسطح التحكم لبدء المناورة؛ وبالتالي، يقلّ السحب والإجهادات المفروضة على أسطح التحكم، وتتحسن استجابة الطائرة. ولأن هذه الخصائص تجعل التحكم من قِبل الطيار صعبًا أو مستحيلاً في الغالب، يُفرض استقرار اصطناعي باستخدام الحواسيب والمحركات المؤازرة وأجهزة الاستشعار كجزء من نظام التحكم الإلكتروني .

• فهرس مقالات الطيران
• التحكم المزدوج (في مجال الطيران)
• تقليل مقاومة السحب

• كراوتش، توم د. (2003). أبناء الأسقف: حياة ويلبر وأورفيل رايت . نيويورك: دبليو دبليو نورتون وشركاه. رقم ISBN 978-0-393-30695-8.
• توبين، جيمس (2004). غزو الجو: الأخوان رايت والسباق العظيم للطيران . نيويورك: سايمون وشوستر. ISBN 978-0-7432-5536-3.