جناح خلفي (سيارة)

الجناح الهوائي هو جهاز ديناميكي هوائي يُستخدم في السيارات، ووظيفته الأساسية هي تقليل حركة الهواء غير المرغوب فيها على هيكل السيارة أثناء سيرها، والتي عادةً ما تظهر على شكل رفع أو اضطراب أو مقاومة. يُطلق على الجناح الهوائي الموجود في مقدمة السيارة غالبًا اسم " مصدات الهواء" ، ويقع أسفل مقدمة السيارة.

تُركّب الجناحات الخلفية عادةً في سيارات السباق والسيارات الرياضية عالية الأداء ، على الرغم من أنها أصبحت شائعة أيضاً في سيارات الركاب. تُضاف هذه الجناحات إلى السيارات في المقام الأول لأغراض جمالية، وهي إما لا تُحسّن الديناميكية الهوائية بشكل ملحوظ أو تُفاقمها.

يُستخدم مصطلح "المُفسد" غالبًا بشكل خاطئ كمرادف لمصطلح "الجناح". صُمم جناح السيارة لتوليد قوة ضغط سفلية عند مرور الهواء حوله، وليس لمجرد تغيير أنماط تدفق الهواء الموجودة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} بدلًا من تقليل مقاومة الهواء، فإن أجنحة السيارات في الواقع تزيدها.

تلعب الديناميكا الهوائية دورًا حاسمًا في سلوك السيارة عند السرعات العالية. يجب أن تتمتع المركبات بالثبات والتوازن أولًا عند السرعات المنخفضة من خلال تماسكها الميكانيكي مع الطريق عبر الهيكل ونظام التعليق والإطارات. ^{[ 3 ]} ويمكن استخدام وسائل المساعدة الديناميكية الهوائية لتوفير خصائص التوازن والثبات اللازمة عند السرعات العالية. ^{[ 3 ]} لا يكون للمشتتات الهوائية والأجنحة تأثير يُذكر عند السرعات المنخفضة، إذ قد تُؤدي التصاميم غير المناسبة إلى استجابات غير مرغوب فيها وانخفاض ثبات السيارة أو كفاءتها عند السرعات العالية. ^{[ 3 ]}

بما أن مصطلح "المُشتِّت الهوائي" يصف تطبيقًا، فإن آلية عمله تختلف باختلاف التأثير الذي يسعى إلى تحقيقه. تشمل وظائف المُشتِّت الهوائي القياسية تعطيل تدفق الهواء فوق وحول المركبة المتحركة. يعمل المُشتِّت الهوائي القياسي على تشتيت الهواء عن طريق زيادة الاضطراب المتدفق فوقه، مما يُعطِّل التدفق الصفائحي ويُوفِّر طبقة عازلة للطبقة الحدية الصفائحية. مع ذلك، قد تتطلب أنواع أخرى من تدفق الهواء أن يعمل المُشتِّت الهوائي بطريقة مختلفة وأن يتخذ خصائص فيزيائية متباينة تمامًا.

مع ازدياد سرعة الجسم، يؤثر الهواء المحيط على حركته. في سباقات السيارات، تُستخدم مُشتتات الهواء مع عناصر أخرى في هيكل السيارة لتغيير خصائص التحكم المتأثرة بالهواء المحيط. تتطلب حلبات السباق تصميمات ديناميكية هوائية مُحددة نظرًا لاختلاف السرعات وتخطيطات الحلبة. ^{[ 4 ]} كما يُمكن تصميم هذه التصميمات والأجهزة لتناسب مهارات سائق مُعين، بهدف تحقيق أزمنة أسرع.

يتأثر أداء السيارة بقوى الديناميكا الهوائية المؤثرة عليها، إذ تزداد كل من مقاومة الهواء وقوة الضغط السفلية تناسبياً مع مربع السرعة. ^{[ 4 ]} لهذه العلاقة آثار على إعداد السيارة. عند السرعات التي تقل عن 190 كم/ ساعة (120 ميلاً في الساعة) تقريباً ، تلعب الديناميكا الهوائية دوراً، وإن كان التركيز يتغير. ^{[ 4 ]}  

• في سباقات الحلبات البيضاوية القصيرة ، يُعدّ تعظيم قوة الضغط السفلي أمرًا بالغ الأهمية لتحسين التماسك وزيادة سرعة الانعطاف. مع ذلك، قد يُعيق السحب الزائد بشدة التسارع عند الخروج من المنعطفات والسرعة القصوى على الخطوط المستقيمة. غالبًا ما تستخدم الفرق أجنحة خلفية كبيرة نسبيًا ومشتتات هواء أمامية، ولكن يجب عليها تحقيق التوازن بين قوة الضغط السفلي والسحب.
• تتميز حلبات سباقات الطرق بمزيج من المسارات المستقيمة عالية السرعة، والمنعطفات الحادة، والتغيرات في الارتفاع. يجب أن تُوازن الإعدادات الديناميكية الهوائية بين قوة الضغط السفلية اللازمة للانعطاف وتقليل مقاومة الهواء للحفاظ على السرعة القصوى في الخطوط المستقيمة. غالبًا ما تستخدم الفرق عناصر ديناميكية هوائية قابلة للتعديل، مثل الأجنحة والرفارف، لضبط أداء السيارة بدقة لتناسب مختلف أقسام الحلبة.
• في المقابل، عند سرعات أعلى من 120 ميلاً في الساعة (190 كم/ساعة) ، مثل تلك التي تُرى على الطرق السريعة، يمكن حتى للتغييرات الصغيرة في التكوين الديناميكي الهوائي أن تؤثر بشكل كبير على التحكم والأداء.  

يهدف استخدام العديد من المشتتات الهوائية في سيارات الركاب إلى تقليل مقاومة الهواء وزيادة كفاءة استهلاك الوقود . ^{[ 5 ]} يمكن تجهيز سيارات الركاب بمشتتات هوائية أمامية وخلفية. تُستخدم المشتتات الهوائية الأمامية، الموجودة أسفل المصد، بشكل أساسي لتقليل تدفق الهواء أسفل السيارة، مما يقلل من معامل مقاومة الهواء والرفع.

تُشاهد السيارات الرياضية عادةً مزودةً بجناحين أمامي وخلفي. ورغم أن هذه المركبات تتميز عادةً بهيكل أكثر صلابة ونظام تعليق أكثر صرامة لتحسين القدرة على المناورة عند السرعات العالية، إلا أن الجناح الخلفي يظل مفيدًا. يعود ذلك إلى أن العديد من السيارات تتميز بانحدار حاد نسبيًا من الحافة الخلفية للسقف إلى صندوق السيارة أو مؤخرتها، مما قد يتسبب في انفصال تدفق الهواء. يصبح تدفق الهواء مضطربًا، مما يُنشئ منطقة ضغط منخفض، ويزيد من مقاومة الهواء وعدم الاستقرار (انظر تأثير برنولي ). يمكن النظر في إضافة جناح خلفي لجعل الهواء يتجه بانحدار أكثر امتدادًا ولطفًا من السقف إلى الجناح، مما يساعد على تأخير انفصال التدفق، كما أن الضغط الأعلى أمام الجناح يُساعد على تقليل قوة الرفع على السيارة من خلال توليد قوة ضاغطة. قد يُقلل هذا من مقاومة الهواء في بعض الحالات، ويُحسّن بشكل عام من ثبات السيارة عند السرعات العالية نظرًا لانخفاض قوة الرفع الخلفية.

بسبب ارتباطها بسباقات السيارات، غالبًا ما ينظر المستهلكون إلى الجناح الخلفي على أنه عنصر "رياضي". في عام 1968، سجل كريج بريدلوف رقمًا قياسيًا في سباق الميل الطائر بسرعة 260.28 كم/ساعة (161.7335 ميلًا في الساعة) على بحيرة بونفيل المالحة، وذلك بسيارة AMC Javelin معدلة بمحرك V8 سعة 5.0 لتر (304 بوصة مكعبة ) مزودة بجناح خلفي فريد من نوعه مثبت على السقف من تصميم بريدلوف. ^{[ 6 ]} لاحقًا، صمم مهندسو AMC جناحًا انسيابيًا من الألياف الزجاجية فوق النافذة الخلفية، والذي أصبح خيارًا متاحًا في سيارات Javelin موديل 1969. أشارت اختبارات مجلة Car Life إلى عدم وجود تحسن في تقليل قوة الرفع عند سرعات أقل من 185 كم/ ساعة (115 ميلًا في الساعة) . ^{[ 7 ] [ 8 ]} في عام 1970، استبدلت AMC هذا الجناح الخلفي بجناح خلفي كبير الحجم على شكل ذيل البطة، مثبت على غطاء صندوق السيارة، من تصميم مارك دونوهيو وروجر بنسكي، وتم اعتماده رسميًا . ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 7 ]} أصبحت هذه الميزة التي أثبتت جدارتها في السباقات من المعدات القياسية في جميع طرازات AMC Javelin AMX من عام 1971 إلى عام 1974. ^{[ 11 ]}      

مع ذلك، فإنّ "المشتتات الهوائية الموجودة في الطرازات الفاخرة نادرًا ما تُحسّن الديناميكية الهوائية بشكلٍ ملحوظ". ^{[ 12 ]} ولا تُقدّم الغالبية العظمى من هذه التصاميم أيّ فائدة تُذكر، باستثناء تلك المُثبّتة في سيارات السباق والسيارات الرياضية عالية الأداء، بينما يُصرّح بعض المصنّعين بأنّ "المشتتات الهوائية لديهم مُخصّصة للمظهر فقط". ^{[ 13 ]} علاوةً على ذلك، "يجب أيضًا الاهتمام بجوانب السيارة" لتقليل مقاومة الهواء، وذلك من خلال تقنيات مثل تقليل مساحة المقطع العرضي في الجزء الخلفي من السيارة لتقليل حجم الهواء المُتولّد في أعقابها، كما هو الحال في تصميم الذيل المُقوّس الذي يمتدّ إلى نقطة مُدبّبة. ^{[ 12 ]}

أنواع المواد

عادة ما تُصنع المفسدات من مواد خفيفة الوزن تعتمد على البوليمر، بما في ذلك:

• بلاستيك ABS : تُصنّع معظم شركات تصنيع المعدات الأصلية أجنحة السيارات عن طريق صب بلاستيك ABS مع إضافات متنوعة، عادةً ما تكون حشوات حبيبية، تُضفي صلابة على هذه المادة الرخيصة. وتُعدّ الهشاشة العيب الرئيسي للبلاستيك ، الذي يزداد مع مرور الوقت نتيجة تبخر الفينولات المتطايرة .
• الألياف الزجاجية : تُستخدم في صناعة قطع غيار السيارات نظرًا لانخفاض تكلفة موادها. تتكون أجنحة السيارات المصنوعة من الألياف الزجاجية من قماش الألياف الزجاجية المشبع براتنج حراري، مثل الإيبوكسي . تتميز الألياف الزجاجية بمتانتها وسهولة تشكيلها، إلا أنها أصبحت غير مجدية اقتصاديًا للإنتاج على نطاق واسع بسبب تكلفة العمالة.
• السيليكون : لجأ بعض مصنعي إكسسوارات السيارات مؤخرًا إلى استخدام بوليمرات السيليكون العضوية. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه المادة في مرونتها الفائقة. يتميز السيليكون بخصائص حرارية عالية جدًا، مما يطيل عمر المنتج.
• ألياف الكربون : تتميز ألياف الكربون بخفة وزنها ومتانتها، إلا أنها باهظة الثمن. ونظرًا لاحتياجها إلى قدر كبير من العمل اليدوي، لا يمكن استخدامها على نطاق واسع في صناعة قطع غيار السيارات حاليًا.

يُعدّل الجناح الخلفي النشط نفسه ديناميكيًا أثناء قيادة السيارة بناءً على الظروف المحيطة، مُغيّرًا تأثيره وشدته، أو غيرها من خصائص الأداء. يوجد هذا النوع غالبًا في السيارات الرياضية وسيارات الركاب الأخرى، وأكثر أشكاله شيوعًا هو الجناح الخلفي الذي ينكمش ويختفي جزئيًا أو كليًا داخل مؤخرة السيارة، ثم يمتد للأعلى عندما تتجاوز السيارة سرعة معينة، كما هو الحال في الجناح النشط في سيارة بوغاتي فيرون . كما تم تطبيق أجنحة أمامية نشطة في بعض الطرازات، حيث يمتد الجناح الأمامي أو حاجز الهواء باتجاه الطريق لتقليل مقاومة الهواء عند السرعات العالية. في معظم الحالات، يتم تفعيل الجناح بواسطة محرك كهربائي يتحكم فيه تلقائيًا كمبيوتر السيارة أو أجهزة إلكترونية أخرى، عادةً بناءً على سرعة السيارة أو إعدادات السائق أو غيرها من المدخلات. في كثير من الأحيان، يستطيع السائق تفعيل الجناح يدويًا إذا رغب في ذلك، ولكن قد لا يتمكن من سحبه عند تجاوز سرعة معينة لأن ذلك قد يُقلل بشكل خطير من خصائص التحكم بالسيارة عند السرعات العالية.

توفر المصدات المتحركة مزايا إضافية مقارنةً بالمصدات الثابتة. فمن الناحية الجمالية، تُضفي مظهرًا أنيقًا وبسيطًا على السيارة عند ركنها أو سيرها بسرعات منخفضة، حيث تكون أكثر عرضةً للملاحظة. وقد يكون المصد القابل للإخفاء جذابًا لمصممي السيارات الذين يسعون لتحسين الديناميكا الهوائية عند السرعات العالية (مثل بورش 911 أو أودي TT ) دون تغيير مظهرها بشكل جذري. كما يُحسّن إخفاء المصد عند السرعات المنخفضة من الديناميكا الهوائية. ففي هذه السرعات، قد يزيد المصد الثابت من مقاومة الهواء ولا يُحسّن من ثبات السيارة بشكل ملحوظ نظرًا لقلة تدفق الهواء فوقه. بينما يُقلل المصد الأمامي القابل للسحب من احتكاك السيارة بالأرصفة أو عيوب الطريق الأخرى، مع الحفاظ على تقليل مقاومة الهواء عند السرعات العالية.

تؤدي المراوح المزودة بمحركات، كما هو الحال في سيارة تشابارال 2J ، وظيفة مماثلة للمشتتات الهوائية، حيث تزيد من قوة الدفع السفلية، وبالتالي تحسين تماسك السيارة وثباتها (انظر تأثير الأرض ). ولا تزال الأبحاث جارية حول استخدام المراوح لتعديل الديناميكا الهوائية للمركبات. ^{[ 15 ]}

قد تحتوي الشاحنات الثقيلة، مثل شاحنات النقل لمسافات طويلة ، على جناح خلفي أعلى وجوانب الكابينة لتقليل مقاومة الهواء الناتجة عن المقطورة التي تجرها، والتي قد تكون أطول من الكابينة، مما يقلل من انسيابية السيارة بشكل كبير في حال عدم استخدام هذا الجناح. كما يمكن تزويد المقطورات التي تجرها هذه الشاحنات بأجنحة خلفية سفلية مائلة للخارج لتوجيه الهواء المتدفق بعيدًا عن عجلات المحور الخلفي.

قد تستخدم القطارات مكابح هوائية لتقليل مقاومة الهواء. صُمم قطار "فاستيك 360" ، وهو نموذج أولي لقطار ياباني فائق السرعة ، للوصول إلى سرعات تصل إلى 400 كم/ساعة (250 ميل/ساعة) . صُمم مقدمته خصيصًا لتقليل تأثير الرياح المصاحب للمرور عبر الأنفاق، ويمكنه نشر "أذنين" لإبطاء القطار في حالات الطوارئ عن طريق زيادة مقاومة الهواء.  

تستخدم بعض سيارات السباق الحديثة جناحًا خلفيًا سلبيًا يُسمى رفرف السقف . صُمم هيكل السيارة لتوليد قوة ضاغطة أثناء القيادة للأمام. تُفتح رفارف السقف هذه عند دوران هيكل السيارة للسير للخلف، وهي حالة يُولد فيها الهيكل قوة رفع بدلًا من قوة الرفع. تُفتح رفارف السقف لأنها مُثبتة في تجويف في السقف. يؤدي انخفاض الضغط فوق هذا التجويف إلى فتح الرفارف، مما يُعاكس جزءًا من قوة الرفع التي تُولدها السيارة، ويجعلها أكثر مقاومة للانفصال عن الأرض. تم تقديم هذه الأجهزة في سباقات ناسكار عام 1994 بعد حادثة راستي والاس في تالاديغا . ^{[ 16 ]}

عندما ظهرت سيارة بورش 911 توربو لأول مرة في أغسطس 1974، مزودةً بجناحين خلفيين كبيرين بارزين، أُطلق عليهما اسم "ذيل الحوت". ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} صُممت هذه الجنوط لتقليل قوة الرفع الخلفية، وبالتالي منع السيارة من الانزلاق الزائد عند السرعات العالية، ^{[ 20 ]} واعتُبرت حوافها المطاطية "آمنة للمشاة". ^{[ 21 ]} وأصبحت سيارة توربو بجناحها الخلفي المميز معروفة. ^{[ 22 ] [ 23 ]} ابتداءً من عام 1978، أُعيد تصميم الجناح الخلفي وأُطلق عليه اسم "صينية الشاي" نظرًا لجوانبه المرتفعة. ^{[ 24 ]} استُخدمت جنوط بورش 911 الخلفية مع جناح سفلي مُثبّت على اللوحة الأمامية، والذي، وفقًا لبعض المصادر، لم يُحسّن من الثبات الديناميكي الهوائي . ^{[ 25 ]} إنها أقل فعالية في مضاعفة قوة الضغط السفلي مقارنة بالتقنيات الأحدث مثل الجناح الهوائي ، ^{[ 26 ]} "الجناح الخلفي الذي يمتد عبر قاعدة نافذة الباب الخلفي"، ^{[ 27 ]} أو "الجناح الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا والذي يتم نشره عند حوالي 80 كم /ساعة " ^{[ 28 ]}  

تاريخ

ظهر جناح "ذيل الحوت" بعد جناح "ذيل البطة" أو "بورزل" بالألمانية عام 1973 (كجزء من برنامج E )، وهو جناح خلفي أصغر حجمًا وأقل بروزًا تم تركيبه على سيارة 911 كاريرا RS (وتعني " رياضة السباق" بالألمانية)، وكان اختياريًا خارج ألمانيا. ^{[ 17 ] [ 19 ]} صُمم جناح "ذيل الحوت" في الأصل لسيارات السباق بورش 930 وبورش 935 عام 1973، وتم تقديمه لسيارة توربو عام 1974 (كجزء من برنامج H )؛ كما كان خيارًا متاحًا في سيارات كاريرا غير المزودة بشاحن توربيني بدءًا من عام 1975. ^{[ 29 ] [ 30 ]} صُمم كلا النوعين من الأجنحة أثناء تولي إرنست فورمان منصب المدير الفني لشركة بورش إيه جي . ^{[ 31 ]} في عام 1976، تم تقديم جناح أمامي سفلي مطاطي لموازنة الجناح الأكثر فعالية. ^{[ 18 ]} بحلول عام 1978، قدمت بورش تصميمًا آخر للجناح الخلفي، وهو "صينية الشاي"، وهو عبارة عن غلاف أكثر استدارة يستوعب المبرد البيني، وكان أيضًا خيارًا متاحًا لسيارة 911SC. ^{[ 17 ] [ 32 ]}

• 
  جناح خلفي مثبت من المصنع لسيارة فورد سييرا آر إس كوزوورث
• 
  جناح خلفي لسيارة ميتسوبيشي لانسر إيفولوشن
• 
  مرسيدس بنز CLK GTR
• 
  بورش 996 جي تي 3
• 
  جناح خلفي قابل للسحب في سيارة بوجاتي فيرون
• 
  ناسكار دودج تشارجر

• جناح هوائي
• زعنفة خلفية للسيارة
• موزع العطور
• رفرف نقالة
• قائمة قطع غيار السيارات