الطائرات الأسرع من الصوت

الطائرة دون سرعة الصوت هي طائرة تقل سرعتها القصوى عن سرعة الصوت ( ماخ 1). ويصف هذا المصطلح تقنياً الطائرة التي تحلق بسرعة أقل من رقم ماخ الحرج ، والذي يبلغ عادةً حوالي 0.8 ماخ. جميع الطائرات المدنية الحالية، بما في ذلك طائرات الركاب والمروحيات وطائرات الركاب بدون طيار المستقبلية والمركبات الجوية الشخصية والسفن الهوائية ، بالإضافة إلى العديد من الطائرات العسكرية، هي طائرات دون سرعة الصوت.

على الرغم من أن السرعات العالية مرغوبة عادةً في الطائرات، إلا أن الطيران الأسرع من الصوت يتطلب محركات أكبر بكثير، واستهلاكًا أعلى للوقود، ومواد أكثر تطورًا من الطيران دون سرعة الصوت. ولذلك، فإن تكلفة الطائرة دون سرعة الصوت أقل بكثير من تكلفة تصميمها المكافئ الأسرع من الصوت، كما أنها تتمتع بمدى أطول وتُلحق ضررًا أقل بالبيئة.

كما أن البيئة دون الصوتية الأقل قسوة تسمح بنطاق أوسع بكثير من أنواع الطائرات، مثل البالونات والسفن الهوائية والطائرات الدوارة ، مما يسمح لها بشغل نطاق أوسع بكثير من الأدوار.

يُعد كل من طول الجناح ومساحته عاملين مهمين في خصائص الرفع . ويرتبطان بنسبة العرض إلى الطول ، وهي نسبة طول الجناح، المقاس من طرف إلى طرف، إلى متوسط ​​الوتر ، المقاس من الحافة الأمامية إلى الحافة الخلفية.

تُوصَف الكفاءة الديناميكية الهوائية للجناح بنسبة الرفع إلى السحب ، حيث يكون الجناح الذي يُولّد قوة رفع عالية مع مقاومة منخفضة هو الأكثر كفاءة. وتؤدي نسبة العرض إلى الطول الأعلى إلى نسبة رفع إلى سحب أعلى، وبالتالي يكون الجناح أكثر كفاءة. ^{[ 2 ]}

تتكون مقاومة الجناح من عنصرين: المقاومة المستحثة ، المرتبطة بتوليد قوة الرفع ، ومقاومة المقطع العرضي ، الناتجة بشكل رئيسي عن احتكاك السطح الذي تُساهم فيه مساحة الجناح بأكملها. ^{[ 3 ]} لذا، يُفضّل أن يكون للجناح أقل مساحة ممكنة تتوافق مع خصائص الرفع المطلوبة. ويتحقق ذلك على أفضل وجه بنسبة عرض إلى طول عالية، وغالبًا ما تتميز الطائرات عالية الأداء بهذا النوع من الأجنحة.

لكن اعتبارات أخرى، مثل خفة الوزن، والصلابة الهيكلية، والقدرة على المناورة، وسهولة التعامل الأرضي، وغيرها، غالباً ما تستفيد من جناح أقصر طولاً، وبالتالي أقل كفاءة. عادةً ما تكون نسبة العرض إلى الطول للطائرات العامة الصغيرة التي تحلق على ارتفاعات منخفضة ستة أو سبعة؛ وللطائرات التجارية 12 أو أكثر؛ وللطائرات الشراعية عالية الأداء 30 أو أكثر.

عند السرعات التي تتجاوز رقم ماخ الحرج، يبدأ تدفق الهواء بالتحول إلى سرعة فوق صوتية ، حيث يتسبب تدفق الهواء الموضعي في بعض المناطق في تشكل موجات صدمية صوتية صغيرة. يؤدي هذا سريعًا إلى توقف الصدمة ، مما يتسبب في زيادة سريعة في مقاومة الهواء. ^{[ 4 ]} تميل أجنحة الطائرات السريعة دون سرعة الصوت، مثل الطائرات النفاثة، إلى أن تكون منحنية لتأخير ظهور هذه الموجات الصدمية.

نظرياً، يكون السحب المستحث في أدنى مستوياته عندما يكون توزيع قوة الرفع على امتداد الجناح بيضاوي الشكل. مع ذلك، تؤثر عدة عوامل على السحب المستحث، ومن الناحية العملية، فإن الجناح ذو الشكل البيضاوي، كجناح طائرة سوبرمارين سبيتفاير المقاتلة في الحرب العالمية الثانية، ليس بالضرورة الأكثر كفاءة. أما أجنحة الطائرات النفاثة، المصممة خصيصاً لتحقيق الكفاءة، فهي بعيدة كل البعد عن الشكل البيضاوي.

تُسمى نسبة وتر طرف الجناح إلى وتر جذره بنسبة التناقص. وللتناقص أثر مرغوب فيه يتمثل في تقليل إجهاد الانحناء عند جذر الجناح عن طريق نقل قوة الرفع إلى الداخل، ولكن جادل بعض المصممين البارزين، بمن فيهم جون ثورب وكارل بيرجي، بأن الشكل المستطيل غير المتناقص هو الأنسب للطائرات التي يقل وزنها الإجمالي عن 6000 رطل.

• حاجز صوتي
• الطائرات الأسرع من الصوت