مروحة الذيل

الدوار الخلفي هو دوار أصغر حجماً يُركّب عمودياً أو شبه عمودياً في ذيل المروحية التقليدية ذات الدوار الواحد ، حيث يدور لتوليد قوة دفع أفقية شبيهة بقوة المروحة في نفس اتجاه دوران الدوار الرئيسي . يسمح موقع الدوار الخلفي ومسافته عن مركز كتلة المروحية بتوليد قوة دفع كافية لموازنة عزم الدوران الارتدادي الناتج عن دوران الدوار الرئيسي على جسم المروحية . بدون الدوار الخلفي أو آليات أخرى مضادة لعزم الدوران (مثل نظام NOTAR )، ستدور المروحية باستمرار في الاتجاه المعاكس لدوران الدوار الرئيسي أثناء الطيران. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

تُعدّ المراوح الذيلية أبسط من المراوح الرئيسية، إذ لا تتطلب سوى تغييرات جماعية في زاوية ميل شفرات المروحة الذيلية لتغيير قوة الدفع. ويمكن للطيار ضبط زاوية ميل شفرات المروحة الذيلية عبر دواسات مقاومة العزم، والتي توفر أيضًا تحكمًا اتجاهيًا من خلال السماح للطيار بتدوير المروحية حول محورها الرأسي. ويتكون نظام الدفع من عمود مُغذّى من ناقل الحركة الرئيسي وعلبة تروس مثبتة في نهاية ذراع الذيل . وقد يتكون عمود الدفع من عمود طويل واحد أو سلسلة من الأعمدة الأقصر المتصلة من كلا الطرفين بوصلات مرنة ، مما يسمح لعمود الدفع بالانثناء مع ذراع الذيل. وتوفر علبة التروس في نهاية ذراع الذيل دفعًا بزاوية للمروحة الذيلية، وقد تتضمن أيضًا تروسًا لضبط الخرج على سرعة الدوران المثلى للمروحة الذيلية، والتي تُقاس بالدورات في الدقيقة (RPM). وفي المروحيات الأكبر حجمًا المزودة بدعامة ذيل، تُستخدم علب تروس وسيطة لنقل عمود دفع المروحة الذيلية من طول ذراع الذيل إلى أعلى الدعامة. قد يعمل حامل دوار الذيل أيضًا كجناح تثبيت رأسي ، لتخفيف متطلبات الطاقة لدوار الذيل أثناء الطيران الأمامي. كما قد يوفر حامل دوار الذيل عزم دوران مضاد محدود ضمن نطاقات سرعة جوية معينة ، في حال تعطل دوار الذيل أو أجهزة التحكم الخاصة به . يذهب حوالي 10% من طاقة المحرك إلى دوار الذيل. ^{[ 3 ]}

يقوم نظام الدوار الخلفي بتدوير أجنحة صغيرة تُسمى شفرات، تختلف في زاوية ميلها لتغيير قوة الدفع التي تُنتجها. غالبًا ما تُصنع هذه الشفرات من مواد مركبة ، مثل قلب مصنوع من الألومنيوم على شكل قرص عسل أو ورق مُلدّن على شكل قرص عسل، مغطى بغلاف من الألومنيوم أو ألياف الكربون المركبة . يمكن تصنيع شفرات الدوار الخلفي بتصميمات متناظرة وغير متناظرة . تعتمد آلية تغيير زاوية الميل على نظام تحكم بالكابلات أو أنابيب تحكم تمتد من دواسات مقاومة عزم الدوران في قمرة القيادة إلى آلية مثبتة على علبة تروس الدوار الخلفي. في المروحيات الأكبر حجمًا، تُعزز آلية تغيير زاوية الميل بمحرك تحكم هيدروليكي. في حالة تعطل النظام الهيدروليكي، يظل النظام الميكانيكي قادرًا على التحكم في زاوية ميل الدوار الخلفي، على الرغم من أن مقاومة التحكم التي يشعر بها الطيار ستكون أكبر بكثير.

يُغذّى دوّار الذيل بواسطة المحرك الرئيسي للمروحية، ويدور بسرعة تتناسب مع سرعة الدوّار الرئيسي. في كلٍّ من المروحيات ذات المحركات المكبسية والتوربينية، يرتبط الدوّار الرئيسي ودوّّار الذيل ميكانيكيًا عبر نظام قابض حرّ الدوران ، مما يسمح للدوّارين بالاستمرار في الدوران في حالة تعطل المحرك عن طريق فصل المحرك ميكانيكيًا عن كلٍّ من الدوّار الرئيسي ودوّّار الذيل. أثناء الدوران الذاتي ، يستمر زخم الدوّار الرئيسي في تغذية دوّار الذيل، مما يسمح بالتحكم في الاتجاه. ولتحسين أدائه في الطيران الأمامي، لا تحتوي شفرات دوّار الذيل على أي التواء لتقليل مقاومة الهواء، لأن دوّار الذيل مُثبّت بحيث يكون محور دورانه عموديًا على اتجاه الطيران.

يُعتبر دوار الذيل والأنظمة التي تُوفر له الطاقة والتحكم بالغة الأهمية لضمان سلامة الطيران. وكما هو الحال مع العديد من أجزاء المروحية، فإن دوار الذيل وناقل حركته والعديد من أجزاء نظام الدفع لها عمر افتراضي محدود ، ما يعني استبدالها بشكل دوري بعد عدد معين من ساعات الطيران، بغض النظر عن حالتها. وبين فترات الاستبدال، تخضع الأجزاء لفحوصات دورية باستخدام طرق بصرية وكيميائية، مثل فحص الاختراق الفلوري، للكشف عن الأجزاء الضعيفة قبل تعطلها التام.

على الرغم من التركيز على تقليل الأعطال، إلا أنها تحدث أحيانًا، وغالبًا ما يكون السبب هو الهبوط العنيف أو اصطدام الذيل بالأرض ، أو تلف ناتج عن أجسام غريبة . مع أن دوار الذيل يُعتبر أساسيًا لسلامة الطيران، إلا أن تعطل وظيفته لا يؤدي بالضرورة إلى تحطم مميت. في حال حدوث العطل نتيجة احتكاك الطائرة بالأرض، تكون الطائرة بالفعل على ارتفاع منخفض، ما قد يُتيح للطيار إمكانية خفض زاوية ميل الدوار الرئيسي وهبوط المروحية قبل أن تفقد السيطرة عليها تمامًا. إذا تعطل دوار الذيل بشكل عشوائي أثناء الطيران، فإن قوة الدفع الأمامية غالبًا ما تُوفر بعض الاستقرار الاتجاهي، نظرًا لأن العديد من المروحيات مُجهزة بمثبت رأسي . عندها سيُضطر الطيار إلى الدوران الذاتي والهبوط اضطراريًا بسرعة أمامية عالية، وهو ما يُعرف بالهبوط المتدحرج .

يشكل المروحة الخلفية خطراً على فرق الصيانة الأرضية العاملة بالقرب من المروحية أثناء دورانها. ولذلك، تُطلى المراوح الخلفية بخطوط ذات ألوان متناوبة لزيادة وضوحها لفرق الصيانة الأرضية أثناء دورانها.

ظهرت ثلاثة تصاميم بديلة رئيسية تحاول حل أوجه القصور في نظام الدوار الخلفي.

يتمثل الخيار الأول في استخدام مروحة داخلية مغلقة بدلاً من شفرات الدوار المكشوفة . يُعرف هذا التصميم باسم " ذيل المروحة " أو " فينسترون "، وهي علامة تجارية مسجلة لشركة يوروكوبتر (التي أصبحت الآن إيرباص هليكوبترز ) لطائراتها الهليكوبتر متعددة الأغراض من سلسلة دوفين . يقلل الغلاف المحيط بالمروحة من فقدان الطاقة الناتج عن دوامات الأطراف ، ويحمي الشفرات من أضرار الأجسام الغريبة ، ويحمي الطواقم الأرضية من المخاطر المحتملة لدوران الدوار المكشوف، كما أنه يُنتج مستوى ضوضاء أقل بكثير وأقل اضطرابًا من دوار الذيل التقليدي. تستخدم المروحة الداخلية عددًا أكبر من الشفرات الأقصر، ولكنها تعمل بمبادئ دفع مشابهة جدًا لدوار الذيل التقليدي.

طوّرت شركة ماكدونيل دوغلاس نظام NOTAR ( بدون دوار ذيل )، الذي يُلغي وجود أي أجزاء دوّارة مكشوفة. يستخدم نظام NOTAR مروحة أنبوبية متغيرة الميل تعمل بمحرك المروحية، ولكن هذه المروحة مُثبّتة داخل جسم الطائرة أمام ذيلها، ويمر العادم عبر الذيل حتى نهايته، حيث يُطرد من أحد الجانبين. يُنشئ هذا طبقة حدّية تُجبر تيار الهواء الهابط من الدوّار الرئيسي على الالتفاف حول الذيل وفقًا لتأثير كواندا . يُولّد هذا قوة تُعادل عزم دوران الدوّار الرئيسي وتُوفّر تحكمًا اتجاهيًا. تتشابه مزايا هذا النظام مع مزايا نظام فينسترون المذكور سابقًا.

هناك أربع طرق على الأقل للتخلص من الحاجة إلى مروحة الذيل تمامًا  :

• المراوح المزدوجة / المستعرضة : هي استخدام مروحتين رئيسيتين غير متداخلتين تدوران في اتجاهين متعاكسين، بحيث يلغي عزم الدوران الناتج عن إحداهما عزم الدوران الناتج عن الأخرى. وتُشاهد هذه التكوينات عادةً في طائرات الهليكوبتر ذات القدرة على الرفع الثقيل، مثل طائرة CH-47 شينوك ذات المراوح المزدوجة .

يُعد تصميم المراوح القابلة للإمالة ، كما هو الحال في طائرة V-22 Osprey ، شكلاً معدلاً من تصميم المراوح العرضية، حيث تُركّب المراوح في حاضنات قابلة للإمالة عند أطراف الأجنحة الثابتة . وهذا يسمح للمراوح بالعمل كمراوح دافعة عند الطيران للأمام بأقصى سرعة.

• محوري. تستخدم تصاميم أخرى، مثل كاموف كا-50 وسيكورسكي إكس 2، دوارات رئيسية محورية متعاكسة الدوران ، ما يعني أن كلا الدوارين يدوران حول المحور نفسه ولكن في اتجاهين متعاكسين. يتطلب تعقيد أي نظام دوار رئيسي مزدوج إضافة نظام تحكم طيران إلكتروني ، مما يزيد التكاليف بشكل كبير.
• تدور الدوارات المتشابكة في اتجاهين متعاكسين، لكن الشفرات تدور في الفراغات بين الشفرات المتقابلة ^، مما يسمح للدوارات بتقاطع مساراتها دون اصطدام. اخترعها أنطون فليتنر، واستُخدمت في ^طائرات فليتنر Fl 282 ، ^وكامان HH-43 هاسكي ، وكامان K-MAX .
• المحرك النفاث الطرفي . من الطرق الأخرى للتخلص من تأثير عزم الدوران الناتج عن الجناح الدوار تركيب المحرك على أطراف الجناح بدلاً من داخل المروحية نفسها؛ وهذا ما يُسمى بالمحرك النفاث الطرفي . من الأمثلة على المروحيات التي تستخدم هذا النظام مروحية NHI H-3 Kolibrie ، التي كانت مزودة بمحرك نفاث تضاغطي على كل طرف من طرفي الجناحين، ووحدة طاقة مساعدة لتدوير الدوار قبل تشغيل المحركات النفاثة. مثال آخر هو مروحية Fairey Rotodyne . كذلك، لا تحتاج الدوارات غير المزودة بمحركات، المستخدمة في المروحيات ذاتية الدوران ، والمروحيات الدوارة ، والمفاهيم المشتقة منها، إلى دوار ذيل، على الرغم من أن جميع النماذج تقريبًا التي تستخدم هذا المفهوم للدفع تحتاج إلى مروحة ثانية بطريقة أو بأخرى لدفعها للأمام في البداية.

• بياستيكي إكس-49
• فقدان فعالية المروحة الخلفية

^{[ 5 ]}