مولد الدوامات

مولد الدوامات ( VG ) هو جهاز ديناميكي هوائي ، يتكون من ريشة صغيرة تُثبّت عادةً على سطح رفع (أو جناح طائرة ) ^{[ 1 ]} أو شفرة دوّارة لتوربين رياح . ^{[ 2 ]} يمكن أيضًا تثبيت مولدات الدوامات على جزء من مركبة ديناميكية هوائية مثل جسم طائرة أو سيارة. عندما يكون الجناح أو الجسم متحركًا بالنسبة للهواء، يُنشئ مولد الدوامات دوامة ، ^{[ 1 ] [ 3 ]} والتي، من خلال إزالة جزء من الطبقة الحدية البطيئة الحركة الملامسة لسطح الجناح، تؤخر انفصال التدفق الموضعي والتوقف الديناميكي الهوائي ، مما يُحسّن فعالية الأجنحة وأسطح التحكم ، مثل اللوحات ، والمصاعد ، والجنيحات ، والدفات . ^{[ 3 ]}

تُستخدم مولدات الدوامات في أغلب الأحيان لتأخير انفصال التدفق . ولتحقيق ذلك، تُوضع عادةً على الأسطح الخارجية للمركبات ^{[ 4 ]} وشفرات توربينات الرياح. في كلٍ من الطائرات وشفرات توربينات الرياح، تُركّب عادةً بالقرب من الحافة الأمامية للجناح للحفاظ على تدفق هواء ثابت فوق أسطح التحكم عند الحافة الخلفية. ^{[ 3 ]} تكون مولدات الدوامات عادةً مستطيلة أو مثلثة، ويبلغ ارتفاعها تقريبًا ارتفاع الطبقة الحدية المحلية ، وتمتد في خطوط عرضية عادةً بالقرب من الجزء الأكثر سمكًا من الجناح. ^{[ 1 ]} ويمكن رؤيتها على أجنحة وذيول العديد من الطائرات .

تُوضع مولدات الدوامات بشكل مائل بحيث تشكل زاوية هجوم بالنسبة لتدفق الهواء المحلي ^{[ 1 ]} ، وذلك لتكوين دوامة طرفية تجذب الهواء الخارجي النشط سريع الحركة إلى الطبقة الحدية البطيئة الحركة الملامسة للسطح. تكون الطبقة الحدية المضطربة أقل عرضة للانفصال من الطبقة الحدية الصفائحية، ولذلك يُفضل وجودها لضمان فعالية أسطح التحكم في الحافة الخلفية. تُستخدم مولدات الدوامات لتحفيز هذا الانتقال. كما تعمل أجهزة أخرى، مثل الدوامات الطرفية ، وامتدادات الحافة الأمامية ، وأطواق الحافة الأمامية [ ^{5 ]، على} تأخير انفصال التدفق عند زوايا الهجوم العالية عن طريق إعادة تنشيط الطبقة الحدية. ^{[ 1 ] [ 3 ]}

من أمثلة الطائرات التي تستخدم مولدات الدوامات طائرتي إس تي إيروسبيس إيه-4 إس يو سوبر سكاي هوك وسيمفوني إس إيه-160 . أما بالنسبة للطائرات ذات التصميمات الأسرع من الصوت ذات الأجنحة المائلة، فإن مولدات الدوامات تخفف من مشاكل التوقف المفاجئ المحتملة (مثل طائرات هارير وبلاكبيرن بوكانير وغلوستر جافلين ).

تُجهز العديد من الطائرات بمولدات دوامات ريشية منذ تصنيعها، ولكن يوجد أيضًا موردون في السوق الثانوية يبيعون مجموعات مولدات الدوامات لتحسين أداء الإقلاع والهبوط القصيرين لبعض الطائرات الخفيفة. ^{[ 6 ]} ويدّعي هؤلاء الموردون (أ) أن مولدات الدوامات تُخفّض سرعة التوقف وتُقلّل سرعات الإقلاع والهبوط، و(ب) أنها تزيد من فعالية الجنيحات والمصاعد والدفات، مما يُحسّن التحكم والسلامة عند السرعات المنخفضة. ^{[ 7 ]} بالنسبة للطائرات المصنّعة منزليًا والطائرات التجريبية ، تُعدّ مولدات الدوامات رخيصة وفعّالة من حيث التكلفة ويمكن تركيبها بسرعة؛ ولكن بالنسبة لتركيبها في الطائرات المعتمدة، قد تكون تكاليف الاعتماد مرتفعة، مما يجعل التعديل عملية مكلفة نسبيًا. ^{[ 6 ] [ 8 ]}

يلجأ مالكو الطائرات إلى تركيب مولدات دوامات إضافية لتحسين الأداء عند السرعات المنخفضة، إلا أن من عيوبها أنها قد تُقلل سرعة الطيران قليلاً. في اختبارات أُجريت على طائرتي سيسنا 182 وبايبر PA-28-235 شيروكي ، وثّق مُراجعون مستقلون انخفاضًا في سرعة الطيران يتراوح بين 1.5 و2.0 عقدة (2.8 إلى 3.7 كم/ساعة) . مع ذلك، يُعد هذا الانخفاض طفيفًا نسبيًا، نظرًا لأن جناح الطائرة عند السرعات العالية يتميز بزاوية هجوم صغيرة، مما يُقلل مقاومة مولدات الدوامات إلى أدنى حد. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}  

أفاد المالكون أنه على الأرض، قد يكون من الصعب إزالة الثلج والجليد من أسطح الأجنحة المزودة بمولدات دوامات مقارنةً بالأجنحة الملساء، إلا أن مولدات الدوامات لا تتعرض عمومًا للتجمد أثناء الطيران لأنها تقع ضمن الطبقة الحدية لتدفق الهواء. وقد تحتوي مولدات الدوامات أيضًا على حواف حادة يمكن أن تمزق نسيج أغطية هيكل الطائرة، مما قد يستدعي تصنيع أغطية خاصة. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}

بالنسبة للطائرات ذات المحركين، يدعي المصنعون أن مولدات الدوامات تقلل من سرعة التحكم في المحرك الواحد ( Vmca )، وتزيد من وزن الطائرة بدون وقود والوزن الإجمالي، وتحسن فعالية الجنيحات والدفة، وتوفر رحلة أكثر سلاسة في حالة الاضطرابات الجوية، وتجعل الطائرة منصة أجهزة أكثر استقرارًا. ^{[ 6 ]}

قد تسمح بعض مجموعات VG المتوفرة للطائرات الخفيفة ذات المحركين بزيادة الحد الأقصى لوزن الإقلاع . ^{[ 6 ]} يُحدد الحد الأقصى لوزن الإقلاع للطائرة ذات المحركين بناءً على المتطلبات الهيكلية ومتطلبات أداء الصعود بمحرك واحد (والتي تكون أقل عند انخفاض سرعة التوقف). بالنسبة للعديد من الطائرات الخفيفة ذات المحركين، تحدد متطلبات أداء الصعود بمحرك واحد وزنًا أقصى أقل من المتطلبات الهيكلية. وبالتالي، فإن أي إجراء يُمكن اتخاذه لتحسين أداء الصعود عند تعطل أحد المحركين سيؤدي إلى زيادة الحد الأقصى لوزن الإقلاع. ^{[ 8 ]}

في الولايات المتحدة من عام 1945 ^{[ 11 ]} حتى عام 1991، ^{[ 12 ]} كان شرط الصعود بمحرك واحد معطل للطائرات متعددة المحركات التي يبلغ وزن الإقلاع الأقصى لها 6000 رطل (2700 كجم) أو أقل كما يلي:  

جميع الطائرات متعددة المحركات التي لها سرعة توقف${\displaystyle V_{s0}}$يجب أن يكون معدل الصعود ثابتًا على الأقل عندما تتجاوز السرعة 70 ميلاً في الساعة${\displaystyle 0.02(V_{s0})^{2}}$بالقدم في الدقيقة على ارتفاع 5000 قدم مع تعطل المحرك الحرج وتشغيل المحركات المتبقية بما لا يزيد عن أقصى طاقة مستمرة، والمروحة المعطلة في وضع أقل مقاومة، وعجلات الهبوط مطوية، وأجنحة الطائرة في الوضع الأمثل...

أين${\displaystyle V_{s0}}$هي سرعة التوقف في وضعية الهبوط بالأميال في الساعة.

عادةً ما يُسهم تركيب مولدات الدوامات في خفض طفيف لسرعة توقف الطائرة ^{[ 4 ]} ، وبالتالي تقليل متطلبات أداء الصعود عند تعطل أحد المحركين. ويسمح انخفاض متطلبات أداء الصعود بزيادة الحد الأقصى لوزن الإقلاع، على الأقل حتى الحد الأقصى المسموح به وفقًا للمتطلبات الهيكلية. ^{[ 8 ]} ويمكن عادةً تحقيق زيادة الحد الأقصى المسموح به وفقًا للمتطلبات الهيكلية من خلال تحديد وزن أقصى بدون وقود ، أو، إذا كان الحد الأقصى للوزن بدون وقود محددًا بالفعل كأحد قيود الطائرة، فمن خلال تحديد وزن أقصى جديد أعلى بدون وقود. ^{[ 8 ]} لهذه الأسباب، تُصاحب مجموعات مولدات الدوامات للعديد من الطائرات الخفيفة ذات المحركين انخفاض في الحد الأقصى للوزن بدون وقود وزيادة في الحد الأقصى لوزن الإقلاع. ^{[ 8 ]}

لا ينطبق شرط معدل الصعود في حالة تعطل أحد المحركين على الطائرات ذات المحرك الواحد، لذا فإن المكاسب في الحد الأقصى لوزن الإقلاع (بناءً على سرعة التوقف أو الاعتبارات الهيكلية) تكون أقل أهمية مقارنة بتلك الخاصة بالطائرات ذات المحركين من عام 1945 إلى عام 1991.

بعد عام 1991، حددت متطلبات شهادة صلاحية الطيران في الولايات المتحدة الأمريكية شرط الصعود في حالة تعطل أحد المحركات كميل مستقل عن سرعة التوقف، مما يقلل من فرص مولدات الدوامات في زيادة الحد الأقصى لوزن الإقلاع للطائرات متعددة المحركات التي تستند شهادتها إلى المادة 23 من لوائح الطيران الفيدرالية (FAR) عند التعديل 23-42 أو ما بعده. ^{[ 12 ]}

نظرًا لأن أوزان الهبوط لمعظم الطائرات الخفيفة تُحدد بناءً على اعتبارات هيكلية وليس سرعة التوقف، فإن معظم مجموعات مولدات الدوامات تزيد وزن الإقلاع فقط دون وزن الهبوط. أي زيادة في وزن الهبوط تتطلب إما تعديلات هيكلية أو إعادة اختبار الطائرة عند وزن الهبوط الأعلى لإثبات استيفاء متطلبات الاعتماد. ^{[ 8 ]} مع ذلك، بعد رحلة طويلة، قد يكون الوقود قد استُهلك بكمية كافية، مما يُعيد وزن الطائرة إلى ما دون الحد الأقصى المسموح به لوزن الهبوط.

استُخدمت مولدات الدوامات على الجانب السفلي لأجنحة طائرات عائلة إيرباص A320 لتقليل الضوضاء الناتجة عن تدفق الهواء فوق فتحات معادلة الضغط الدائرية لخزانات الوقود. وتزعم لوفتهانزا  أنه يمكن تحقيق خفض في الضوضاء يصل إلى 2 ديسيبل. ^{[ 13 ]}

• فهرس مقالات الطيران
• مُحسِّن الاضطراب
• سحب الطبقة الحدية
• التحكم في الطبقة الحدية
• جناح مراقبة حركة المرور

• مولدات الدوامات: 50 عامًا من مزايا الأداء ، تاريخ مولدات الدوامات