تصميم الأجنحة ذات الزاوية المائلة

تصميم الأجنحة ذات الزاوية المائلة لأعلى (Dihedral): الوظيفة، الاستقرار، والاختلافات في الطائرات

مقدمة: ما هي الزاوية المائلة للأجنحة (Dihedral)؟

في عالم الطيران، يشير مصطلح Dihedral إلى الميل التصاعدي لجناحي الطائرة بالنسبة للمستوى الأفقي لجسم الطائرة. فعند النظر إلى الطائرة من الأمام، تبدو الأجنحة وكأنها على شكل حرف "V" مقلوب، بدلاً من أن تكون أفقية تمامًا. تلعب هذه الزاوية الهندسية دورًا مهمًا في تعزيز الاستقرار الجانبي للطائرة، مما يساعدها على مقاومة الانقلاب واستعادة توازنها تلقائيًا بعد أي اضطراب.

أنواع تكوين الأجنحة

عادةً ما يتم تصميم أجنحة الطائرات بإحدى ثلاث تكوينات:

• زاوية مائلة لأعلى (Dihedral موجب): الأجنحة تميل صعودًا، وهو تصميم شائع في الطائرات التدريبية والطائرات الشراعية والطائرات الخفيفة.

• زاوية صفرية (Zero Dihedral): الأجنحة تمتد بشكل أفقي تمامًا دون ميل. يستخدم هذا التصميم في بعض الطائرات ذات الأداء العالي أو الحركات البهلوانية.

• زاوية مائلة لأسفل (Anhedral أو Dihedral سالب): الأجنحة تميل نحو الأسفل، ويُستخدم هذا النمط في الطائرات المقاتلة والطائرات التي تتطلب قدرة عالية على المناورة.

كيفية قياس زاوية الميل (Dihedral)

التعريف

زاوية الميل (dihedral) هي الزاوية بين جناح الطائرة وخط أفقي مرجعي موازٍ لمحور جسم الطائرة.

طرق القياس

• القياس الهندسي (لكل جناح): عند القول بأن "زاوية الميل 5 درجات"، فإن المقصود هو أن كل جناح يميل 5 درجات صعودًا بالنسبة للمستوى المرجعي للطائرة.
• القياس الإجمالي (غير رسمي): في بعض أوساط الطائرات النموذجية، يتم جمع الزاويتين (مثل 3 درجات لكل جناح = 6 درجات إجمالية)، لكنه ليس قياسًا دقيقًا من الناحية الهندسية.

القياس العملي

لقياس زاوية الميل على طائرة حقيقية أو نموذج:

1. ضع الطائرة على سطح مستوٍ.
2. قِس الارتفاع العمودي من طرف الجناح حتى الأرض.
3. قِس المسافة الأفقية من جذر الجناح حتى الطرف.
4. استخدم المعادلة:

5. في نماذج التصميم الرقمي (مثل CAD) أو المخططات الهندسية، يمكن قياس الزاوية مباشرةً بين خط وتر الجناح والمستوى المرجعي الأفقي.

هدف زاوية الميل: تعزيز الاستقرار الجانبي

الوظيفة الأساسية للزاوية المائلة للأجنحة هي زيادة الاستقرار الجانبي للطائرة، أي قدرتها على العودة إلى الطيران المتوازن بعد أي انحراف جانبي.

آلية تحقيق الاستقرار

1. اضطراب في التوازن: تتعرض الطائرة لهبّة رياح أو اختلال في الوزن يؤدي إلى ميل أحد الجناحين نحو الأسفل.
2. انزلاق جانبي: تبدأ الطائرة بالانحراف جانبياً في الهواء.
3. تغير زاوية تدفق الهواء: يصبح الهواء الملامس للأجنحة مائلًا وليس أماميًا تمامًا.
4. اختلاف في قوة الرفع:
5. • الجناح المنخفض يواجه الهواء بزاوية هجوم أكبر، مما يولد قوة رفع أعلى.
   • الجناح المرتفع يواجه الهواء بزاوية أقل، مما يقلل من قوة الرفع.
5. عزم استعادة التوازن: الفرق في قوة الرفع بين الجناحين يولد عزمًا يعيد الطائرة إلى الوضع المستوي.

فوائد تصميم الجناح المائل لأعلى

• استقرار جانبي أكبر: تساعد الطائرة على استعادة توازنها دون تدخل مستمر من الطيار.
• تقليل عبء الطيار: تسهّل التعامل مع الاضطرابات الهوائية.
• مناسب للطائرات المستقرة: مثالي للطائرات الشراعية، والتدريبية، والطائرات بدون طيار.
• دعم الطيران الذاتي: يساعد على الاستقرار السلبي في الطائرات المسيرة.

القيود والمساوئ

• استجابة أقل للانعطاف: تجعل الطائرة أبطأ في الدوران حول محورها الطولي.
• زيادة طفيفة في مقاومة الهواء: تؤثر بشكل بسيط على الأداء في السرعات العالية.
• احتمال حدوث اضطراب "الدحرجة الهولندية" (Dutch Roll): خاصة في الطائرات ذات الأجنحة المائلة والمجنحة للخلف.

الدحرجة الهولندية (Dutch Roll): اضطراب مزدوج

الدحرجة الهولندية هي تذبذب ديناميكي يجمع بين حركتي الانحراف الأفقي (Yaw) والدوران الجانبي (Roll). يظهر بشكل واضح في الطائرات ذات الأجنحة المجنحة والمائلة لأعلى.

كيفية حدوثها

1. يحدث انحراف أفقي يؤدي إلى انزلاق جانبي.
2. تؤدي زاوية الميل إلى توليد عزم دوران جانبي.
3. تبالغ الطائرة في التصحيح، مما يكرر الدورة.

طرق الحد من هذه الظاهرة

• استخدام مثبطات الانحراف الأوتوماتيكية (Yaw Dampers).
• زيادة حجم الزعنفة الرأسية.
• تحقيق توازن دقيق بين زاوية الميل، شكل الجناح، وتصميم الذيل.

الاعتبارات التصميمية حسب نوع الطائرة

• الطائرات ذات الأجنحة العلوية: تستفيد من استقرار يشبه البندول، لذلك تحتاج إلى ميل أقل.
• الطائرات ذات الأجنحة السفلية: تعتمد أكثر على زاوية الميل لتحقيق الاستقرار.
• الطائرات المقاتلة: تستخدم غالبًا زوايا سلبية (Anhedral) لتقليل الاستقرار وزيادة قدرة المناورة.
• الطائرات التدريبية والشراعية: تستفيد من زاوية ميل عالية للحصول على طيران ناعم ومستقر.

الخلاصة

تصميم الأجنحة المائلة لأعلى هو أحد الأسس الهامة لتحقيق الاستقرار الجانبي في الطائرات. من خلال الميل التصاعدي للأجنحة، يتم توليد عزم طبيعي يعيد الطائرة إلى وضع الطيران المتوازن بعد الاضطرابات. هذا يجعل هذا التصميم مثاليًا للطائرات التي تحتاج إلى طيران مستقر وسهل، مثل الطائرات الشراعية، وطائرات التدريب، والطائرات بدون طيار. ومع ذلك، فإن زاوية الميل تؤدي إلى بطء في الاستجابة للانعطافات، وقد تسهم في حدوث اضطرابات مركبة مثل الدحرجة الهولندية. والأهم من ذلك، أن زاوية الميل لا تُغني أبدًا عن الجنيحات، بل يجب أن يعملا معًا: الأولى للاستقرار السلبي، والثانية للتحكم النشط. يجمع هذا التوازن بين السلامة وسهولة التحكم في تصميم الطائرة.

أو بإمكانك إستكشاف تصنيفات أخرى

عالم الإلكترونيات

الفيزياء وميكانيكا الطيران

استكشف العالم الخفي تحت المجهر