زاوية الهجوم

في ديناميكا الموائع ، زاوية الهجوم ( AOA ، α ، أو${\displaystyle \alpha }$الزاوية (θ) هي الزاوية بين خط مرجعي على جسم ما (غالباً وتر جناح الطائرة ) والمتجه الذي يمثل الحركة النسبية بين الجسم والسائل الذي يتحرك خلاله. ^{[ 1 ]} زاوية الهجوم هي الزاوية بين الخط المرجعي للجسم والتدفق القادم. تركز هذه المقالة على تطبيقها الأكثر شيوعاً: زاوية هجوم جناح طائرة يتحرك في الهواء.

في الديناميكا الهوائية ، تُحدد زاوية الهجوم الزاوية بين وتر الجناح الثابت والمتجه الذي يُمثل الحركة النسبية بين الطائرة والغلاف الجوي. ولأن الجناح قد يتعرض للالتواء، فقد لا يكون من الممكن تحديد وتر الجناح بأكمله، لذا يُحدد خط مرجعي بديل. غالبًا ما يُختار وتر جذر الجناح كخط مرجعي. وثمة خيار آخر يتمثل في استخدام خط أفقي على جسم الطائرة كخط مرجعي (وكذلك كمحور طولي). ^{[ 2 ]} بعض المؤلفين ^{[ 3 ] [ 4 ]} لا يستخدمون وترًا عشوائيًا، بل يستخدمون محور الرفع الصفري، حيث تتوافق زاوية الهجوم الصفرية، بحسب التعريف، مع معامل رفع صفري .

استخدم بعض المؤلفين البريطانيين مصطلح زاوية السقوط بدلاً من زاوية الهجوم. ^{[ 5 ]} ومع ذلك، قد يؤدي هذا إلى الخلط بينه وبين مصطلح زاوية السقوط لدى مُجهّزي الطائرات، والذي يعني الزاوية بين وتر الجناح ونقطة مرجعية ثابتة في الطائرة. ^{[ 6 ]}

يتغير معامل الرفع للطائرة ذات الجناح الثابت بتغير زاوية الهجوم. وترتبط زيادة زاوية الهجوم بزيادة معامل الرفع حتى يصل إلى أقصى قيمة له، وبعدها يبدأ معامل الرفع بالتناقص. ^{[ 7 ]}

مع ازدياد زاوية الهجوم للطائرة ذات الجناح الثابت، يزداد انفصال تدفق الهواء عن السطح العلوي للجناح، مما يؤدي إلى انخفاض معدل زيادة معامل الرفع. يوضح الشكل منحنى نموذجيًا لجناح مستقيم مقوس . تتميز الأجنحة المقوسة بانحناء يُولّد قوة رفع عند زوايا هجوم سالبة صغيرة. أما الجناح المتناظر، فيكون رفعه معدومًا عند زاوية هجوم صفر درجة. ويتأثر منحنى الرفع أيضًا بشكل الجناح، بما في ذلك مقطعه الجانبي وشكله الأفقي . يتميز الجناح المائل بمنحنى أقل ارتفاعًا وأكثر استواءً مع زاوية حرجة أعلى.

زاوية الهجوم الحرجة هي الزاوية التي تُنتج أعلى معامل رفع، وتُعرف أيضًا باسم " زاوية هجوم التوقف ". عند زاوية هجوم أقل من الزاوية الحرجة، ينخفض ​​معامل الرفع مع انخفاض زاوية الهجوم. وعلى العكس، عند زاوية هجوم أعلى من الزاوية الحرجة، ومع ازدياد زاوية الهجوم، يبدأ تدفق الهواء بالانخفاض فوق السطح العلوي للجناح، ويبدأ بالانفصال عنه. في معظم أشكال الأجنحة، مع ازدياد زاوية الهجوم، تنتقل نقطة انفصال التدفق على السطح العلوي من الحافة الخلفية باتجاه الحافة الأمامية. عند زاوية الهجوم الحرجة، يكون تدفق السطح العلوي أكثر انفصالًا، ويُنتج الجناح أعلى معامل رفع. ومع ازدياد زاوية الهجوم أكثر، يصبح تدفق السطح العلوي أكثر انفصالًا، وينخفض ​​معامل الرفع أكثر. ^{[ 7 ]}

عند تجاوز زاوية الهجوم الحرجة هذه، يُقال إن الطائرة في حالة توقف. وبحسب التعريف، تتوقف الطائرة ذات الجناح الثابت عند زاوية الهجوم الحرجة أو فوقها، وليس عند سرعة جوية محددة أو دونها . وتختلف السرعة الجوية التي تتوقف عندها الطائرة باختلاف وزنها، ومعامل الحمولة ، ومركز ثقلها، وعوامل أخرى. ومع ذلك، تتوقف الطائرة عادةً عند زاوية الهجوم الحرجة نفسها، إلا في حال وجود ظروف جليدية . وتتراوح زاوية الهجوم الحرجة أو زاوية التوقف عادةً بين 15 و18 درجة للعديد من أشكال الأجنحة.

تُجهّز بعض الطائرات بحاسوب طيران مدمج يمنع الطائرة تلقائيًا من زيادة زاوية الهجوم عند بلوغها الحد الأقصى، بغض النظر عن تدخل الطيار. يُطلق على هذا النظام اسم "محدد زاوية الهجوم" أو "محدد ألفا". أما الطائرات الحديثة المزودة بتقنية التحكم الإلكتروني بالطيران، فتتجنب زاوية الهجوم الحرجة باستخدام برمجيات في أنظمة الحاسوب التي تتحكم في أسطح التحكم بالطيران. ^{[ 8 ]}

في عمليات الإقلاع والهبوط من مدارج قصيرة ( STOL )، مثل عمليات حاملات الطائرات البحرية والطيران في المناطق النائية ، قد تُجهز الطائرات بمؤشرات زاوية الهجوم أو احتياطي الرفع . تقيس هذه المؤشرات زاوية الهجوم (AOA) أو إمكانية رفع الجناح (POWL، أو احتياطي الرفع) بشكل مباشر، وتساعد الطيار على الطيران بدقة أكبر بالقرب من نقطة التوقف. تتطلب عمليات STOL من الطائرة القدرة على العمل بالقرب من زاوية الهجوم الحرجة أثناء الهبوط، وبأفضل زاوية صعود أثناء الإقلاع. يستخدم الطيارون مؤشرات زاوية الهجوم لتحقيق أقصى أداء خلال هذه المناورات، لأن معلومات سرعة الهواء لا ترتبط بسلوك التوقف إلا بشكل غير مباشر.

تستطيع بعض الطائرات العسكرية تحقيق طيران مُتحكم به بزوايا هجوم عالية جدًا، ولكن على حساب مقاومة هوائية هائلة . وهذا ما يمنح الطائرة رشاقة فائقة. ومن الأمثلة الشهيرة على ذلك طائرة كوبرا بوغاتشيف . فعلى الرغم من تعرض الطائرة لزوايا هجوم عالية طوال المناورة، إلا أنها لا تستطيع التحكم في اتجاهها ديناميكيًا هوائيًا أو الحفاظ على طيران أفقي حتى نهاية المناورة. تُعد الكوبرا مثالًا على المناورة الفائقة ^{[ 9 ] [ 10 ]} ، حيث تتجاوز أجنحة الطائرة زاوية الهجوم الحرجة بكثير خلال معظم المناورة.

تتيح الأسطح الديناميكية الهوائية الإضافية، المعروفة باسم "أجهزة الرفع العالي"، بما في ذلك امتدادات جذر الجناح الأمامي ، للطائرات المقاتلة زاوية هجوم حقيقية أكبر بكثير، تصل إلى أكثر من 45 درجة، مقارنةً بحوالي 20 درجة للطائرات التي لا تحتوي على هذه الأجهزة. يُعدّ هذا مفيدًا على الارتفاعات العالية حيث قد تتطلب حتى المناورات الطفيفة زوايا هجوم عالية نظرًا لانخفاض كثافة الهواء في طبقات الجو العليا، وكذلك عند السرعات المنخفضة على ارتفاعات منخفضة حيث يقلّ الفارق بين زاوية الهجوم أثناء الطيران الأفقي وزاوية الهجوم عند التوقف. توفر قدرة الطائرة على العمل بزوايا هجوم عالية هامش أمان للطيار، مما يجعل توقف الطائرة (الذي يحدث عند تجاوز زاوية الهجوم الحرجة) أكثر صعوبة. مع ذلك، لا تصل الطائرات العسكرية عادةً إلى هذه الزاوية العالية في القتال، لأنها تُفقد الطائرة سرعتها بسرعة كبيرة بسبب السحب المستحث، وفي الحالات القصوى، بسبب زيادة مساحة السطح الأمامي والسحب الطفيلي. لا تُبطئ هذه المناورات الطائرة فحسب، بل تُسبب أيضًا إجهادًا هيكليًا كبيرًا عند السرعات العالية. تميل أنظمة التحكم الحديثة في الطيران إلى الحد من زاوية هجوم الطائرة المقاتلة إلى ما دون الحد الأقصى لحدودها الديناميكية الهوائية.

في الإبحار ، تنطبق المبادئ الفيزيائية نفسها كما في الطائرات - فالشراع عبارة عن جناح. ^{[ 11 ]} زاوية هجوم الشراع هي الزاوية بين وتر الشراع واتجاه الرياح النسبية.

• فهرس مقالات الطيران
• ذراع بيانات جوية ، يقيس زاوية الهجوم
• نسبة التقدم
• المحاور الرئيسية للطائرة
• زاوية الانزلاق الجانبي
• مبدأ برنولي
• أبواب قابلة للنفخ
• معادلة السحب
• تأثير كوسنر
• ارفع (قوة)

• لوفورد، جيه إيه ونيبريس، كيه آر؛ معايرة أنظمة بيانات الهواء ومستشعرات اتجاه التدفق (الناتو)، المجموعة الاستشارية لأبحاث وتطوير الفضاء الجوي، AGARDograph رقم 300 المجلد 1 (AGARD AG-300 المجلد 1)؛ "معايرة أنظمة بيانات الهواء ومستشعرات اتجاه التدفق"؛ مؤسسة تجارب الطائرات والأسلحة، بوسكومب داون، سالزبوري، ويلتشير SP4 OJF، المملكة المتحدة
• تقرير القوات الجوية الأمريكية وحلف شمال الأطلسي RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001).