محرك حرج

عند تعطل أحد المحركين، يتولد عزم دوران جانبي ، يُطبّق قوة دورانية على الطائرة تميل إلى توجيهها نحو الجناح الذي يحمل المحرك المعطل. وقد يتولد عزم دوران جانبي، نتيجةً لعدم تناظر قوة الرفع في كل جناح، حيث يكون الرفع الناتج عن الجناح الذي يحمل المحرك العامل أكبر. يُطبّق كل من عزم الدوران الجانبي والجانبي قوى دورانية تميل إلى انحراف الطائرة ودورانها نحو المحرك المعطل. ويُقاوم الطيار هذا الميل باستخدام أدوات التحكم في الطيران ، والتي تشمل الدفة والجنيحات . وبسبب عامل الدفع (P-factor) ، فإن المروحة اليمنى التي تدور باتجاه عقارب الساعة على الجناح الأيمن تُولّد عادةً متجه الدفع الناتج عند مسافة جانبية أكبر من مركز ثقل الطائرة مقارنةً بالمروحة اليسرى التي تدور باتجاه عقارب الساعة (الشكل  1). وسيؤدي تعطل المحرك الأيسر إلى عزم دوران جانبي أكبر للمحرك الأيمن العامل، وليس العكس. بما أن المحرك الأيمن العامل يُنتج عزم دوران أكبر، سيحتاج الطيار إلى استخدام انحرافات أكبر لأدوات التحكم في الطيران أو سرعة أعلى للحفاظ على السيطرة على الطائرة. لذا، فإن تعطل المحرك الأيسر له تأثير أكبر من تعطل المحرك الأيمن، ويُسمى المحرك الأيسر بالمحرك الحرج. أما في الطائرات ذات المراوح التي تدور عكس اتجاه عقارب الساعة، مثل طائرة دي هافيلاند دوف ، فسيكون المحرك الأيمن هو المحرك الحرج.

معظم الطائرات ذات المراوح المتعاكسة الدوران لا تحتوي على محرك حرج محدد بالآلية المذكورة أعلاه، لأن المروحتين مصممتان للدوران نحو الداخل من أعلى القوس؛ وكلا المحركين حرج. بعض الطائرات، مثل لوكهيد بي-38 لايتنينغ ، مصممة عمداً بمراوح تدور نحو الخارج من أعلى القوس، لتقليل اضطراب الهواء الهابط، المعروف باسم "الدوامة الهابطة"، على المثبت الأفقي المركزي ، مما يسهل إطلاق النار من الطائرة. كلا هذين المحركين حرج، لكنهما أكثر أهمية من المراوح ذات الدوران الداخلي. ^{[ 3 ]}

قد تحتوي الطائرات ذات المراوح ذات التكوين المدفوع-الساحب ، مثل طائرة سيسنا 337 ، على محرك حرج، إذا كان تعطل أحد المحركين يؤثر سلبًا على التحكم في الطائرة أو قدرتها على الصعود بشكل أكبر من تعطل المحرك الآخر. وعادةً لا يؤدي تعطل المحرك الحرج في طائرة ذات مراوح من هذا التكوين إلى توليد عزم دوران كبير حول محورها أو حول محورها.

تتطلب المعايير والشهادات التي تحدد صلاحية الطائرة للطيران أن يحدد المصنّع الحد الأدنى لسرعة التحكم (VMC ₎ التي يمكن للطيار عندها الاحتفاظ بالسيطرة على الطائرة بعد تعطل المحرك الحرج، وأن ينشر هذه السرعة في قسم القيود من دليل الطيران الخاص بالطائرة. ^{[ 1 ] [ 2 ]} تُقاس سرعات التحكم الدنيا المنشورة (VMC ₎ للطائرة عند تعطل المحرك الحرج أو توقفه عن العمل، لذا فإن تأثير تعطل هذا المحرك مُضمن في قيم VMC المنشورة _{. عند تعطل أي من المحركات الأخرى أو توقفه عن العمل، ستكون قيمة VMC} الفعلية التي يختبرها الطيار أثناء الطيران أقل قليلاً، مما يُعد أكثر أمانًا، ولكن هذا الفرق غير موثق في الدليل. يُعد المحرك الحرج أحد العوامل المؤثرة على قيم VMC _{للطائرة} . تُعد قيم VMC المنشورة _آمنة بغض النظر عن المحرك المتعطل أو المتوقف عن العمل، ولا يحتاج الطيارون إلى معرفة أي محرك هو الحرج للطيران بأمان. يُحدد المحرك الحرج في لوائح الطيران لغرض تصميم الذيل، ولتمكين طياري الاختبار التجريبيين من قياس سرعة التحكم في الطيران (VMC ₎ أثناء الطيران. وتؤثر عوامل أخرى، مثل زاوية الميل وقوة الدفع، بشكل أكبر بكثير على سرعة التحكم في الطيران (VMC ₎ من الفرق بين المحرك الحرج والمحرك غير الحرج.

تتميز طائرة إيرباص A400M بتصميم غير تقليدي، إذ تحتوي على مراوح تدور في اتجاهين متعاكسين على كلا الجناحين. تدور المراوح على كل جناح في اتجاهين متعاكسين: من أعلى القوس إلى أسفل باتجاه بعضها البعض. إذا كان كلا المحركين على الجناح يعملان، فإن اتجاه قوة الدفع مع ازدياد زاوية الهجوم يكون دائمًا باتجاه المحرك الآخر على نفس الجناح. والنتيجة هي أن محصلة قوة الدفع لكلا المحركين على نفس الجناح لا تتغير مع ازدياد زاوية الهجوم للطائرة طالما أن كلا المحركين يعملان. لا يوجد عامل P إجمالي، ولن يؤدي تعطل أي من المحركين الخارجيين (أي المحرك 1 أو 4) إلى أي اختلاف في مقدار عزم الدوران المتبقي الناتج عن قوة الدفع مع ازدياد زاوية الهجوم، بل فقط في الاتجاه يمينًا أو يسارًا. ستكون سرعة التحكم الدنيا أثناء الإقلاع ( V _{_MC}) وأثناء الطيران ( V _{_MCA} ) بعد تعطل أي من المحركين الخارجيين متساوية، إلا إذا تم تركيب أنظمة تعزيز السرعة اللازمة للتحكم في الطائرة على محرك خارجي واحد فقط. في هذه الحالة، يكون كلا المحركين الخارجيين بالغ الأهمية.

في حال تعطل محرك خارجي، كالمحرك  رقم 1 الموضح في الشكل  2، ينتقل ذراع عزم الدفع المتبقي على ذلك الجناح من بين المحركين إلى خارج المحرك الداخلي المتبقي قليلاً. ويمثل هذا المتجه 50% من متجه الدفع المعاكس. ويكون عزم دوران الدفع الناتج في هذه الحالة أصغر بكثير من عزم دوران المروحة التقليدية. ويمكن أن يكون أقصى عزم دوران للدفة لموازنة الدفع غير المتماثل أصغر، وبالتالي، يمكن أن يكون حجم الذيل الرأسي أصغر.  يجب أن يكون نظام ريش مراوح السحب الكبيرة ذات الثماني شفرات، والتي يبلغ قطرها 5.33 متر (17.5 قدمًا)، تلقائيًا وسريعًا جدًا وخاليًا من الأعطال، لضمان أقل مقاومة ممكنة للمروحة بعد عطل في نظام الدفع. وإلا، فإن تعطل نظام ريش المحرك الخارجي سيزيد من مقاومة المروحة، مما يزيد بدوره من عزم دوران الدفع بشكل كبير، وبالتالي يزيد من السرعة الفعلية VMC _(A) . إن قوة التحكم الناتجة عن الذيل العمودي الصغير والدفة وحدها منخفضة بحكم التصميم. ولا يمكن استعادة قوة التحكم اللازمة للحفاظ على الطيران المستقيم بعد تعطل نظام ريش الجناح إلا عن طريق خفض قوة دفع المحرك المقابل بسرعة، أو زيادة سرعة الطائرة. ويُعد تصميم نظام ريش الجناح واعتماده لهذه الطائرة تحديًا كبيرًا لمهندسي التصميم وهيئات الاعتماد.

في الطائرات ذات المحركات القوية للغاية، يتم حل مشكلة الدفع غير المتماثل عن طريق تطبيق تعويض تلقائي لعدم تماثل الدفع، ولكن هذا له عواقب على أداء الإقلاع.