جيروداين
الطائرة الجيرودينية نوع من الطائرات ذات الإقلاع والهبوط العمودي، مزودة بنظام دوار يشبه نظام المروحية، ولا تحتاج إلى محركها إلا للإقلاع والهبوط، وتتضمن محركًا دافعًا تقليديًا واحدًا أو أكثر ، أو محركًا نفاثًا، لتوفير قوة الدفع أثناء الطيران الأفقي . أثناء الطيران الأمامي، يكون الدوار غير مزود بمحرك ويدور بحرية، مثل الطائرة الجيروسكوبية (ولكن على عكس المروحية المركبة )، ويتم توفير قوة الرفع من خلال مزيج من الدوار والأجنحة التقليدية . تُعد الطائرة الجيرودينية واحدة من عدة مفاهيم مماثلة تسعى إلى الجمع بين أداء المروحية عند السرعات المنخفضة والسرعات العالية للطائرات ذات الأجنحة الثابتة التقليدية، بما في ذلك الطائرات ذات الدوارات القابلة للإمالة والأجنحة القابلة للإمالة .
اخترع الدكتور جيمس آلان جاميسون بينيت طائرة الجيرودين كبديل للمروحية، استجابةً لمواصفات وزارة الطيران. صُممت الجيرودين كنوع وسيط من الطائرات الدوارة ، حيث يعمل دوارها بالتوازي مع مسار الطيران لتقليل التدفق المحوري، مع وجود مروحة واحدة أو أكثر لتوفير الدفع. غطت براءة اختراع بينيت مجموعة متنوعة من التصاميم، مما أدى إلى بعض الالتباس في المصطلحات ، بما في ذلك مشكلة العلامة التجارية لشركة جيروداين الأمريكية وتصنيف إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) للطائرات الدوارة.
في السنوات الأخيرة، تم الترويج لمفهوم ذي صلة تحت اسم "هيليبلاين" . في الأصل، كان يُستخدم لتسويق الطائرات الجيروسكوبية التي تصنعها شركتان مختلفتان، وقد تم اعتماد المصطلح لوصف برنامج وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) لتطوير تقنيات الطائرات الدوارة بهدف التغلب على القيود الحالية للمروحيات من حيث السرعة والحمولة.
مبادئ التشغيل
بينما تمتلك المروحية التقليدية دوارًا مُزوَّدًا بمحرك يوفر الرفع والدفع الأمامي، وتتمتع بقدرة حقيقية على الإقلاع والهبوط العمودي ، فإن الطائرة الجيروسكوبية أو الطائرة ذاتية الدوران تمتلك دوارًا حر الدوران يعتمد على دفع مستقل مُزوَّد بمحرك لتوفير السرعة الأمامية والحفاظ على دورانه. أما الطائرة الجيروسكوبية المزدوجة فتجمع بين خصائص كليهما. فهي تمتلك نظام دفع مستقل مثل الطائرة ذاتية الدوران، ولكنها قادرة أيضًا على تشغيل الدوار للسماح بالإقلاع والهبوط العمودي؛ ثم تتحول إلى الدوران الحر مثل الطائرة ذاتية الدوران أثناء الطيران العادي. [ 1 ] [ 2 ]
في المروحية، تسحب شفرات الدوار الدوارة الهواء إلى أسفل عبر قرص الدوار؛ وللحصول على قوة دفع أمامية، يميل قرص الدوار للأمام بحيث يُدفع الهواء للخلف أيضًا. أما في الطائرة الجيروسكوبية، فيميل قرص الدوار للخلف؛ فبينما تدفع قوة الدفع الرئيسية الطائرة للأمام، يتدفق الهواء عبر قرص الدوار من الأسفل، مما يؤدي إلى دورانه وتوليد قوة رفع. وتستطيع الطائرة الجيروسكوبية الانتقال بين هذين النمطين من الطيران.
عادةً ما تحتوي الطائرة الجيروسكوبية على أجنحة ثابتة تُساهم في توليد جزء من قوة الرفع أثناء الطيران الأمامي، مما يُخفف الحمل عن الدوّار. وقد أشارت محاكاة حاسوبية إلى توزيع مثالي لقوة الرفع بنسبة 9% للدوّار و91% للجناح. [ 3 ] مع ذلك، إذا كان الحمل على الدوّار خفيفًا جدًا، فقد يُصبح عُرضةً للخفقان غير المُتحكم فيه. [ 4 ]
تاريخ
في عام ١٩٢٦، وبدعم مالي من الصناعي والطيار الاسكتلندي جيمس جورج وير، أسس خوان دي لا سيرفا شركة سيرفا أوتوجيرو في المملكة المتحدة لتطوير وتسويق اختراعه، الطائرة ذاتية الدوران . وبالاستناد إلى مفهوم الطائرة ذاتية الدوران، ابتكر الدكتور جيمس آلان جاميسون بينيت، الذي رُقّي إلى منصب كبير المهندسين التقنيين في شركة سيرفا أوتوجيرو بعد وفاة دي لا سيرفا، نوعًا وسيطًا من الطائرات الدوارة في عام ١٩٣٦، أطلق عليه اسم "جيروداين"، وقدّمه إلى الحكومة البريطانية استجابةً لمواصفات وزارة الطيران التي كانت تتطلب طائرة ذات قدرة على الطيران العمودي الحقيقي والتحليق. وفي عام ١٩٣٩، مُنح بينيت براءة اختراع من مكتب براءات الاختراع البريطاني ، وسُجّلت باسم شركة سيرفا أوتوجيرو. في 23 أغسطس 1940، قدمت شركة أوتوجيرو الأمريكية ، المرخصة من شركة سييرفا أوتوجيرو المحدودة، طلب براءة اختراع مماثل في الولايات المتحدة . وفي 27 أبريل 1943، مُنحت شركة أوتوجيرو الأمريكية براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,317,340. وتصف براءات الاختراع جهازًا دوارًا على النحو التالي:
طائرة ذات أجنحة دوارة متوسطة النوع، يشار إليها فيما يلي باسم "الجيروداين"، تقع بين الطائرة الدوارة (حيث يكون الدوار حراً للدوران الذاتي ويكون هناك تدفق محوري كلي لأعلى عبر قرص الدوار)، من جهة، والمروحية البحتة (حيث يكون الدوار مدفوعاً، ويكون هناك تدفق محوري كلي لأسفل عبر قرص الدوار)، من جهة أخرى، أي أن متوسط التدفق المحوري عبر قرص الدوار يكون معدوماً تقريباً عند السرعات الأمامية العالية. [ 5 ]
وصف مفهوم بينيت دوارًا يعمل بواسطة عمود، مع توفير عزم الدوران المعاكس والدفع اللازم للطيران الانتقالي بواسطة مروحة واحدة أو أكثر مثبتة على أجنحة قصيرة. وبما أن المراوح توفر قوة الدفع عند سرعات الطيران العادية، فإن الطاقة تُزوَّد للدوار فقط للتغلب على مقاومة الهواء الناتجة عن شكله ، مما يجعله يعمل بكفاءة أعلى من الدوار الحر في طائرة الجيروسكوب ذاتية الدوران . وصف بينيت نظام الطيران هذا للجيروسكوب بأنه "حالة وسيطة"، تتطلب تزويد كل من الدوار ونظام الدفع بالطاقة.
التطور المبكر
تم تحديث وتصنيع طائرة جيروداين C.41، التي صممتها شركة سييرفا أوتوجيرو المحدودة قبل الحرب العالمية الثانية، من قبل شركة فيري للطيران تحت اسم FB-1 جيروداين، بدءًا من عام 1945. قاد بينيت جهود التطوير في فيري في البداية، ثم خلفه الدكتور جورج س. هيسلوب. انضم المهندسان جورج ب. ل. إليس وفريدريك ل. هودجيس، من شركة سييرفا أوتوجيرو المحدودة قبل الحرب العالمية الثانية، إلى بينيت في شركة فيري للطيران. تحطمت أول طائرة جيروداين نموذجية من فيري أثناء رحلة تجريبية، مما أسفر عن مقتل طاقمها. أُعيد بناء النموذج الثاني من جيروداين ليصبح جيت جيروداين ، واستُخدم لاحقًا لتطوير نظام دفع دوار يعمل بضغط الهواء لطائرة النقل المركبة روتوداين. في طرف كل جناح قصير، وُضعت مراوح موجهة للخلف، توفر التحكم في الانعراج والدفع أثناء الطيران الأمامي. حلقت طائرة جيت جيروداين في عام 1954، وحققت انتقالاً حقيقياً من الطيران العمودي إلى الطيران الأفقي في مارس 1955.
أدى ذلك إلى تطوير النموذج الأولي لطائرة فيري روتوداين ، التي صُممت لدمج كفاءة الطائرات ذات الأجنحة الثابتة أثناء الطيران المستقر مع قدرة الإقلاع والهبوط العمودي للمروحيات، لتوفير خدمة نقل جوي قصيرة المدى من مراكز المدن إلى المطارات. كانت الطائرة مزودة بأجنحة قصيرة تحمل محركين توربينيين من طراز نابير إيلاند للدفع الأمامي، وتحمل ما يصل إلى 40% من وزن الطائرة أثناء الطيران الأمامي. وكان الدوار يُدار بواسطة محركات نفاثة طرفية للإقلاع والهبوط والطيران الانتقالي بسرعة تصل إلى 80 ميلاً في الساعة. وعلى الرغم من الاهتمام التجاري والعسكري الكبير عالميًا بالنموذج الأولي من طراز روتوداين Y للنقل الجوي، لم تُقدم طلبات شراء بريطانية، وتم إنهاء الدعم المالي من الحكومة البريطانية عام 1962. ولم ترَ الشركة الأم الجديدة للقسم، ويستلاند هليكوبترز، مبررًا لمزيد من الاستثمار، فتوقف المشروع. ومع انتهاء برامج فيري للطيران، توقف تطوير الطائرات الجيروسكوبية، على الرغم من استمرار تطوير العديد من المفاهيم المشابهة.
تطورات مماثلة
في عام 1954، طُوّرت طائرة ماكدونيل XV-1 كطائرة مروحية مزودة بمحركات نفاثة طرفية لتوفير إمكانية الإقلاع العمودي. كما زُوّدت الطائرة بأجنحة ومروحة مثبتة في مؤخرة جسم الطائرة بين ذيلين مزدوجين، مع وجود دوارين صغيرين في نهايتهما للتحكم في الانعراج. أصبح النموذج الأولي الثاني من XV-1 أول طائرة مروحية في العالم تتجاوز سرعتها 200 ميل في الساعة في الطيران الأفقي في 10 أكتوبر 1956. لم يُبنَ المزيد منها، وأُنهي مشروع XV-1 في عام 1957.
طائرة ذاتية الدوران مركبة
في عام ١٩٩٨، نجحت شركة كارتر لتكنولوجيا الطيران في تحليق طائرتها التجريبية. الطائرة عبارة عن طائرة جيروسكوبية مركبة ذات دوار عالي القصور الذاتي وأجنحة مُحسّنة للطيران بسرعات عالية. في عام ٢٠٠٥، أجرت الطائرة تجربة طيران بسرعة μ-١، حيث كانت سرعة طرف الدوار مساوية لسرعة الطائرة الأمامية، دون أي اهتزازات أو مشاكل في التحكم. سمح الدوار عالي القصور الذاتي للطائرة بالتحليق لفترة وجيزة أثناء الهبوط، على الرغم من أن الدوار غير مُزوّد بالطاقة، كما يسمح صندوق تروس الدوران المسبق بتسريع الدوار للإقلاع بالقفز على غرار الطائرات الجيروسكوبية.
طائرة هليكوبتر
في عام 1954، قامت شركة KYB ببناء طائرة أطلقت عليها اسم Heliplane . كانت Heliplane عبارة عن طائرة Cessna 170 B تم تقليص أجنحتها إلى أجزاء صغيرة، ودوار يعمل بمحركات نفاثة طرفية.
كانت وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) تموّل مشروعًا تحت اسم "Heliplane" لتطوير مفهوم الطائرة الجيروسكوبية حوالي عام 2007. [ 6 ] [ 7 ] كان من المفترض أن تستخدم الطائرات المطورة لهذا المشروع دوارًا للإقلاع والهبوط العمودي والتحليق، بالإضافة إلى أجنحة كبيرة لتوفير معظم قوة الرفع المطلوبة أثناء الطيران، ما يجمع بين سعة الشحن الكبيرة وكفاءة استهلاك الوقود وسرعة الطيران العالية للطائرات ذات الأجنحة الثابتة مع قدرات التحليق للمروحية. كان المشروع "...برنامجًا متعدد السنوات بتكلفة 40 مليون دولار أمريكي، ويتكون من أربع مراحل. تعمل شركة Groen Brothers Aviation على المرحلة الأولى من هذا البرنامج، وهي جهد يستغرق 15 شهرًا... (وهي) تجمع بين "الطائرة الجيروسكوبية"... وطائرة رجال أعمال ذات جناح ثابت. كان الفريق يستخدم طائرة Adam A700 ، من فئة الطائرات النفاثة الخفيفة جدًا ..." [ 8 ] ظهرت مشاكل تتعلق بضوضاء طرف الأجنحة، وتم إلغاء البرنامج في عام 2008. [ 9 ]
تصف إحدى المجلات الصناعية التطور التدريجي للمروحيات التقليدية بأنه "بطيء" ويفتقر إلى الخطوات الثورية، ولا تزال المركبات غير التقليدية غير منتشرة على نطاق واسع. [ 10 ]
علامة تجارية
تم منح "Gyrodyne" كعلامة تجارية لشركة Gyrodyne Company of America في عام 1950. [ 11 ] لم تشارك الشركة في تطوير الجيرودين، ولكنها أنتجت بدلاً من ذلك طائرة هليكوبتر بدون طيار تعمل بمحرك توربيني، مع دوارات متحدة المحور ، لصالح البحرية الأمريكية ، والتي تم تسميتها QH-50 DASH .
أمثلة
مراجع
ملحوظات
- ↑ دليل الطيران بالطائرات الدوارة: للاستخدام مع الطائرات الجيروسكوبية فقط ، FAA-H-8083-21 FAA، 2000.الطائرة الجيروسكوبية هي طائرة دوارة هجينة قادرة على التحليق في مكانها وفي الوقت نفسه تحلق في مدار ذاتي. أول مثال ناجح لهذا النوع من الطائرات كانت الطائرة البريطانية "فيري روتوداين"، التي حصلت على شهادة فئة النقل في عام 1958. خلال الستينيات والسبعينيات، ازدادت شعبية الطائرات الجيروسكوبية مع حصول طائرتي " مكولوتش جيه-2" و "أومباو" على شهادة الاعتماد . وأصبحت الأخيرة فيما بعد طائرة "إير آند سبيس 18 إيه ".
- ↑ قانون اللوائح الفيدرالية الإلكتروني (e-CFR) الباب 14. الطيران والفضاء، الفصل الأول: إدارة الطيران الفيدرالية، وزارة النقل، الباب الفرعي أ. التعاريف والمتطلبات العامة، الجزء 1. التعاريف والاختصارات، القسم 1.1. التعاريف العامة . معهد المعلومات القانونية، كلية الحقوق بجامعة كورنيل. (تم الاطلاع عليه في 4 أبريل 2020). "الجيروداين هي طائرة ذات دوارات تُدار دواراتها عادةً بمحرك للإقلاع والتحليق والهبوط، وللطيران الأمامي خلال جزء من نطاق سرعتها، وتكون وسائل دفعها، التي تتكون عادةً من مراوح تقليدية، مستقلة عن نظام الدوار."
- ↑ يو، هيونسو؛ جونسون، واين. " التصميم الأمثل لطائرة هليكوبتر مركبة " مؤرشف في 1 يونيو 2014 على موقع Wayback Machine، صفحة T111-3-4. ADA517226 رابط مباشر، 1 ميجابايت
- ↑ HA Taylor; Fairey Aircraft Since 1915 , Putnam, 1974, p.408.
- ↑ بينيت، جيمس إيه جيه، براءة اختراع أمريكية رقم 2,317,340: طائرة هليكوبتر . 27 أبريل 1943. تم الاطلاع عليها في 26 أغسطس 2009.
- ↑ تقديرات ميزانية وزارة الدفاع للسنة المالية 2008/2009 ، داربا، فبراير 2007، صفحة 239، مؤرشفة من الأصل في 9 أكتوبر 2014.
- ↑ طائرة هليكوبتر ، مكتب التكنولوجيا التكتيكية، وكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 أغسطس 2009.
- ↑ ماكينا، جيمس ت (فبراير 2007)، "خطوة إلى الأمام"، روتور آند وينغ ، ص 54 .
- ↑ "داربا تُعيد المحاولة في مجال الطائرات ذات الإقلاع والهبوط العمودي عالية السرعة" ، مجلة أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء ، 26 فبراير 2013 ، تم الاطلاع عليه في 2 أغسطس 2014.
- ↑ ماكينا، جيمس تي (أغسطس 2007)، "استعراض 40 عامًا: القوة والرؤية" ، روتور آند وينغ ، الطيران اليوم، مؤرشف من الأصل في 21 مايو 2014 ، تم استرجاعه في 8 يونيو 2014.
- ↑ علامة تجارية أمريكية رقم 71571611
فهرس
- "طائرة فيري جيروداين". بقلم جيه إيه جيه بينيت. مجلة الجمعية الملكية للملاحة الجوية، 1949، المجلد 53
- "ديناميكا الهواء للمروحية". ألفريد جيسو وغاري سي مايرز الابن. شركة فريدريك أونجار للنشر، نيويورك. 1952، أعيد نشره عام 1962.
- "مبادئ الديناميكا الهوائية للمروحيات". ج. جوردون ليشمين، مطبعة جامعة كامبريدج، نيويورك 2000، أعيد طبعه عام 2005.
- "مبادئ هندسة الطائرات المروحية". جاكوب شابيرو، دار تمبل برس المحدودة، لندن، 1955.
- " تطوير الطائرة الدوارة: منظور تقني ": ج. جوردون ليشمين: جامعة هوفسترا ، نيويورك، 2003.
- من الطائرة الدوارة إلى الطائرة الجيروسكوبية: البقاء المذهل لتكنولوجيا الطيران : بروس هـ. تشارنوف، 2003.
روابط خارجية
- VSTOL.org عجلة سوء الحظ
- شارنوف، بروس هـ. جهاز فيري روتوداين: فكرة حان وقتها - مرة أخرى؟
- مفاهيم الجيرودين والطائرات الهليكوبتر (2005)
- مفهوم الطائرة المروحية
- جيت جيروداين (1954)
- هيرشبيرغ، مايك (مع روب، ريموند ل.) طائرات الهليكوبتر الهجينة: تفاقم السعي وراء السرعة ، فيرتيفلايت. صيف 2006. الجمعية الأمريكية لطائرات الهليكوبتر .
- نيومان، سيمون. تكوين المروحية المركبة ومصيدة سرعة المروحية. هندسة الطائرات وتكنولوجيا الفضاء. 69(5): ص 407-413
- جيروداين
- تكوينات الطائرات