الدفة

الدفة هي سطح تحكم أساسي يُستخدم لتوجيه السفن والقوارب والغواصات والمركبات الهوائية والمنطاد وغيرها من المركبات التي تتحرك في وسط سائل (عادةً الهواء أو الماء ). في الطائرات ، تُستخدم الدفة بشكل أساسي لمقاومة الانحراف الجانبي وعامل الدفع ، وليست أداة التحكم الرئيسية لتوجيه الطائرة. تعمل الدفة عن طريق إعادة توجيه السائل حول هيكل الطائرة ، مما يُكسبها حركة دوران أو انحراف . في أبسط صورها، الدفة عبارة عن سطح مستوٍ أو صفيحة من مادة ما، مثبتة بمفصلات في مؤخرة المركبة . غالبًا ما تُصمم الدفات لتقليل مقاومة الماء أو الهواء . في المركبات المائية البسيطة ، قد يُثبت ذراع توجيه - وهو عبارة عن عصا أو عمود يعمل كذراع رافعة - في أعلى الدفة لتمكين الربان من توجيهها . في السفن الكبيرة، قد تربط الكابلات أو قضبان الدفع أو الأنظمة الهيدروليكية الدفات بعجلات القيادة. أما في الطائرات العادية، فيتم تشغيل الدفة بواسطة دواسات عبر وصلات ميكانيكية أو أنظمة هيدروليكية.

بشكل عام، يُعرَّف الدفة بأنها "جزء من جهاز توجيه القارب أو السفينة يُثبَّت خارج الهيكل"، ويشمل ذلك جميع أنواع المجاديف والدفات. ^{[ 1 ]} وبشكل أكثر تحديدًا، يمكن تصنيف جهاز توجيه السفن القديمة إلى دفات جانبية ودفات خلفية، وذلك بحسب موقعها على السفينة. ويُستخدم مصطلح ثالث، وهو مجداف التوجيه ، للإشارة إلى كلا النوعين. في سياق البحر الأبيض المتوسط ، تُسمى الدفات الجانبية تحديدًا بالدفات الربعية، لأن هذا المصطلح الأخير يُشير بدقة أكبر إلى مكان تثبيت الدفة. أما الدفات الخلفية، فتُعلَّق بشكل متساوٍ في مؤخرة السفينة في موضع مركزي. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

على الرغم من أن البعض ^{[ أ ]} يصنفون مجداف التوجيه كدفة، إلا أن آخرين ^{[ ب ]} يجادلون بأن مجداف التوجيه المستخدم في مصر وروما القديمتين لم يكن دفة حقيقية، ويقتصر تعريف الدفة الحقيقية على تلك المثبتة في مؤخرة السفينة المستخدمة في الصين القديمة في عهد أسرة هان . قد يعيق مجداف التوجيه التحكم بالأشرعة (مما يحد من إمكانية القيام برحلات بحرية طويلة)، بينما كان أكثر ملاءمة للسفن الصغيرة في الممرات المائية الضيقة والسريعة. أما الدفة، فلم تعيق التحكم بالأشرعة، وتطلبت جهدًا أقل من الربان لتشغيلها ، وكانت أنسب للسفن الأكبر حجمًا في الرحلات البحرية، وقد ظهرت لأول مرة في الصين القديمة خلال القرن الأول الميلادي. ^{[ 7 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]} فيما يتعلق باستخدام الفينيقيين القدماء (1550 - 300 قبل الميلاد) لمجداف التوجيه بدون دفة في البحر الأبيض المتوسط ، كتب ليو بلوك (2003):

يميل الشراع الواحد إلى توجيه السفينة عكس اتجاه الريح أو معه، ويتطلب الأمر استخدام الدفة للحفاظ على مسار مستقيم. في ذلك الوقت، كان يُستخدم مجداف التوجيه لعدم اختراع الدفة بعد. مع الشراع الواحد، كان تحريك مجداف التوجيه بشكل متكرر ضروريًا للحفاظ على مسار مستقيم، مما أدى إلى إبطاء السفينة لأن تصحيح المسار بواسطة مجداف التوجيه (أو الدفة) يعمل كمكبح. أما الشراع الثاني، الموجود في المقدمة، فيمكن ضبطه لموازنة ميل الشراع الرئيسي للدوران وتقليل الحاجة إلى تصحيح المسار بواسطة مجداف التوجيه، الأمر الذي كان سيُحسّن أداء الشراع بشكل كبير. ^{[ 14 ]}

قبل اختراع الدفة، كانت تُستخدم مجاديف كبيرة الحجم تُسمى مجاديف التوجيه، أو ألواح تُسمى ألواح التوجيه، للتحكم في اتجاه السفينة أو أي مركبة مائية أخرى. وعادةً ما تُثبّت هذه الألواح على الجانب الأيمن في السفن الكبيرة، بينما نادرًا ما تُثبّت في السفن الصغيرة.

مجداف التوجيه/التروس

مصر القديمة

ظهرت مجاديف التوجيه المخصصة للقيادة على السفن المصرية الكبيرة قبل عهد مينا (3100 ق.م.) بفترة طويلة. ^{[ 15 ]} في عصر الدولة القديمة (2686-2134 ق.م.)، وُجد ما يصل إلى خمسة مجاديف توجيه على كل جانب من قوارب الركاب. ^{[ 15 ]} أما الدفة ، التي كانت في البداية عبارة عن مسمار صغير يمر عبر ساق مجداف التوجيه، فيُمكن تتبعها إلى الأسرة الخامسة (2504-2347 ق.م.). ^{[ 16 ]} وقد أدى كل من الدفة وإدخال عمود توجيه رأسي في مؤخرة السفينة إلى تقليل عدد مجاديف التوجيه اللازمة إلى مجداف واحد على كل جانب. ^{[ 17 ]} ويمكن العثور على مجاديف توجيه مفردة مثبتة على مؤخرة السفينة في العديد من نماذج المقابر في ذلك الوقت، ^{[ 18 ]} وخاصة خلال عصر الدولة الوسطى، حيث تشير نقوش المقابر إلى شيوع استخدامها في الملاحة النيلية . ^{[ 19 ]} أول إشارة أدبية تظهر في أعمال المؤرخ اليوناني هيرودوت (484-424 قبل الميلاد)، الذي أمضى عدة أشهر في مصر : "يصنعون دفة واحدة، وتُدفع هذه الدفة عبر العارضة "، وربما يقصد بذلك الجزء المتشعب في نهاية العارضة (كما هو موضح في "مقبرة منّا"). ^{[ 20 ] [ 21 ]}

إيران القديمة

في إيران ، تم توثيق استخدام المجاديف المثبتة على جانب السفن للتوجيه منذ الألفية الثالثة قبل الميلاد في الأعمال الفنية والنماذج الخشبية وحتى بقايا القوارب الفعلية .

روما القديمة

استخدمت الملاحة الرومانية مجاديف التوجيه الربعية (سيكسيللي) التي خضعت في البحر الأبيض المتوسط ​​لفترة طويلة من التطوير والتحسين المستمر، حتى وصلت السفن القديمة في العصر الروماني إلى أحجام غير مسبوقة. ^{[ 22 ]} تكمن قوة مجداف التوجيه في مزيجه من الفعالية والمرونة والبساطة. ^{[ 22 ]} وقد حافظت أنظمة تثبيت مجاديف التوجيه الربعية الرومانية على سلامتها إلى حد كبير خلال العصور الوسطى. ^{[ 22 ]}

بحلول النصف الأول من القرن الأول الميلادي، شاع استخدام أجهزة التوجيه المثبتة على مؤخرة السفن في الأنهار والموانئ الرومانية ، كما يتضح من النقوش البارزة والاكتشافات الأثرية ( زوامردام ، فوردن 7). تُظهر لوحة قبر من العصر الهادرياني قارب سحب في ميناء أوستيا مزودًا بمجداف طويل مثبت في مؤخرته لتحسين قوة الدفع. ^{[ 23 ]} كان القارب مزودًا بشراع أمامي ، مما زاد من قدرة السفينة على المناورة. ^{[ 24 ]} تشمل الاستخدامات الرومانية الأخرى الموثقة لمجاديف التوجيه المثبتة على المؤخرة: البوارج المقطورة، وسفن نقل براميل النبيذ، وأنواع أخرى متنوعة من السفن. ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]} عُثر على بارجة نهرية كبيرة عند مصب نهر الراين بالقرب من زوامردام مزودة بجهاز توجيه كبير مثبت في مؤخرتها. ^{[ 28 ] [ 29 ]} وفقًا لبحث جديد، ربما كانت سفن نيمي المتطورة ، وهي سفن القصر للإمبراطور كاليغولا (37-41 م)، مزودة بدفات يبلغ طولها 14 مترًا. ^{[ 30 ]}

دفة مثبتة على عمود المؤخرة

الصين القديمة

يُمكن رؤية أقدم تصوير معروف في العالم لدفة مثبتة على مؤخرة السفينة على نموذج خزفي لسفينة صينية تقليدية (جونك) يعود تاريخها إلى القرن الأول الميلادي خلال عهد أسرة هان ، أي قبل ظهورها في الغرب بألف عام. ^{[ 7 ] [ 11 ] [ 31 ]} في الصين، يعود تاريخ النماذج المصغرة للسفن المزودة بمجاديف توجيه إلى فترة الممالك المتحاربة (حوالي 475-221 قبل الميلاد). ^{[ 7 ]} بدأت الدفات المثبتة على مؤخرة السفن بالظهور على نماذج السفن الصينية بدءًا من القرن الأول الميلادي. ^{[ 7 ]} ومع ذلك، استمر الصينيون في استخدام مجداف التوجيه لفترة طويلة بعد اختراع الدفة، نظرًا لأن مجداف التوجيه كان لا يزال ذا فائدة عملية في السفر النهري السريع داخل البلاد. ^{[ 11 ]} يُمكن رؤية أحد أقدم التصاوير المعروفة للدفة الصينية المثبتة على مؤخرة السفينة ( duò舵) على نموذج خزفي لسفينة جونك يبلغ طوله قدمين (61 سم) ويعود تاريخه إلى القرن الأول الميلادي، خلال عهد أسرة هان (202 ق.م. - 220 م). ^{[ 8 ] [ 32 ]} وقد اكتُشف في مدينة قوانغتشو خلال حفريات أثرية أجراها متحف مقاطعة قوانغدونغ وأكاديمية سينيكا في تايوان عام 1958. ^{[ 8 ] [ 32 ]} وفي غضون عقود، عُثر على العديد من نماذج السفن الأخرى من عهد أسرة هان، والتي تتميز بدفات، في حفريات أثرية. ^{[ 33 ]} ويعود أول مرجع مكتوب موثوق لاستخدام دفة بدون مجداف توجيه إلى القرن الخامس الميلادي. ^{[ 31 ]}   

تُثبّت الدفات الصينية على هيكل السفينة بواسطة فكوك أو قواعد خشبية، ^{[ 34 ]} بينما كانت الدفات الأكبر حجمًا تُعلّق عادةً من الأعلى بواسطة نظام حبال لرفعها أو إنزالها في الماء. ^{[ 34 ]} كما احتوت العديد من السفن الشراعية الصينية (الجونك) على "دفات مثقبة" (دفات بها ثقوب، يُفترض أنها تُتيح تحكمًا أفضل). وتُعرف أوصاف تفصيلية للسفن الشراعية الصينية خلال العصور الوسطى من خلال رحلات رحالة مختلفين إلى الصين، مثل ابن بطوطة من طنجة ، المغرب ، وماركو بولو من البندقية ، إيطاليا . وقد كتب الموسوعي الصيني سونغ يينغشينغ (1587-1666) والرحالة الأوروبي لويس لوكونت في القرن السابع عشر عن تصميم السفينة الشراعية الصينية واستخدامها للدفة بحماس وإعجاب. ^{[ 35 ]}

يذكر بول جونستون وشون ماكغريل أن الصينيين اخترعوا الدفة "الوسطية والعمودية والمحورية" المثبتة على مؤخرة السفينة، وأن هذا النوع من الدفة سبق الدفة ذات المحور والمفصل الموجودة في الغرب بحوالي ألف عام. ^{[ 31 ]}

الهند القديمة

يُظهر ختم من تشاندراكيتوغار (غرب البنغال) يعود تاريخه إلى ما بين القرنين الأول والثالث الميلاديين آلية توجيه على سفينة تُدعى " إندرا المحيط " (جالاديشاكرا)، مما يدل على أنها كانت سفينة بحرية. ^{[ 36 ] [ 37 ]}

الشرق الأدنى في العصور الوسطى

استخدمت السفن العربية أيضًا دفة مثبتة على مؤخرة السفينة. ^{[ 38 ]} في سفنهم، "يتم التحكم في الدفة بواسطة حبلين، كل منهما متصل بقطعة عرضية مثبتة على رأس الدفة بشكل عمودي على مستوى نصل الدفة". ^{[ 38 ]} يأتي أقدم دليل من كتاب "أحسن التقاسيم في معرفة الأقاليم" الذي كتبه المقدسي عام 985 :

يراقب القبطان البحر من أعلى برج المراقبة بدقة. فإذا رأى صخرة، صاح: "يمين!" أو "يسار!" يردد شابان متمركزان هناك النداء. أما الربان، فيمسك بحبلين، فإذا سمع النداءات، يسحب أحدهما يمينًا أو يسارًا. وإذا لم يتوخَّ الحذر الشديد، تصطدم السفينة بالصخور وتتحطم. ^{[ 39 ]}

أوروبا في العصور الوسطى

تطورت المجاديف المثبتة على جانبي السفن إلى مجاديف توجيه ربعية، والتي استُخدمت منذ العصور القديمة وحتى نهاية العصور الوسطى في أوروبا . ومع ازدياد حجم السفن وارتفاع جوانبها، أصبحت مجاديف التوجيه الربعية غير عملية، فاستُبدلت بدفات أكثر متانة مزودة بمحور ومفصل . وبينما وُجدت مجاديف التوجيه في أوروبا على نطاق واسع من السفن منذ العصر الروماني، بما في ذلك سفن الحرب الخفيفة في البحر الأبيض المتوسط، ^{[ 10 ] [ 31 ]} فإن أقدم تصوير معروف لدفة ذات محور ومفصل موجود على نقوش كنسية في زيدلجيم ووينشستر يعود ^{تاريخها} إلى حوالي عام 1180. ^{[ 10 ] [ 31} ]

بينما كانت الدفات في السابق تُثبّت على مؤخرة السفينة بواسطة أعمدة أو بكرات، سمحت المفصلات الحديدية بتثبيت الدفة على طول عمود المؤخرة بشكل دائم. ^{[ 40 ]} ومع ذلك، لم تتحقق إمكاناتها الكاملة إلا بعد ظهور عمود المؤخرة العمودي والسفينة كاملة التجهيز في القرن الرابع عشر. ^{[ 41 ]} ومنذ عصر الاكتشافات فصاعدًا، أبحرت السفن الأوروبية المزودة بدفات ذات محور ومفصل بنجاح في جميع البحار السبعة. ^{[ 41 ]}

يرى المؤرخ جوزيف نيدهام أن الدفة المثبتة على مؤخرة السفينة نُقلت من الصين إلى أوروبا والعالم الإسلامي خلال العصور الوسطى. ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 31 ]}

الدفات الحديثة

لم تتغير الدفات التقليدية بشكل أساسي منذ أن قدم إيسامبارد كينغدوم برونيل الدفة المتوازنة على متن السفينة إس إس غريت بريتين في عام 1843 ^{[ 42 ]} ومحرك التوجيه في السفينة إس إس غريت إيسترن في عام 1866. ^{[ 43 ]} إذا كانت السفينة تتطلب قدرة إضافية على المناورة عند السرعات المنخفضة، فيمكن استكمال الدفة بدافع مناورة في المقدمة، ^{[ 44 ]} أو استبدالها بالكامل بدافعات سمتية .

قد تكون دفات القوارب خارجية أو داخلية. تُعلق الدفات الخارجية على مؤخرة القارب أو عارضة القارب. أما الدفات الداخلية فتُعلق من عارضة القاع أو الزعنفة، وبالتالي تكون مغمورة بالكامل أسفل الهيكل، وتتصل بآلية التوجيه بواسطة عمود دفة يمتد عبر الهيكل إلى مستوى سطح السفينة، وغالبًا ما يصل إلى قمرة القيادة. تُعتبر الدفات الداخلية المعلقة على عارضة القاع (وهي امتداد للحافة الخلفية للعارضة الكاملة) تقليديًا الأكثر مقاومة للتلف في الإبحار في أعالي البحار. ويمكن للدفات المعلقة على الزعنفة أن توفر أداءً أفضل وخصائص تحكم أسرع في القوارب ذات عوارض القاع الصغيرة.

يُحدد موضع عمود الدفة والصاري الفرق بين الكيتش واليول، حيث تتشابه هاتان السفينتان ذواتا الصاريين. يُعرَّف اليول بأن صاري المؤخرة يقع خلف عمود الدفة، بينما يُعرَّف الكيتش بأن صاري المؤخرة يقع أمام عمود الدفة.

تُعدّ دفات القوارب الصغيرة، التي يمكن توجيهها بشكل عمودي تقريبًا على المحور الطولي للهيكل، مكابح فعّالة عند الانعطاف الحاد. مع ذلك، تشير مصطلحات مثل "الانعطاف الحاد" و"الانعطاف الحاد إلى اليمين" وغيرها إلى أقصى سرعة دوران للسفن الأكبر حجمًا. تُولّد الدفات المعلقة على العارضة أو الدفات الزعنفية المثبتة في مؤخرة القارب عزم دوران أكبر ودورانًا أسرع من الدفات المثبتة في مقدمة القارب والمعلقة على العارضة. يمكن تشغيل الدفات في القوارب الصغيرة بواسطة ذراع توجيه يُركّب في قاعدة الدفة التي تُشكّل أيضًا نقاط تثبيت جناح الدفة. في القوارب التي قد يُعيق طول ذراع التوجيه فيها حركة الدفة، يمكن فصلها باستخدام وصلة مطاطية عالمية، ويُطلق على الجزء المُتصل بذراع التوجيه اسم "وصلة ذراع التوجيه". يمكن تمديد أذرع التوجيه بشكل أكبر باستخدام وصلة تلسكوبية قابلة للتعديل مع قفل لولبي.

يوجد أيضاً نوع الدفة الأسطوانية، حيث يكون مروحة السفينة مغلقة ويمكن تدويرها لتوجيهها. ويزعم المصممون أن هذا النوع من الدفة في السفن الصغيرة يستجيب للتوجيه بشكل أسرع. ^{[ 45 ]}

في الطائرة، يُعدّ الدفة أحد أسطح التحكم الاتجاهية الثلاثة، إلى جانب المصعد الشبيه بالدفة (المثبت عادةً على الهيكل الأفقي للذيل، إن لم يكن مصعدًا مسطحًا) والجنيحات ( المثبتة على الأجنحة)، والتي تتحكم في الميلان والدوران على التوالي. عادةً ما تكون الدفة مثبتة على الزعنفة (أو المثبت الرأسي )، مما يسمح للطيار بالتحكم في الانعراج حول المحور الرأسي، أي تغيير الاتجاه الأفقي الذي تشير إليه مقدمة الطائرة.

على عكس السفينة، تُستخدم أدوات التحكم في الجنيحات والدفة معًا لتوجيه الطائرة، حيث تُعطي الجنيحات الدوران الجانبي، بينما تُعطي الدفة الدوران حول المحور الرأسي، كما تُعوض ظاهرة تُسمى الدوران العكسي . تستطيع الدفة وحدها توجيه طائرة تقليدية ثابتة الجناح، ولكن ببطء شديد مقارنةً باستخدام الجنيحات معًا. في بعض الأحيان، قد يُشغّل الطيارون الدفة والجنيحات عمدًا في اتجاهين متعاكسين في مناورة تُسمى الانزلاق الجانبي. قد يُلجأ إلى ذلك للتغلب على الرياح الجانبية والحفاظ على استقامة جسم الطائرة مع المدرج، أو لخفض الارتفاع عن طريق زيادة مقاومة الهواء، أو كليهما.

هناك تقنية أخرى للتحكم في الانعراج، تُستخدم في بعض الطائرات عديمة الذيل والأجنحة الطائرة ، وهي إضافة سطح أو أكثر لتوليد مقاومة الهواء، مثل الجنيحات المنقسمة، على الجزء الخارجي من الجناح. يؤدي تشغيل أحد هذه الأسطح إلى توليد مقاومة على الجناح، مما يتسبب في انحراف الطائرة في ذلك الاتجاه. تُعرف هذه الأسطح عادةً باسم دفات مقاومة الهواء.

يتم التحكم في الدفات عادةً باستخدام الدواسات .

• عجلة القيادة - آلية تُستخدم لتوجيه المركبات المائية 
• أزيبود – دافع سمتي كهربائي 
• دفة المطبخ – نوع من أنظمة الدفع الاتجاهية للسفن 
• دفة بليوجر – دفة السفينة المدعومة بمحرك دفع 
• دفة شيلينغ – دفة ذات نسبة عرض إلى طول منخفضة مع ألواح طرفية 
• مروحة فويت شنايدر – نظام دفع بحري ذو محور عمودي 

• لورانس ف. موت، تطور الدفة، 100-1600 ميلادي: قصة تكنولوجية ، أطروحة، مايو 1991، جامعة تكساس إيه آند إم. مؤرشفة في 6 نوفمبر 2017 على موقع Wayback Machine.
• فيربانك، جون كينغ وميرل غولدمان (1992). الصين: تاريخ جديد؛ الطبعة الثانية الموسعة (2006). كامبريدج، ماساتشوستس؛ لندن: مطبعة بيلكناب التابعة لجامعة هارفارد. ISBN 0-674-01828-1
• نيدهام، جوزيف (1986). العلم والحضارة في الصين: المجلد 4، الفيزياء والتكنولوجيا الفيزيائية، الجزء 3، الهندسة المدنية والملاحة البحرية . تايبيه: دار نشر كيفز بوكس ​​المحدودة.