القدرة الفائقة على المناورة

يكمن الفرق الرئيسي بين المقاتلة الانسيابية البحتة والمقاتلة فائقة المناورة عمومًا في خصائصها بعد التوقف . يحدث التوقف، كما ذُكر سابقًا، عندما ينفصل تدفق الهواء فوق سطح الجناح نتيجة زاوية هجوم عالية (قد ينتج هذا عن سرعة منخفضة، لكن السبب المباشر يعتمد على اتجاه تدفق الهواء الملامس للجناح)؛ عندها يفقد الجناح مصدر الرفع الرئيسي له، ولن يدعم الطائرة حتى يعود تدفق الهواء إلى وضعه الطبيعي فوق سطحه.

يكمن الفرق الرئيسي بين القدرة على المناورة الديناميكية الهوائية والقدرة الفائقة على المناورة في سلوك الطائرة أثناء حالة التوقف. ففي حالة التوقف، لا تملك أسطح التحكم التقليدية، وخاصة الجنيحات، قدرة تُذكر على تغيير وضعية الطائرة. صُممت معظم الطائرات لتكون مستقرة وسهلة الاستعادة في مثل هذه الحالة؛ حيث تميل الطائرة إلى الأسفل بحيث تقل زاوية هجوم الأجنحة لتتوافق مع اتجاه الطائرة الحالي (المعروف تقنيًا باسم متجه السرعة)، مما يُعيد تدفق الهواء الطبيعي فوق الأجنحة وأسطح التحكم، ويُمكّن من الطيران المُتحكم فيه. ^{[ 5 ]}

مع ذلك، قد تتعرض بعض الطائرات لانهيار مفاجئ في مقدمة الطائرة. يُعيق تصميم الطائرة أو يمنع تقليل زاوية الهجوم لاستعادة تدفق الهواء. تعاني طائرة إف-16 من هذا العيب، ويعود ذلك جزئيًا إلى نظام التحكم الإلكتروني فيها، الذي يحدّ في بعض الظروف من قدرة الطيار على توجيه مقدمة الطائرة للأسفل لتقليل زاوية الهجوم واستعادة السيطرة. ^{[ 5 ]} لا يُعدّ كلٌّ من الانخفاض الحاد في مقدمة الطائرة والانهيار المفاجئ في مقدمة الطائرة أمرًا مرغوبًا فيه في الطائرات فائقة القدرة على المناورة.

تُمكّن الطائرة فائقة القدرة على المناورة الطيار من الحفاظ على قدرٍ من التحكم على الأقل عند توقف الطائرة، واستعادة السيطرة الكاملة بسرعة. ويتحقق ذلك بشكل أساسي من خلال تصميم طائرة تتمتع بقدرة عالية على المناورة، ولكنها لا تتعرض لتوقف عميق (مما يسمح للطيار بالتعافي السريع)، وتتعافى بشكل متوقع ومناسب (مثاليًا إلى طيران أفقي؛ وأكثر واقعية إلى أقل ميل ممكن لمقدمة الطائرة للأسفل). يُضاف إلى هذا التصميم خصائص تُمكّن الطيار من التحكم الفعال في الطائرة أثناء التوقف، والحفاظ على الطيران الأفقي الأمامي أو استعادته في نطاق ارتفاع ضحل للغاية يتجاوز قدرات المناورة الديناميكية الهوائية البحتة.

من السمات الرئيسية للطائرات المقاتلة فائقة المناورة نسبة الدفع إلى الوزن العالية؛ أي مقارنة القوة الناتجة عن المحركات بوزن الطائرة، والذي يمثل قوة الجاذبية المؤثرة عليها. ويُعدّ هذا الأمر مرغوبًا فيه عمومًا في أي طائرة استعراضية، إذ تسمح نسبة الدفع إلى الوزن العالية للطائرة باستعادة سرعتها بسرعة بعد مناورة تتطلب قوة تسارع عالية. وعلى وجه الخصوص، تُعتبر نسبة الدفع إلى الوزن التي تتجاوز 1:1 عتبةً حاسمة، إذ تسمح للطائرة بالحفاظ على سرعتها، بل وزيادتها، في وضعية رفع مقدمة الطائرة؛ ويعتمد هذا الصعود على قوة المحرك وحدها، دون أي قوة رفع من الأجنحة لمقاومة الجاذبية، وقد أصبح هذا الأمر بالغ الأهمية للمناورات الاستعراضية العمودية (والتي بدورها ضرورية للقتال الجوي).

تُعدّ نسبة الدفع إلى الوزن العالية ضرورية للطائرات المقاتلة فائقة المناورة، لأنها لا تتجنب فقط العديد من المواقف التي قد تتعرض فيها الطائرة للتوقف (مثل مناورات الصعود العمودي)، بل تسمح أيضًا للطيار، عند حدوث التوقف، بزيادة السرعة الأمامية بشكل حاد حتى مع انخفاض مقدمة الطائرة؛ مما يقلل من زاوية انخفاض المقدمة اللازمة لمواكبة متجه السرعة، وبالتالي التعافي بشكل أسرع من التوقف. وهذا يسمح بالتحكم في حالات التوقف؛ حيث يقوم الطيار بتعطيل الطائرة عمدًا بمناورة حادة، ثم يستعيد السيطرة بسرعة بفضل قوة المحرك العالية.

ابتداءً من أواخر الجيل الرابع وحتى الجيل 4.5 من تطوير الطائرات، مكّنت التطورات في كفاءة المحرك وقوته العديد من المقاتلات من الاقتراب من نسب الدفع إلى الوزن 1:1 وتجاوزها. وستتجاوز معظم مقاتلات الجيل الخامس الحالية والمخطط لها هذا الحد.

على الرغم من أن القدرة الفائقة على المناورة تتجاوز حدود التحكم الديناميكي الهوائي البحت، فإن التقنيات التي تدفع الطائرات نحو هذه القدرة تعتمد على تصميم تقليدي يعتمد على التحكم الديناميكي الهوائي. لذا، يُعدّ التصميم الذي يتمتع بقدرة عالية على المناورة باستخدام الديناميكا الهوائية التقليدية أساسًا ضروريًا للمقاتلة فائقة القدرة على المناورة.

تعتبر ميزات مثل أسطح التحكم الكبيرة التي توفر قوة أكبر مع تغيير زاوي أقل من الوضع المحايد مما يقلل من انفصال تدفق الهواء، وتصميم جسم الرفع بما في ذلك استخدام الشرائح ، والتي تسمح لجسم الطائرة بتوليد قوة رفع بالإضافة إلى قوة أجنحتها، والتصميم منخفض السحب، وخاصة تقليل السحب عند الحواف الأمامية للطائرة مثل مخروط الأنف والأجنحة وقنوات سحب المحرك، كلها أمور ضرورية لإنشاء طائرة عالية القدرة على المناورة.

بعض التصاميم، مثل طائرة إف-16 (التي تُعتبر في شكلها الإنتاجي الحالي عالية القدرة على المناورة، بينما يُعتبر نموذج إف-16 فيستا التقني فقط فائق القدرة على المناورة)، مصممة لتكون غير مستقرة بطبيعتها؛ أي أن الطائرة، إذا فقدت السيطرة عليها تمامًا، لن تعود إلى وضع الطيران الأفقي المستقر بعد أي اضطراب كما تفعل الطائرات ذات التصميم المستقر بطبيعتها. تتطلب هذه التصاميم استخدام نظام "التحكم الإلكتروني" حيث يقوم الحاسوب بتصحيح حالات عدم الاستقرار الطفيفة، مع تفسير مدخلات الطيار والتحكم في أسطح التحكم لتحقيق السلوك المطلوب دون فقدان السيطرة. وبذلك، يُنتج عدم استقرار التصميم طائرة عالية القدرة على المناورة؛ فبدون مقاومة التقييد الذاتي التي يوفرها التصميم المستقر للمناورات المطلوبة، يكون التصميم غير المستقر عمدًا قادرًا على تحقيق معدلات دوران أعلى بكثير مما هو ممكن في الأحوال العادية.

الكانارد هو سطح تحكم في المصعد يوضع أمام الأجنحة. في بعض الأحيان، كما هو الحال مع طائرة B -1B ، تُستخدم ببساطة لتثبيت الأجزاء المرنة من جسم الطائرة أو لتوفير تغييرات طفيفة جدًا في الوضع، ولكنها تُستخدم غالبًا كمكمل أو بديل كامل للمثبتات المثبتة على الذيل .

تقوم النظرية وراء استخدام الأجنحة الأمامية كسطح توجيه وحيد على أن أي تصميم لسطح التوجيه خلف الأجنحة لا يُعدّ مُرضيًا تمامًا لأغراض المناورة؛ إذ يُحدث تدفق الهواء فوق الأجنحة اضطرابًا، مهما كان طفيفًا، وبالتالي يؤثر على أسطح التوجيه الموضوعة مباشرة خلف الأجنحة. أما وضعها أسفل الأجنحة (وهو أمر شائع في العديد من الطائرات المقاتلة) فيُعرّض أسطح التوجيه لاضطراب أكبر ناتج عن الذخائر الموجودة أسفل الأجنحة.

الحل الأصلي لمثل هذه المشاكل، وهو الذيل على شكل حرف T ، فقد مصداقيته إلى حد كبير لكونه عرضة لحالات "التوقف العميق" الخطيرة. أما الحلول الأخرى، مثل الذيل على شكل حرف V، فتضع أسطح الدفة والمصعد المدمجة بعيدًا عن تدفق الهواء حول الأجنحة، لكنها تقلل من فعالية سطح التحكم في محوري الميل والانعراج.

تُعدّ الأجنحة الأمامية (الكانارد) إضافةً إلى المصاعد التقليدية، إذ تزيد مساحة سطح التحكم بشكل كبير، وغالبًا ما تزيد زاوية الهجوم الحرجة للأجنحة لأنها توجه الهواء بشكل مباشر نحو الحافة الأمامية للجناح. كما يمكن تصميمها للعمل بشكل مستقل (أي الدوران في اتجاهين متعاكسين)، وبالتالي تعمل أيضًا كجنيحات .

لا تُعدّ الأجنحة الأمامية (الكانارد) شرطًا أساسيًا، وقد تنطوي على عيوب منها انخفاض مجال رؤية الطيار، وزيادة التعقيد الميكانيكي والهشاشة، وزيادة البصمة الرادارية، مع إمكانية تقليل المقطع الراداري عن طريق التحكم في انحراف الكانارد عبر برمجيات التحكم في الطيران، كما هو الحال في طائرة يوروفايتر. ^{[ 6 ] [ 7 ]} على سبيل المثال، لا تتضمن طائرة إف-22 أجنحة أمامية، وذلك لأسباب تتعلق بالتخفي في المقام الأول. أما المقاتلة الشبحية الوحيدة التي تتضمن أجنحة أمامية فهي طائرة جيه-20 .

تخلو طائرة سو-35 الإنتاجية أيضاً من الأجنحة الأمامية (الكانارد). وقد تضمنت العديد من النماذج التجريبية ونماذج اختبار القدرة على المناورة، مثل طائرة إف-15 إس/إم تي دي، أجنحة أمامية، حتى عندما لم تكن موجودة في الطائرات الإنتاجية التي استندت إليها. وتستخدم المقاتلات الإنتاجية مثل يوروفايتر تايفون ، وداسو رافال ، وساب غريبن جميعها تصميم جناح دلتا مزوداً بأسطح كانارد، بينما تستخدم بعض طرازات سو-27، بما في ذلك سو-30، وسو-30 إم كي آي، وسو-33، وسو-37، أجنحة كانارد لتكملة المصاعد التقليدية المثبتة على الذيل.

على الرغم من وجود نسبة عالية من قوة الدفع إلى الوزن وقدرة عالية على المناورة الديناميكية الهوائية في كل من الطائرات الديناميكية الهوائية والطائرات فائقة المناورة، فإن التقنية الأكثر ارتباطًا بشكل مباشر بالقدرة الفائقة على المناورة هي توجيه الدفع ، حيث يمكن تعديل هندسة فوهة العادم لمحرك نفاث تقليدي لتوجيه دفع المحرك في اتجاه آخر غير الاتجاه الخلفي مباشرة (أي لأعلى أو لأسفل).

يُطبّق هذا النظام قوةً على الجزء الخلفي من الطائرة في الاتجاه المعاكس، على غرار أسطح التحكم التقليدية، ولكن على عكس أسطح التحكم، تعتمد قوة الدفع الموجّه على قوة دفع المحرك الحالية، وليس على سرعة الطائرة. وبالتالي، لا يُعزّز توجيه الدفع أسطح التحكم (عادةً أسطح المصاعد) عند السرعات العالية فحسب، بل يسمح للطائرة أيضًا بالحفاظ على أقصى قدرة على المناورة عند سرعات أقل من سرعة الانعطاف، وبعض التحكم في وضعية الطائرة عند سرعات أقل من سرعة التوقف أثناء المناورات.

تم بناء نماذج تجريبية تكنولوجية مثل X-31 و F-16 VISTA و F-15 S/MTD لعرض قدرات الطائرات التي تستخدم هذه التقنية؛ ومنذ ذلك الحين، تم دمجها في طائرات مقاتلة في مراحل ما قبل الإنتاج والإنتاج، مثل F-22 Raptor . كما أدخلت شركات التصميم في دول الكتلة الشرقية هذه التقنية في طرازات مختلفة من طائرات الجيل الرابع، مثل MiG-29 و Su-27 ، لإنتاج النموذج التجريبي MiG-29OVT ومقاتلة التفوق الجوي Su-30MKI على التوالي. ومن المقرر أن تستخدم طائرات الجيل الخامس المصممة روسيًا، مثل Sukhoi Su-57، هذه التقنية أيضًا. بالإضافة إلى ذلك، سيتم تحديث مقاتلات Su-30 الروسية المحلية بمحركات موجهة الدفع. ^{[ 8 ]}

يُعدّ توجيه الدفع مفيدًا للغاية عند تنفيذ مناورات مثل الانعطاف الحاد في الجو ، حيث يكون مقدمة الطائرة متجهة للأعلى (وبالتالي يُعاكس دفع المحرك الجاذبية ويُوفر التحكم في وضعية الطائرة). في الواقع، يُعتبر من المستحيل عمومًا تنفيذ مناورة الانعطاف الحاد الحقيقية دون توجيه الدفع. تشمل المناورات الأخرى التي يُعتبر من المستحيل تنفيذها بشكل مُتحكم به باستخدام المناورات الديناميكية الهوائية فقط: مناورة بيل (حلقة كاملة بزاوية 360 درجة مع تغيير طفيف في الارتفاع) والدوران المسطح المُتحكم به (انعطاف بزاوية 360 درجة حول نقطة دوران تقع داخل الطائرة).