حالة الحلقة الدوامية

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

حالة الحلقة الدوامية، حيث يكون تدفق الهواء صاعدًا على الجزء الداخلي من الشفرة، مما يُنتج دوامة ثانوية بالإضافة إلى الدوامات الطبيعية عند أطراف الجناح. يؤدي تدفق الهواء المضطرب إلى فقدان كفاءة الدوار. إذا استمر الوضع على هذا النحو، فقد تحدث تذبذبات غير متوقعة في الميل والدوران، مصحوبة بمعدل هبوط كبير. [ 1 ]

حالة الحلقة الدوامية ( VRS) هي حالة ديناميكية هوائية خطيرة قد تنشأ أثناء طيران المروحية ، عندما تُحيط حلقة دوامية بالدوار ، مما يُسبب فقدانًا حادًا في قوة الرفع . غالبًا ما يُستخدم مصطلح " الاستقرار مع الطاقة" كمرادف، كما هو الحال في أستراليا والمملكة المتحدة والولايات المتحدة، [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] ولكن ليس في كندا، التي تستخدم المصطلح الأخير لظاهرة مختلفة. [ 5 ]

تتشكل حالة الحلقة الدوامية عندما يتخذ تدفق الهواء حول الدوار الرئيسي للمروحية شكلاً متناظراً دورانياً فوق أطراف الشفرات، مدعوماً بتدفق انسيابي فوق أطراف الشفرات، وتدفق معاكس صاعد للهواء خارج الدوار وبعيداً عنه. في هذه الحالة، يدخل الدوار في حالة طوبولوجية جديدة لحقل التدفق المحيط به، نتيجةً لتدفقه الهابط، ويفقد قوة الرفع فجأة. ولأن الحلقات الدوامية ظاهرة ديناميكية سائلة مستقرة بشكلٍ مدهش (شكل من أشكال السوليتون الطوبولوجي )، فإن أفضل طريقة للخروج منها هي الانحراف جانبياً لتجنبها، من أجل استعادة قوة الرفع، وتفكيكها باستخدام أقصى قدرة للمحرك، من أجل إحداث اضطراب .

لهذا السبب أيضاً يُخلط غالباً بين هذه الحالة و"الاستقرار مع طاقة غير كافية": فالمناورات عالية الطاقة قد تُحدث حالة دوامية حلقية في الهواء الحر، ثم على ارتفاع منخفض، أثناء الهبوط، قد تُكسرها. إذا لم تتوفر طاقة كافية للحفاظ على شكل جناح الدوار في حالة توقف، مع توليد قوة رفع كافية، فلن تتمكن الطائرة من البقاء محلقة قبل أن تتلاشى حالة الدوامة الحلقية، وستتحطم.

تحدث هذه الحالة أيضاً مع الطائرات ذات المراوح القابلة للإمالة ، وكانت مسؤولة عن حادثة طائرة V-22 Osprey في عام 2000. تسببت حالة حلقة الدوامة في فقدان مروحية MH-60 معدلة بشكل كبير خلال عملية نبتون سبير ، وهي الغارة التي جرت عام 2011 والتي قُتل فيها أسامة بن لادن . [ 6 ]

وصف

تدفق الهواء حول شفرات الدوار أثناء (أ)  الطيران العادي، (ب)  الهبوط السريع، و(ج)  حالة الحلقة الدوامية

نظراً لدوران الشفرات حول محور مركزي، تكون سرعة كل جناح في أدنى مستوياتها عند نقطة اتصاله بمجموعة المحور والمقبض. هذه الحقيقة الفيزيائية الأساسية تعني أن الجزء الداخلي من كل شفرة معرض بطبيعته لخطر التوقف المفاجئ .

في الطيران الأمامي مع قوة الرفع الانتقالية ، لا يوجد تدفق صاعد للهواء في منطقة المحور. ومع انخفاض سرعة الطيران الأمامي وزيادة معدلات الهبوط الرأسي، يبدأ التدفق الصاعد ببساطة لعدم وجود أسطح انسيابية في منطقة المحور والصاري ومجموعة مقابض الشفرات.

ثم، مع ازدياد حجم التدفق الصاعد في المنطقة المركزية (أي بين محور الدوران والحواف الداخلية للشفرات)، يتم التغلب على التدفق المستحث (الهواء المسحوب أو "المستحث" لأسفل عبر نظام الدوار) في الأجزاء الداخلية للشفرات. وهذا يؤدي إلى بدء توقف الأجزاء الداخلية للشفرات . [ 7 ] [ 8 ]

عندما تتوقف الأجزاء الداخلية لشفرات المروحية عن الدوران، تبدأ مجموعة ثانية من الدوامات، مشابهة لدوامات أطراف الدوار، بالتشكل في مركز نظام الدوار وحوله. هذا، بالإضافة إلى مجموعة الدوامات الخارجية، يؤدي إلى فقدان حاد في قوة الرفع. قد يؤدي عدم إدراك قائد المروحية لهذه الحالة وعدم استجابته لها إلى معدلات هبوط عالية وارتطام كارثي بالأرض. [ 1 ]

حدوث

تواجه المروحية عادةً هذه الحالة عند محاولة التحليق خارج نطاق تأثير الأرض (OGE) دون الحفاظ على تحكم دقيق في الارتفاع؛ وأثناء القيام بعمليات هبوط مع اتجاه الريح أو هبوط حاد باستخدام المحرك عندما تكون سرعة الهواء أقل من قوة الرفع الانتقالية الفعالة (ETL). [ 9 ]

الكشف والتصحيح

تتمثل علامات VRS في اهتزاز في نظام الدوار الرئيسي [ 10 ] يتبعه زيادة في معدل الهبوط وربما انخفاض في القدرة الدورية . [ 11 ]

في المروحيات ذات الدوار الواحد، يُصحَّح وضع حلقة الدوامة عادةً بخفض ذراع التحكم الجماعي قليلاً لاستعادة التحكم الدوري، واستخدام هذا التحكم لتطبيق حركة جانبية، وغالبًا ما يتم ذلك بخفض مقدمة المروحية لتحقيق الطيران الأمامي. أما في المروحيات ذات الدوارين المتتاليين، فيتم التعافي من خلال التحكم الجانبي الدوري أو دواسة القدم أو كليهما. ستطير الطائرة خارج حلقة الدوامة إلى "هواء نظيف"، وستكون قادرة على استعادة قوة الرفع. [ 1 ]

تُعدّ تقنية فويشارد للاستعادة بديلاً فعالاً، إذ تُقلّل من فقدان الارتفاع وتُسرّع عملية الاستعادة. طُوّرت هذه التقنية، التي اكتسبت شعبيةً مؤخراً، على يد كلود فويشارد، مفتش في المكتب الفيدرالي للطيران المدني في سويسرا، وتعتمد على قوة الدفع من دوّار الذيل غير المتأثر [ 12 ] للانزلاق الجانبي (التحرك جانبياً دون دوران) للمروحية بمقدار قطر دوّار واحد على الأقل. يُمكن اعتبارها بمثابة تعظيم قوة الدفع الجانبي من دوّار الذيل وموازنتها باستخدام عصا التحكم الدورية والجمعية لتجنب الدوران، ولكن نظراً لأن الدوّار الرئيسي يستجيب ببطء أكبر لأدوات التحكم، فإنّها تُنفّذ في الواقع بترتيب عكسي: زيادة قوة الجمعية للصعود، وتطبيق عصا التحكم الدورية في اتجاه دفع دوّار الذيل (كما لو كان الدوران في الاتجاه المعاكس لدوران الدوّار الرئيسي) بزاوية ميل تتراوح بين 15 و20 درجة، مع استخدام الدواسات للحفاظ على الاتجاه (أدوات التحكم المتقاطعة). تكتمل عملية الاستعادة عندما يصل قرص الدوّار إلى الجزء المواجه للريح من الدوامة. [ 1 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 12 ]

الخروج من حالة الحلقة الدوامية

من الممكن الخروج من حالة الحلقة الدوامية، لكن هذا يتطلب ضعف الطاقة اللازمة للتحليق تقريبًا. المروحية الوحيدة الموثقة التي تستطيع القيام بذلك، وهي سيكورسكي إس-64 سكاي كرين ، عندما تكون غير محملة، هي المروحية كاملة الحجم الوحيدة. [ 15 ]

رد فعل الطيار أو المشغل

يُدرَّب طيارو المروحيات عادةً على تجنب حالة الدوامة الحلقية (VRS) من خلال مراقبة معدلات هبوطهم عند السرعات المنخفضة. عند مواجهة هذه الحالة، يُدرَّب الطيارون على استخدام عصا التحكم الأمامية للخروج منها و/أو خفض زاوية ميل الشفرات الجماعية . [ 11 ] في حين أن الانتقال إلى الطيران الأمامي أو الجانبي يُخفف من حدة الحالة تلقائيًا، فإن خفض زاوية ميل الشفرات الجماعية لتقليل استهلاك الطاقة يُقلل من حجم الدوامات ويُقلل من الوقت اللازم للخروج منها. مع ذلك، ولأن هذه الحالة غالبًا ما تحدث بالقرب من سطح الأرض، فقد لا يكون خفض زاوية ميل الشفرات الجماعية خيارًا متاحًا؛ إذ سيحدث فقدان في الارتفاع يتناسب مع معدل الهبوط الذي تم تحقيقه قبل بدء عملية التعافي. في بعض الحالات، تُواجَه حالة الدوامة الحلقية وتُترك لتتطور إلى درجة قد يفقد فيها الطيار السيطرة على عصا التحكم بشكل كبير بسبب اضطراب تدفق الهواء. في هذه الحالات، قد يكون الحل الوحيد أمام الطيار هو الدخول في دوران ذاتي لتحرير نظام الدوار من حالة الدوامة الحلقية. [ 1 ]

طائرات هليكوبتر ذات دوارين متتاليين

في المروحية ذات الدوار المزدوج ، لن يؤدي تحريك عصا التحكم الأمامية إلى إيقاف معدل الهبوط الناتج عن دوامة الدوران. في هذه المروحية، التي تستخدم نظام التحكم التفاضلي في زاوية ميل الشفرات لزيادة السرعة، يجب أن يصاحب تحريك عصا التحكم الجانبية تحريك دواسة القدم للانزلاق أفقيًا خارج الهواء المضطرب الناتج عن دوامة الدوران.

طائرات متعددة المراوح يتم التحكم فيها لاسلكيًا

تخضع الطائرات متعددة المراوح التي يتم التحكم فيها لاسلكيًا (الشائعة في الطائرات بدون طيار) لديناميكيات الهواء الطبيعية للطائرات ذات المراوح الدوارة، بما في ذلك حالة الدوامة الحلقية. يؤثر تصميم الهيكل وحجمه وقوته على احتمالية الدخول في هذه الحالة والخروج منها. كما أن الطائرات متعددة المراوح التي لا تحتوي على خاصية تثبيت الارتفاع أكثر عرضة للوقوع ضحية خطأ المشغل، حيث يقوم الطيار بخفض الطائرة بسرعة كبيرة مما يؤدي إلى تيار صاعد عند محاور المراوح، والذي قد يتسبب في حالة الدوامة الحلقية. أما تلك المجهزة بهذه الخاصية، فتميل إلى التحكم في هبوطها تلقائيًا، ويمكنها عادةً (ولكن ليس دائمًا) تجنب هذه الحالة الخطرة. [ 16 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 دليل الطيران بالمروحيات، FAA-H-8083-21A (ملف PDF) . وزارة النقل الأمريكية، إدارة الطيران الفيدرالية، دائرة معايير الطيران. 2012. الصفحات 11-8 – 11-12 ، 11-17 – 11-20 . 
  2. ↑ "متطلبات التقييم لـ AVIY0029 تشغيل أنظمة الطائرات ذات الأجنحة الدوارة عن بُعد" ( ملف PDF) . الحكومة الأسترالية . تم الاطلاع عليه في 16 أبريل 2023. التعرف على حالة الاستقرار مع الطاقة/حلقة الدوامة وتجنبها
  3. ↑ "امتحانات رخصة الطيار الخاص - 070 الإجراءات التشغيلية للطائرات والمروحيات" ( ملف PDF) . هيئة الطيران المدني. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 16 أبريل 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 16 أبريل 2023. الهبوط مع الطاقة (حلقة دوامية)
  4. ↑ "حالات الطوارئ والمخاطر المتعلقة بالمروحيات" (ملف PDF) . إدارة الطيران الفيدرالية (FAA) . تاريخ الاطلاع: 16 أبريل 2023. تُشير حالة حلقة الدوامة (المعروفة سابقًا باسم "الهبوط مع الطاقة") إلى حالة ديناميكية هوائية قد تكون فيها المروحية في حالة هبوط عمودي مع تطبيق طاقة تتراوح بين 20 و100 بالمائة، مع أداء صعود ضعيف أو معدوم. وقد جاء مصطلح "الهبوط مع الطاقة" المستخدم سابقًا من حقيقة أن المروحية تستمر في الهبوط حتى مع تطبيق طاقة المحرك الكاملة.
  5. ↑ " دليل تدريب الطيران بالمروحية (TP 9982) - التمرين 26 - حلقة الدوامة " وزارة النقل الكندية ، 20 مايو 2010. تاريخ الوصول: 13 سبتمبر 2014.
  6. ↑ كاباتشيو، توني (5 مايو 2011). "إسقاط مروحية تقلّ قوات البحرية الأمريكية الخاصة بسبب دوامة هوائية، وليس عطلًا ميكانيكيًا أو إطلاق نار" . بلومبيرغ إل بي
  7. ↑ إدارة الطيران الفيدرالية (2019). "الفصل 11: حالات الطوارئ والمخاطر المتعلقة بالمروحيات" (ملف PDF) . دليل الطيران بالمروحيات (FAA-H-8083-21B ). وزارة النقل الأمريكية، إدارة الطيران الفيدرالية . تاريخ الاطلاع: 1 مايو 2026 . 
  8. ↑ ليشمَن، ج. جوردون (2006). "حالة حلقة الدوامة". مبادئ ديناميكا الهواء للمروحيات ( الطبعة الثانية). مطبعة جامعة كامبريدج. ص 233-237 . ISBN   978-0-521-85860-1.
  9. ↑ إدارة الطيران الفيدرالية (ديسمبر 2019)، "11: حالات الطوارئ والمخاطر المتعلقة بالمروحيات" (ملف PDF) ، دليل الطيران بالمروحيات ، الولايات المتحدة، ص 9، ISBN  978-1-61954-992-0{{citation}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  10. ↑ جونسون، واين. نظرية المروحيات ، الصفحات 99+106، منشورات كوريير دوفر ، 1980. تاريخ الوصول: 25 فبراير 2012. ISBN 0-486-68230-7
  11. 1 2 التعميم الاستشاري (AC) 61-13B، دليل أساسيات طائرات الهليكوبتر ، وزارة النقل الأمريكية، إدارة الطيران الفيدرالية. 1978
  12. ١ ٢ "كلود فويشارد وتيم تاكر يرويان قصة تقنية فويشارد" . مجلة فيرتيكال . ٢٩ أبريل ٢٠٢١. مؤرشف من الأصل في ٢٩ أبريل ٢٠٢١.
  13. ↑ تاكر، تيم (سبتمبر 2015). "التحليق عبر الدوامة" . روتور آند وينغ . أفييشن توداي . تم الاسترجاع في 13 فبراير 2016 .{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link )
  14. ↑ دليل تدريب الطيران لطائرتي روبنسون R22/R44، دليل مناورات R22، الهبوط مع زيادة الطاقة/حالة الحلقة الدوامية، الصفحة 29، مُنقّح: أكتوبر 2013
  15. ↑ دزيوبينسكي، آدم؛ ستاليفسكي، فينتشيسلاف (2007). "محاكاة حالة الحلقة الدوامية باستخدام قرص المحرك" (ملف PDF) . معهد الطيران - قسم ديناميكا الموائع الحسابية . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 18 أغسطس 2021. تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 مارس 2022 .
  16. ↑ "طائرة رباعية المراوح "تذبذب الموت": استعادة نظام VRS وتجنبه" . يوتيوب . أغسطس 2014. مؤرشف من الأصل في 12 ديسمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 21 سبتمبر 2014 .