جهاز طرف الجناح

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 26 صور
الموسوعة الحرة

جهاز طرف جناح طائرة إيرباص A350
رسم تخطيطي لدوامات طرف الجناح خلف طرف جناح تقليدي (على اليسار) وجنيح مدمج (على اليمين)

تهدف أجهزة أطراف الأجنحة إلى تحسين كفاءة الطائرات ذات الأجنحة الثابتة عن طريق تقليل مقاومة الهواء . [ 1 ] ورغم وجود أنواع عديدة من هذه الأجهزة تعمل بطرق مختلفة، إلا أن هدفها الأساسي هو تقليل مقاومة الهواء للطائرة. تعمل هذه الأجهزة على تقليل المقاومة عن طريق زيادة ارتفاع نظام الرفع، دون زيادة كبيرة في طول الجناح . صحيح أن زيادة طول الجناح تقلل من مقاومة الهواء الناتجة عن الرفع ، إلا أنها تزيد من مقاومة الهواء الطفيلية ، وتتطلب زيادة قوة الجناح ووزنه. عند نقطة معينة، لا توجد فائدة صافية من زيادة طول الجناح أكثر من ذلك. وقد توجد أيضًا اعتبارات تشغيلية تحد من طول الجناح المسموح به (مثل العرض المتاح عند بوابات المطارات ).

الفيزياء

عندما يُولّد جناح تقليدي قوة رفع، فإنه يتعرض أيضًا لمقاومة ناتجة عن الرفع . يتدفق الهواء ذو ​​الضغط العالي أسفل الجناح إلى سطح الضغط المنخفض في الأعلى عند طرف الجناح، مما ينتج عنه دوامة بسبب الحركة الأمامية للطائرة. تُبين نظرية تريفيتز أن زيادة ارتفاع نظام الرفع تُقلل من المقاومة الناتجة. يُقلل الزعنفة الرأسية أو الجنيح من المقاومة الناتجة إذا وُضعت في أي مكان على طول الجناح بعيدًا عن مركز الطائرة، ولكنها تكون أكثر فعالية عند وضعها عند طرف الجناح. [ 2 ]

فوائد

تُساهم أجهزة أطراف الأجنحة، من خلال تقليل مقاومة الهواء، في زيادة كفاءة استهلاك الوقود ومدى الطائرة . كما تتحسن كفاءة الطائرة ، مما يسمح بتقليل طول مدرج الإقلاع بفضل تحسين أداء الصعود، وزيادة ارتفاع وسرعة الطيران. ويُقلل ذلك أيضًا من ضوضاء الإقلاع. [ 2 ] وفي الطائرات الشراعية ، يؤدي انخفاض مقاومة الهواء المستحثة إلى زيادة سرعة الطيران عبر البلاد، مما يزيد من المدى. [ 1 ] كما تُعزز أجهزة أطراف الأجنحة سلامة الطائرات اللاحقة، من خلال تقليل قوة الدوامات الهوائية عند أطراف الأجنحة .

تشير دراسات القوات الجوية الأمريكية إلى أن أي تحسن في كفاءة استهلاك الوقود يرتبط ارتباطًا مباشرًا بالزيادة السببية في نسبة الرفع إلى السحب للطائرة. [ 3 ]

تشهد الطائرات التجارية النفاثة العادية زيادة في كفاءة استهلاك الوقود تتراوح بين 4 و6%، وانخفاضاً في الضوضاء أثناء الطيران يصل إلى 6% بفضل استخدام الأجنحة الطرفية. ويمكن أن تختلف وفورات الوقود الفعلية وانبعاثات الكربون المرتبطة بها اختلافاً كبيراً باختلاف نوع الطائرة والمسار وظروف الطيران. [ 4 ]

التاريخ المبكر

صفائح نهاية الجناح

الطائرة النموذجية Ha 137 ، المزودة بامتدادات جناح عمودية، حوالي 1935-1937

يعود المفهوم الأولي إلى عام 1897، عندما حصل المهندس الإنجليزي فريدريك دبليو لانشستر على براءة اختراع لألواح طرف الجناح كوسيلة للتحكم في دوامات أطراف الأجنحة. [ 5 ] وفي الولايات المتحدة، حصل المهندس الاسكتلندي ويليام إي سومرفيل على براءة اختراع لأول أجنحة طرفية وظيفية في عام 1910. وقام سومرفيل بتركيب هذه الأجهزة على تصاميمه المبكرة للطائرات ذات السطحين والطائرات أحادية السطح. [ 6 ] وحصل فينسنت بورنيلي على براءة الاختراع الأمريكية رقم 1,774,474 عن "وسائل التحكم في الجنيح" في 26 أغسطس 1930. [ 7 ]

لم تتسبب الألواح الطرفية المسطحة البسيطة في تقليل السحب، لأن الزيادة في السحب الجانبي كانت أكبر من الانخفاض في السحب المستحث. [ 2 ]

أطراف جناح هورنر

بعد انتهاء الحرب العالمية الثانية، كان الدكتور سيغارد ف. هورنر باحثًا رائدًا في هذا المجال، حيث كتب ورقة بحثية نُشرت عام ١٩٥٢ [ ٨ ] دعت إلى تصميم أطراف أجنحة منحنية تعمل أطرافها الخلفية المدببة على تركيز الدوامة الناتجة بعيدًا عن سطح الجناح العلوي. تُعرف أطراف الأجنحة المنحنية غالبًا باسم "أطراف هورنر" تكريمًا له. وقد استُخدمت أطراف هورنر في الطائرات الشراعية والطائرات الخفيفة لسنوات عديدة. [ ٩ ] [ ٨ ]

كان أول تطبيق معروف لجهاز طرف الجناح المائل للأسفل على طراز هورنر في الطائرات النفاثة خلال الحرب العالمية الثانية. عُرف هذا الجهاز باسم "آذان ليبش" (Lippisch -Ohren )، ويُنسب تصميمه إلى ألكسندر ليبش ، مصمم طائرة مسرشميت مي 163. أُضيف هذا الجهاز لأول مرة إلى النموذجين الأوليين الثالث والرابع من طائرة هاينكل هي 162 أيه سباتز النفاثة الخفيفة ، وهما النموذجان M3 وM4، وذلك لأغراض التقييم. أُضيف هذا الجهاز لموازنة خاصية الميلان الجانبي الموجودة في تصميم هي 162 الأصلي، والمرتبطة بزاوية الانحناء الثنائي الملحوظة في أجنحتها . أصبح هذا الجهاز ميزة قياسية في حوالي 320 طائرة مقاتلة نفاثة من طراز هي 162 أيه، والتي تم بناؤها بالكامل، مع بقاء مئات أخرى من هياكل طائرات هي 162 أيه غير مكتملة حتى يوم النصر في أوروبا . [ 10 ]

أجنحة صغيرة

جناح صغير على طائرة التزود بالوقود KC-135 ستراتوتانكر مع خصلات متصلة به توضح تدفق الهواء أثناء اختبارات ناسا في الفترة 1979-1980
اختبارات رفرفة أجنحة نموذج طائرة غلف ستريم 5 في نفق الرياح فوق الصوتي التابع لناسا لانغلي

كان مصطلح "الجنيح" يُستخدم سابقًا لوصف سطح رفع إضافي في الطائرة، مثل جزء قصير بين العجلات في الهيكل السفلي الثابت. وقد استخدم ريتشارد ويتكومب مصطلح "الجنيح" بمعناه الحديث لأول مرة في أبحاثه في سبعينيات القرن الماضي في وكالة ناسا ، حيث يشير إلى امتداد شبه عمودي لأطراف الجناح . [ 11 ]

من الفوائد المحتملة الأخرى للجنيحات الصغيرة أنها تقلل من شدة الدوامات الهوائية . [ 12 ] هذه الدوامات تتخلف خلف الطائرة وتشكل خطراً على الطائرات اللاحقة، مثل طائرة أصغر حجماً تقلع (أو تهبط) بعد طائرة أكبر. [ 13 ] وتُحدد هذه العوامل إلى حد كبير متطلبات الحد الأدنى للمسافة بين عمليات الطائرات في المطارات. تُصنف الطائرات حسب وزنها (مثل "خفيفة"، "ثقيلة"، إلخ) لأن قوة الدوامة تزداد مع معامل رفع الطائرة ، وبالتالي، يكون الاضطراب المصاحب لها في أقصى حالاته عند السرعات المنخفضة والأوزان العالية، مما ينتج عنه زاوية هجوم عالية .

تساهم الجنيحات الطرفية وحواجز أطراف الأجنحة في زيادة الكفاءة عن طريق تقليل تداخل الدوامات مع تدفق الهواء الصفائحي بالقرب من أطراف الجناح، [ 14 ] وذلك من خلال إبعاد منطقة التقاء الهواء ذي الضغط المنخفض (فوق الجناح) والهواء ذي الضغط العالي (تحت الجناح) عن سطح الجناح. تُحدث دوامات أطراف الأجنحة اضطرابًا، ينشأ عند الحافة الأمامية لطرف الجناح وينتشر للخلف وللداخل. يؤدي هذا الاضطراب إلى فصل تدفق الهواء فوق جزء مثلث صغير من الجناح الخارجي، مما يُفقد الرفع في تلك المنطقة. يدفع الحاجز/الجنيح الطرفي المنطقة التي تتشكل فيها الدوامة إلى الأعلى بعيدًا عن سطح الجناح، نظرًا لأن مركز الدوامة الناتجة أصبح الآن عند طرف الجنيح الطرفي.

يتحسن استهلاك الوقود بفضل الجنيحات الطرفية مع زيادة مدة المهمة. [ 15 ] تسمح الجنيحات الطرفية المدمجة بزاوية هجوم أكثر حدة، مما يقلل مسافة الإقلاع . [ 16 ]

التطور المبكر

جناح طائرة ماكدونيل دوغلاس إم دي-11 إف

قام ريتشارد تي. ويتكومب ، المهندس في مركز لانغلي للأبحاث التابع لوكالة ناسا ، بتطوير مفهوم هورنر استجابةً للارتفاع الحاد في تكلفة الوقود بعد أزمة النفط عام 1973. وباستخدام تصميم طيران دقيق، أثبت أنه بالنسبة لعزم انحناء معين، يوفر الجنيح شبه العمودي تقليلًا أكبر في مقاومة الهواء مقارنةً بالجناح الأفقي. [ 17 ] وكان ويتكومب أول من أدرك الفائدة الصافية في تقليل مقاومة الهواء من خلال التصميم الدقيق للحفاظ على مقاومة الهواء عند أدنى حد ممكن. [ 2 ]

أُجريت اختبارات طيران لتصاميم ويتكومب في الفترة 1979-1980 من قبل فريق مشترك من وكالة ناسا والقوات الجوية، باستخدام طائرة التزود بالوقود KC-135 ستراتوتانكر المتمركزة في مركز درايدن لأبحاث الطيران . [ 5 ] كما استُخدمت طائرتا لوكهيد L-1011 وماكدونيل دوغلاس DC-10 للاختبار، وقامت شركة ماكدونيل دوغلاس بتطبيق التصميم الأخير مباشرةً على الطائرة المشتقة MD-11 ، والتي طُرحت في الأسواق عام 1990. [ 5 ]

في مايو 1983، فاز طالب في مدرسة بوي الثانوية بولاية ماريلاند بالجائزة الكبرى في المعرض الدولي الرابع والثلاثين للعلوم والهندسة في مدينة ألبوكيرك بولاية نيو مكسيكو ، وذلك لنتائج بحثه حول أجهزة أطراف الأجنحة لتقليل مقاومة الهواء. [ 18 ] وفي الشهر نفسه، قدم طلبًا للحصول على براءة اختراع أمريكية لـ"أجنحة ذات أشكال انسيابية"، نُشرت عام 1986. [ 19 ]

التطبيقات

طائرة ليرجيت 28/29 ، أول طائرة تجارية مزودة بأجنحة طرفية

عرضت شركة ليرجيت النموذج الأولي ليرجيت 28 في مؤتمر الرابطة الوطنية لطيران الأعمال عام 1977. وقد استخدمت هذه الطائرة لأول مرة أجنحة طرفية في طائرة إنتاجية، سواءً مدنية أو عسكرية. طورت ليرجيت تصميم الأجنحة الطرفية دون مساعدة من وكالة ناسا. ورغم أن الطراز 28 كان مصممًا ليكون طائرة تجريبية نموذجية، إلا أن أداءه كان متميزًا لدرجة دفعت ليرجيت إلى إنتاجه. أظهرت اختبارات الطيران أن الأجنحة الطرفية زادت المدى بنحو 6.5% وحسّنت الثبات الاتجاهي. استمر استخدام ليرجيت للأجنحة الطرفية في طائرات الإنتاج مع طرازات أحدث، بما في ذلك ليرجيت 55 و 31 و 60 و 45 وليرجيت 40 .

استكشفت شركة غلف ستريم إيروسبيس تقنية الأجنحة الطرفية في أواخر سبعينيات القرن الماضي، وأدرجتها في طائرات غلف ستريم III و غلف ستريم IV و غلف ستريم V. يُتيح مدى طائرة غلف ستريم V، البالغ 6500 ميل بحري (12000 كيلومتر) ، رحلات جوية مباشرة مثل رحلة نيويورك-طوكيو، وهي تحمل أكثر من 70 رقماً قياسياً عالمياً ووطنياً في مجال الطيران. [ 5 ] وقد جمع بيرت روتان بين الأجنحة الطرفية والمثبتات الرأسية، والتي ظهرت في تصميم طائرته التجارية بيتشكرافت ستار شيب التي حلقت لأول مرة عام 1986.  

تُستخدم الأجنحة الطرفية أيضًا في طائرات رجال الأعمال الأخرى، مما يقلل مسافة الإقلاع للعمل من المطارات الصغيرة، ويسمح بالتحليق على ارتفاعات أعلى. إلى جانب الأجنحة الطرفية في التصاميم الجديدة، طوّر موردو قطع الغيار حلولًا لتحديث الطائرات. كان من المفترض أن تختبر شركة Winglet Technology, LLC في ويتشيتا، كانساس، أجنحةها الطرفية البيضاوية المصممة لزيادة مدى الحمولة عند الإقلاع في ظروف جوية حارة وعلى ارتفاعات عالية لتحديث طائرة Citation X. [ 20 ]

تم تزويد طائرة روتان فوياجر ، أول طائرة تحلق حول العالم دون التزود بالوقود في عام 1986، بجنيحات طرفية تقليدية. إلا أن أطراف جناحي الطائرة تضررت عندما احتكت بالمدرج أثناء الإقلاع، مما أدى إلى إزالة حوالي 30  سم من كل طرف جناح، وبالتالي تمت الرحلة دون الاستفادة من الجنيحات الطرفية. [ 21 ]

سياج طرف الجناح

تتميز معظم طرازات إيرباص القديمة بوجود حواجز على أطراف الأجنحة.

يشير مصطلح "حاجز طرف الجناح" إلى الجنيحات التي تشمل أسطحًا تمتد أعلى وأسفل طرف الجناح، كما ورد في بحث ويتكومب المبكر. [ 11 ] كلا السطحين أقصر من الجنيح أو يعادله، ويتمتعان بمزايا ديناميكية هوائية مماثلة. كانت طائرة إيرباص A310-300 أول طائرة ركاب مزودة بحواجز طرف الجناح في عام 1985. [ 22 ] تبعتها طرازات أخرى من إيرباص ، مثل A300-600 و A320ceo و A380 . بينما تتميز طرازات أخرى من إيرباص ، مثل A320 Enhanced و A320neo و A350 و A330neo، بجنيحات مدمجة بدلًا من حواجز طرف الجناح. أما طائرة أنتونوف An-158 فتستخدم حواجز طرف الجناح.

أجنحة مائلة

أعلنت بوينغ في عام 1985 عن نسخة جديدة من طائرة 747 ، وهي 747-400 ، بمدى وقدرة استيعابية محسّنة، وذلك باستخدام مزيج من الجنيحات الطرفية وزيادة طول الجناح لتحمل الحمولة الإضافية. وقد زادت الجنيحات الطرفية مدى طائرة 747-400 بنسبة 3.5% مقارنةً بطائرة 747-300، المتطابقة معها من الناحية الديناميكية الهوائية باستثناء عدم وجود الجنيحات الطرفية. وتفتقر طائرة 747-400D إلى امتدادات أطراف الأجنحة والجنيحات الطرفية الموجودة في طائرات 747-400 الأخرى، حيث أن الجنيحات الطرفية لن تُقدم فائدة تُذكر على الرحلات القصيرة، بل ستزيد من وزنها وتكلفتها، مع العلم أنه يُمكن تحويل طائرة 747-400D إلى النسخة طويلة المدى عند الحاجة. [ 1 ] وتُفضّل بوينغ استخدام الجنيحات الطرفية في تصاميمها المشتقة من منصات موجودة، لأنها تُتيح إعادة استخدام المكونات الحالية إلى أقصى حد. وتُفضّل التصاميم الأحدث زيادة طول الجناح، أو استخدام أجهزة أخرى لأطراف الأجنحة، أو الجمع بينهما كلما أمكن ذلك.

كانت طائرة إليوشن Il-96 أول طائرة نفاثة روسية حديثة مزودة بجنيحات طرفية في عام 1988. وكانت طائرة بومباردييه CRJ-100 /200 أول طائرة ركاب إقليمية مزودة بجنيحات طرفية في عام 1992. وتلتها طائرتا A340 / A330 المزودتان بجنيحات طرفية مائلة في عامي 1993/1994. وكانت طائرة توبوليف Tu-204 أول طائرة ضيقة البدن مزودة بجنيحات طرفية في عام 1994. أما طائرة إيرباص A220 (المعروفة سابقًا باسم CSeries)، والتي ظهرت منذ عام 2016، فهي مزودة بجنيحات طرفية مائلة.

أجنحة مدمجة

تُثبّت الجنيحات المدمجة على الجناح بانحناءة سلسة بدلاً من زاوية حادة، وتهدف إلى تقليل مقاومة التداخل عند نقطة اتصال الجناح بالجنيح. فالزاوية الداخلية الحادة في هذه المنطقة قد تتفاعل مع تدفق الطبقة الحدية، مُسببةً دوامةً مُولِّدةً للمقاومة، مما يُقلل من بعض فوائد الجنيح. وتُطوّر شركة "أفييشن بارتنرز" التي تتخذ من سياتل مقرًا لها، جنيحات مدمجة كإضافات لطائرات "جلف ستريم 2" و" هوكر 800" و" فالكون 2000" .

في 18 فبراير 2000، أُعلن عن أجنحة طرفية مدمجة كخيار إضافي لطائرة بوينغ 737-800 ؛ وتم تركيب أول مجموعة منها في 14 فبراير 2001، ودخلت الخدمة التجارية مع شركة هاباج-لويد للطيران في 8 مايو 2001. [ 23 ] تُقلل امتدادات Aviation Partners/Boeing التي يبلغ طولها 2.4 متر (8 أقدام ) من استهلاك الوقود بنسبة 4% للرحلات الطويلة، وتزيد المدى بمقدار 240 أو 370 كيلومترًا (130 أو 200 ميل بحري) لطائرة 737-800 أو طائرة بوينغ بيزنس جيت المشتقة منها كمعيار قياسي. [ 1 ] كما تُقدم هذه الأجنحة لطائرة 737 كلاسيك ، وقد قام العديد من المشغلين بتحديث أساطيلهم بها لتوفير الوقود. وتُقدم Aviation Partners Boeing أيضًا أجنحة طرفية مدمجة لطائرتي 757 و767-300 ER . [ 24 ] في عام 2006، اختبرت إيرباص نوعين من الأجنحة المدمجة المرشحة، صممتهما شركة وينغليت تكنولوجي بالتعاون مع إيرباص لعائلة طائرات إيرباص A320 . [ 25 ] في عام 2009، أطلقت إيرباص جناحها المدمج "شاركلت"، المصمم لتعزيز مدى الحمولة لعائلة طائرات A320 وتقليل استهلاك الوقود بنسبة تصل إلى 4% في الرحلات الطويلة. [ 26 ] وهذا يعادل خفضًا سنويًا لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بمقدار 700 طن لكل طائرة. [ 27 ] بدأ تسليم طائرات A320 المزودة بأجنحة شاركلت في عام 2012. [ 28 ] [ 29 ] تُستخدم هذه الأجنحة في طائرات A320neo و A330neo و A350 ، كما تُقدم كخيار للتحديث. [ 29 ] [ 30 ]    

طرف جناح مائل

تُستخدم أطراف الأجنحة المائلة، حيث يكون انحناء طرف الجناح أكبر من انحناء باقي الجناح، في بعض طائرات بوينغ التجارية وطائرات إمبراير لتحسين كفاءة استهلاك الوقود وأداء الإقلاع والتسلق. ومثل الجنيحات الطرفية، تزيد هذه الأطراف من نسبة العرض إلى الطول الفعالة للجناح وتقلل من الدوامات عند أطراف الأجنحة ، مما يقلل من السحب الناتج عن الرفع. في اختبارات أجرتها بوينغ وناسا، قللت هذه الأطراف السحب بنسبة تصل إلى 5.5%، مقارنةً بنسبة تتراوح بين 3.5% و4.5% للجنيحات الطرفية التقليدية. [ 1 ] في حين أن زيادة طول الجناح ستكون أكثر فعالية من استخدام جنيح طرفي بنفس الطول، إلا أن عزم انحنائه سيكون أكبر. فالجنيح الطرفي الذي يبلغ طوله 91 سم ( 3 أقدام ) يُحقق نفس كفاءة زيادة طول الجناح بمقدار 61 سم (قدمين )، ولكنه يُولد قوة انحناء تُعادل زيادة طول الجناح بمقدار 30 سم (قدم واحدة ) . [ 31 ]      

تُعد طائرة بوينغ 787 دريملاينر مثالاً على استخدام أطراف الأجنحة المائلة.

توفر أطراف الأجنحة المائلة عدة مزايا لتقليل الوزن مقارنةً بتمديد طول الجناح الرئيسي التقليدي . في ظروف التصميم الهيكلي ذات معامل الحمل العالي، تتعرض الأوتار الأصغر لطرف الجناح لحمل أقل، مما يؤدي إلى تقليل الحمل المُستحث على الجناح الرئيسي الخارجي. بالإضافة إلى ذلك، يؤدي انحناء الحافة الأمامية إلى وضع مركز الضغط في موضع خلفي أبعد مقارنةً بالتمديدات البسيطة لطول الأجنحة الرئيسية التقليدية. عند معاملات الحمل العالية، يتسبب هذا الموقع الخلفي النسبي لمركز الضغط في زيادة التواء طرف الجناح المائل نحو الأسفل، مما يقلل من عزم الانحناء على الجناح الداخلي. مع ذلك، فإن الحركة الخلفية النسبية لمركز الضغط تُفاقم ظاهرة الرفرفة . [ 32 ]

تم تركيب أطراف الأجنحة المائلة على طائرات بوينغ 767-400ER (أول رحلة في 9 أكتوبر 1999)، ومتغيرات -200LR/-300ER/F من بوينغ 777 (12 يونيو 1994) بما في ذلك طائرة 777X القادمة ، وطائرة بوينغ P-8 بوسيدون المشتقة من طائرة 737 (25 أبريل 2009)، وجميع متغيرات طائرة بوينغ 787 (15 ديسمبر 2009) ( كان من المفترض أن يبلغ طول جناحي طائرة بوينغ 787-3 الملغاة 170 قدمًا (51.7 مترًا) لتتناسب مع رمز مرجع المطار D لمنظمة الطيران المدني الدولي، حيث تم تقليل طول جناحيها باستخدام أجنحة صغيرة مدمجة بدلاً من أطراف الأجنحة المائلة [ 33 ] )، وطائرة بوينغ 747-8 (8 فبراير 2010). كما أن أجنحة طائرتي إمبراير إي-جيت إي2 وسي -390 ميلينيوم تحتوي على أطراف أجنحة مائلة.  

طرف مشقوق

جناح 737 ماكس ذو الطرف المشقوق

كانت طائرة ماكدونيل دوغلاس إم دي-11 أول طائرة مزودة بأجنحة طرفية مقسمة في عام 1990.

بالنسبة لطائرة 737 من الجيل التالي ، قدمت شركة Aviation Partners، وهي شركة توريد خارجية، تصميمًا مشابهًا لجهاز طرف جناح طائرة 737 MAX المعروف باسم جناح السيف المنفصل، [ 34 ] مع شركة United Airlines كأول عميل. [ 35 ]

تستخدم طائرة بوينغ 737 ماكس نوعًا جديدًا من أجهزة أطراف الأجنحة، وهو جناح التكنولوجيا المتقدمة. [ 36 ] يشبه هذا التصميم مزيجًا ثلاثيًا من جناح طرفي، وحاجز طرفي للجناح، وطرف جناح مائل، وتدعي بوينغ أن هذا التصميم الجديد من شأنه أن يحقق تحسنًا إضافيًا بنسبة 1.5% في كفاءة استهلاك الوقود، بالإضافة إلى التحسن المتوقع بالفعل من طائرة 737 ماكس والذي يتراوح بين 10 و12%.

الطائرات الشراعية

طائرة شراعية من طراز Schempp-Hirth Ventus-2 مزودة بأجنحة مصنعية للإطلاق بواسطة ونش

في عام ١٩٨٧، استعان المهندس الميكانيكي بيتر ماساك بخبير الديناميكا الهوائية مارك د. موغمر ، الأستاذ المشارك في هندسة الطيران بجامعة ولاية بنسلفانيا ، لتصميم أجنحة طرفية لتحسين أداء طائرته الشراعية المخصصة للسباقات، والتي يبلغ طول جناحيها ١٥ مترًا (٤٩ قدمًا) . سبق لآخرين محاولة تطبيق أجنحة ويتكومب الطرفية على الطائرات الشراعية، وقد حسّنت بالفعل من أداء الصعود، لكن ذلك لم يعوّض زيادة مقاومة الهواء أثناء الطيران بسرعات عالية. كان ماساك مقتنعًا بإمكانية التغلب على هذه العقبة. [ ٣٧ ] من خلال التجربة والخطأ، طوّروا في النهاية تصاميم ناجحة للأجنحة الطرفية لمسابقات الطيران الشراعي ، باستخدام مقطع هوائي جديد من نوع PSU-90-125 ، صممه موغمر خصيصًا لتطبيق الأجنحة الطرفية. في بطولة العالم للطيران الشراعي عام 1991 في أوفالدي، تكساس ، فاز بكأس أعلى سرعة طائرة شراعية من فئة 15 مترًا مزودة بأجنحة طرفية، متجاوزةً بذلك أعلى سرعة في فئة الطيران الشراعي المفتوحة غير المحدودة ، وهي نتيجة استثنائية. [ 38 ] ثم فاز ماساك ببطولة الولايات المتحدة الوطنية للطيران الشراعي لفئة 15 مترًا عام 1993، مستخدمًا أجنحة طرفية في نموذجه الأولي "ماساك سيميتار" . [ 39 ] 

مقطع جانبي لجنيح PSU-90-125

كانت أجنحة ماساك تُركّب في الأصل على الطائرات الشراعية الإنتاجية، ولكن في غضون عشر سنوات من طرحها، زُوّدت معظم الطائرات الشراعية عالية الأداء من المصنع بأجنحة أو أجهزة أخرى لأطراف الأجنحة. [ 40 ] استغرق الأمر أكثر من عقد من الزمان قبل أن تظهر الأجنحة لأول مرة على طائرة ركاب إنتاجية، وهو التطبيق الأصلي الذي ركّزت عليه وكالة ناسا في تطويرها. ومع ذلك، بمجرد إثبات مزايا الأجنحة في المنافسات، كان اعتمادها سريعًا في الطائرات الشراعية. غالبًا ما يكون الفرق في النقاط بين الفائز والوصيف في مسابقات الطيران الشراعي أقل من واحد بالمائة، لذا فإن أي تحسين طفيف في الكفاءة يُعد ميزة تنافسية كبيرة. قام العديد من الطيارين غير المشاركين في المنافسات بتركيب الأجنحة لتحسين التحكم، مثل زيادة معدل الدوران والتحكم فيه، وتقليل احتمالية توقف أطراف الأجنحة . هذه المزايا جديرة بالملاحظة، لأن أجنحة الطائرات الشراعية يجب أن تكون قابلة للإزالة للسماح بتخزين الطائرة الشراعية في مقطورة ، لذلك عادةً ما يتم تركيبها بناءً على رغبة الطيار فقط.

طائرة Glaser-Dirks DG-303 ، وهي تصميم مبكر مشتق من الطائرات الشراعية، وتتضمن أجنحة صغيرة كمعدات قياسية من المصنع.

طرف جناح غير مستوٍ

طائرة فالكون 50 مزودة بجناح حلزوني الشكل

قامت شركة Aviation Partners بتطوير واختبار جناح Spiroid ذي السطح المغلق على طائرة Falcon 50 في عام 2010. [ 41 ]

عادةً ما تكون أطراف الأجنحة غير المستوية مائلةً للأعلى في تصميم جناح متعدد الأوجه، مما يزيد من الزاوية ثنائية السطوح الموضعية بالقرب من طرف الجناح. وقد شاع استخدام تصميمات الأجنحة متعددة الأوجه في تصميمات الطائرات النموذجية ذات الطيران الحر لعقود. توفر أطراف الأجنحة غير المستوية ميزة التحكم في الدوامات الهوائية التي توفرها الجنيحات، مع تقليل مقاومة الهواء الطفيلية، إذا صُممت بعناية. غالبًا ما يكون طرف الجناح غير المستوي مائلًا للخلف مثل طرف الجناح المائل، ويمكن أيضًا دمجه مع جنيح . يُعد الجنيح أيضًا حالة خاصة من أطراف الأجنحة غير المستوية.

بعد الحرب العالمية الثانية، وقبل ظهور الجنيحات الطرفية، اعتمد مصممو الطائرات في الغالب على تصميمات الأجنحة المستوية ذات الزاوية الثنائية البسيطة. ومع الانتشار الواسع للجنيحات الطرفية في تصميمات الطائرات الشراعية الجديدة في التسعينيات، سعى المصممون إلى تحسين الأداء الديناميكي الهوائي لأطراف أجنحتهم. في البداية، كانت تُركّب الجنيحات الطرفية للطائرات الشراعية مباشرةً على الأجنحة المستوية، مع منطقة انتقال صغيرة بزاوية قائمة تقريبًا. بعد تحسين أداء الجنيح الطرفي نفسه، انصبّ الاهتمام على منطقة الانتقال بين الجناح والجنيح. كان من التطبيقات الشائعة تضييق منطقة الانتقال من وتر طرف الجناح إلى وتر الجنيح الطرفي، ثم إمالة منطقة الانتقال للخلف لوضع الجنيح الطرفي في الوضع الأمثل. وإذا ما تم إمالة الجزء المدبب للأعلى، أمكن تقليل ارتفاع الجنيح الطرفي. في النهاية، استخدم المصممون أقسامًا متعددة غير مستوية، يميل كل منها بزاوية أكبر، مما أدى إلى الاستغناء عن الجنيحات الطرفية تمامًا.

يستخدم Schempp -Hirth Discus-2 و Schempp-Hirth Duo Discus أطراف الأجنحة غير المستوية.

جهاز طرف الجناح النشط

جهاز طرف الجناح النشط من شركة تاماراك إيروسبيس

حصلت مجموعة تاماراك للفضاء، التي أسسها مهندس هياكل الطيران نيكولاس غويدا عام 2010، على براءة اختراع لنظام تخفيف الأحمال بتقنية فعّالة (ATLAS)، وهو نسخة مُعدّلة من جهاز طرف الجناح. [ 42 ] يستخدم النظام أسطح تاماراك النشطة ذات التقوس (TACS) لإيقاف تأثيرات جهاز طرف الجناح ديناميكيًا هوائيًا عندما تتعرض الطائرة لقوى تسارع عالية، مثل هبات الرياح القوية أو الارتفاعات الحادة. تُعدّ أسطح TACS ألواحًا متحركة، تُشبه اللوحات أو الجنيحات ، على الحافة الخلفية لامتداد الجناح. [ 42 ] [ 43 ] يُتحكم في النظام بواسطة النظام الكهربائي للطائرة ومحرك مؤازر عالي السرعة يُفعّل عندما تستشعر الطائرة حدث إجهاد قادم، مما يُحاكي فعليًا طرف جناح مُفعّل. مع ذلك، فإن طرف الجناح نفسه ثابت، وأسطح TACS هي الجزء المتحرك الوحيد في نظام طرف الجناح. قدمت شركة تاماراك نظام ATLAS لأول مرة لطائرات عائلة سيسنا سايتيشن ، [ 42 ] [ 43 ] وقد تم اعتماده للاستخدام من قبل إدارة الطيران الفيدرالية ووكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي . [ 44 ] [ 45 ]

جهاز تشغيل طرف الجناح

أُجريت أبحاثٌ حول أجهزة تحريك أطراف الأجنحة، بما في ذلك طلب براءة اختراع مُقدّم، [ 46 ] مع أنّه لا توجد طائرة تستخدم هذه الميزة حاليًا كما هو موضح. كانت أطراف أجنحة طائرة إكس بي-70 فالكيري قادرة على الانحناء للأسفل أثناء الطيران، لتسهيل الطيران بسرعة ماخ 3 باستخدام تقنية التموج .

يُستخدم على الشفرات الدوارة

تُستخدم أجهزة أطراف الأجنحة أيضًا على المراوح الدوارة ، ودوارات المروحيات ، وشفرات توربينات الرياح لتقليل السحب، وتقليل القطر، وتقليل الضوضاء، و/أو تحسين الكفاءة. ومن خلال تقليل الدوامات الناتجة عن أطراف شفرات الطائرات والتي تتفاعل مع سطح الأرض أثناء السير على المدرج ، والإقلاع ، والتحليق ، يمكن لهذه الأجهزة أن تقلل من الأضرار الناجمة عن الأوساخ والحصى الصغيرة التي تعلق في هذه الدوامات. [ 47 ]

تطبيقات الطائرات المروحية

جهاز طرف الجناح على طائرة NH90 من إنتاج شركة NHIndustries

تتميز شفرات الدوار الرئيسي لطائرة أغوستا ويستلاند AW101 (المعروفة سابقًا باسم EH101) بشكل طرفي مميز؛ وقد وجد الطيارون أن تصميم الدوار هذا يغير مجال التدفق الهابط ويقلل من ظاهرة الضباب التي تحد من الرؤية في المناطق المتربة وتؤدي إلى وقوع حوادث. [ 48 ]

تطبيقات المراوح

طوّرت شركة هارتزل بروبيلر مروحة "كيو-تيب" المستخدمة في طائرة بايبر بي إيه-42 شايان وأنواع أخرى من الطائرات ذات الأجنحة الثابتة، وذلك عن طريق ثني أطراف الشفرات للخلف بزاوية 90 درجة للحصول على نفس قوة الدفع من قرص مروحة ذي قطر أصغر؛ ويؤدي انخفاض سرعة طرف المروحة إلى تقليل الضوضاء، وفقًا للشركة المصنعة. [ 47 ] تتميز المراوح الحديثة ذات الشكل الهلالي بزيادة في انحناء أطرافها للخلف، مما يشبه طرف جناح الطائرة المائل.

تطبيقات أخرى

تحتوي بعض مراوح السقف على أجهزة طرفية للأجنحة. وقد ادّعت شركة "بيغ آس فانز" المصنّعة للمراوح أن مروحة "إيزيس" الخاصة بها، والمجهزة بهذه الأجهزة، تتمتع بكفاءة فائقة. [ 49 ] ومع ذلك، بالنسبة لبعض التصاميم ذات التدفق العالي والسرعة المنخفضة، قد لا تُحسّن هذه الأجهزة الكفاءة. [ 50 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ روبرت فاي، روبرت لابريت، مايكل وينتر (يناير ٢٠٠٢). "جنيحات مدمجة لتحسين أداء الطائرات" (ملف PDF) . مجلة إيرو . العدد  ١٧. بوينغ.{{cite magazine}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط )
  2. 1 2 3 4 ماكلين، دوغ (2005). "أجهزة أطراف الأجنحة: وظائفها وكيفية عملها" (ملف PDF) . مؤتمر هندسة الأداء وعمليات الطيران لعام 2005. بوينغ: المقالة 4. تاريخ الاسترجاع: 18 مارس 2025 .
  3. ↑ لجنة تقييم أجنحة الطائرات لتحسين كفاءة استهلاك الوقود للطائرات الكبيرة (2007). تقييم تعديلات أطراف الأجنحة لزيادة كفاءة استهلاك الوقود لطائرات القوات الجوية . مطبعة الأكاديميات الوطنية. ص 33. ISBN  978-0-309-38382-0.{{cite book}}تم |work=تجاهله ( مساعدة )
  4. ↑ "تأثير الأجنحة الصغيرة على استهلاك الوقود وانبعاثات الطائرات" . سيريم . تم الاطلاع عليه في 2 أغسطس 2022 .
  5. 1 2 3 4 جوزيف ر. تشامبرز (2003). "الجنيحات" (ملف PDF) . من الفكرة إلى الواقع: مساهمات مركز لانغلي للأبحاث في الطائرات المدنية الأمريكية في التسعينيات . مركز لانغلي للأبحاث التابع لوكالة ناسا . ص 35. ISBN  1493656783.
  6. ↑ "المنضمون لعام 2010" . قاعة مشاهير الطيران في إلينوي. ويليام إي. "بيلي" سومرفيل 1869-1950.
  7. ↑ US 1774474 ، فينسنت جيه بورنيلي، "وسائل التحكم في الجنيح"، نُشر في 26 أغسطس 1930 
  8. ١ ٢ هورنر، د. سيغارد (١٩٥٢). "الشكل الديناميكي الهوائي لأطراف الأجنحة" (ملف PDF) . التقارير الفنية للقوات الجوية الأمريكية . قسم الهندسة، قيادة المواد الجوية؛ قاعدة رايت باترسون الجوية، دايتون، أوهايو؛ أرشيف القوات الجوية الأمريكية. التقرير الفني رقم ٥٧٥٢. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل في ١٦ مارس ٢٠١٣.
  9. ↑ ساكريسون، ديفيد (2004). "مهندس ديناميكا هوائية ألماني، وشخصية كاليفورنية، وشخصية لولبية" . ميت-كو-إير. مؤرشف من الأصل في 22 مارس 2016.
  10. ↑ كريك، ج. ريتشارد؛ كونواي، ويليام (1972) [1967]. طائرة هاينكل هي 162 (سلسلة الطائرات في لمحة، العدد 203) . ليذرهيد، سري، المملكة المتحدة: منشورات بروفايل المحدودة. ص 5. مؤرشف من الأصل في 19 أغسطس 2013. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2014 . 
  11. ١ ٢ بارغستين، كلايتون جيه؛ جيبسون، مالكولم تي. (أغسطس ٢٠١١). ابتكارات ناسا في مجال الطيران: تقنيات مختارة شكلت الطيران الحديث (ملف PDF) . الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء . الصفحات ١١-٢٢ . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في ٢١ سبتمبر ٢٠٢١. تم الاطلاع عليه في ١ نوفمبر ٢٠١٧ . 
  12. ↑ ريتشارد تي. ويتكومب (1976)، منهج تصميم ونتائج مختارة من نفق الرياح عند سرعات دون سرعة الصوت العالية لجنيحات مثبتة على أطراف الأجنحة (ملف PDF) ، ناسا
  13. ↑ "الفصل 2" (ملف PDF) ، دراسة اضطراب الدوامات في مطار مدينة لندن ، مجموعة هالكرو المحدودة، ديسمبر 2010، مؤرشف من الأصل في 1 أكتوبر 2017{{citation}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  14. ↑ فيل كروشر (2005). دراسات الطيارين المحترفين . الصعق بالكهرباء. الصفحات 2-11 . ISBN  978-0-9681928-2-5.
  15. ↑ ويليام فرايتاغ، تيري شولز (صيف 2009). "الأجنحة المدمجة تُحسّن الأداء" (ملف PDF) . مجلة Aero Quarterly . بوينغ. الصفحات 9-12 . 
  16. ↑ "تتيح الأجنحة الصغيرة صعودًا أكثر حدة" (ملف PDF) . شركة FACC AG. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 7 نوفمبر 2017. تم الاطلاع عليه بتاريخ 6 يناير 2019 .
  17. ↑ ماكلين، دوغ (2013). فهم الديناميكا الهوائية : الاستدلال من الفيزياء الحقيقية . تشيتشستر: وايلي-بلاك ويل. ص 422. ISBN   978-1119967514.
  18. ↑ وينتر، ليون (18 مايو 1983). "فريق باوي الشاب يكتسح بطولة العالم للعلوم"" . واشنطن بوست .
  19. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 4595160 
  20. ↑ "أجنحة طرفية قادمة لطائرات رجال الأعمال من طراز Citation X" . شبكة أخبار الطيران . 13 مارس 2007.
  21. ↑ "ديك روتان، جينا ييغر، ورحلة فوياجر" . لجنة الاحتفال بالذكرى المئوية للطيران في الولايات المتحدة.
  22. ↑ "من A300 إلى A380: ريادة رائدة" . معلومات الشركة - الابتكار والتكنولوجيا . إيرباص. مؤرشف من الأصل في 21 أبريل 2009.{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  23. ↑ "معالم برنامج الجيل القادم من طائرات 737" . بوينغ. مؤرشف من الأصل في 29 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه في 5 فبراير 2019 .
  24. ↑ غاي نوريس (23 فبراير 2009). "الخطوط الجوية الأمريكية تستعد لإطلاق نسخة معدلة من جناح طائرة 767" . أسبوع الطيران وتكنولوجيا الفضاء . ص 39. 
  25. ↑ "ملخص الصناعة" . فرونتيرز . المجلد 4، العدد 10. بوينغ. مارس 2006. إيرباص تختبر أجنحة طرفية جديدة للطائرات النفاثة ذات الممر الواحد.  
  26. ↑ «الخطوط الجوية الأمريكية تتسلم أول طائرة من عائلة A320» (بيان صحفي). إيرباص. 23 يوليو 2013. مؤرشف من الأصل في 7 نوفمبر 2017. تم الاطلاع عليه في 1 نوفمبر 2017 .
  27. ↑ «شركة الخطوط الجوية الكورية لصناعة الطيران ستصنع وتوزع أجنحة شاركليت» (بيان صحفي). إيرباص. 31 مايو 2010.
  28. ↑ "إيرباص تطلق أجهزة "شاركليت" الكبيرة لأطراف أجنحة طائرات عائلة A320 بدعم من طيران نيوزيلندا" . إيرباص . 15 نوفمبر 2009. مؤرشف من الأصل في 7 نوفمبر 2017.
  29. 1 2 غاردينر، جينجر (1 مايو 2014). "أول طائرة A320neo مزودة بأجنحة طرفية كورية مركبة" . كومبوزيتس وورلد . تم الاطلاع عليه في 9 سبتمبر 2020 .
  30. ↑ «شركة إيرباص تختار شركة الخطوط الجوية الكورية لتصنيع أطراف أجنحة شاركليت لعائلة طائرات A330neo» . إيرباص . مؤرشف من الأصل بتاريخ 26 يناير 2023. تم الاطلاع عليه بتاريخ 9 سبتمبر 2020 .
  31. ↑ جورج سي. لارسون (سبتمبر 2001). "كيف تعمل الأشياء: الأجنحة الصغيرة" . مجلة الطيران والفضاء . مؤسسة سميثسونيان.
  32. ↑ هيريك، لاري (12 يونيو 1998). "أطراف أجنحة مائلة ذات حافة أمامية غير حادة" (ملف PDF) . براءات اختراع جوجل . تم الاطلاع عليه في 6 ديسمبر 2021 .
  33. ↑ ريتش بروهاوس (20 مايو 2008). "طائرة 787 دريملاينر: طائرة جديدة لعالم جديد" (ملف PDF) . مؤتمر مفوضي المجلس الدولي للمطارات - أمريكا الشمالية . بوينغ. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 7 مارس 2017. تم الاطلاع عليه في 6 يناير 2019 .
  34. ↑ "737-800-3" . شركاء الطيران بوينغ .
  35. ↑ «يونايتد أول شركة طيران تقوم بتركيب أجنحة سبليت سيميتار» (بيان صحفي). الخطوط الجوية المتحدة. 17 يوليو 2013.
  36. ↑ مات مولنار (2 مايو 2012). "بوينغ تقول إن الأجنحة الطرفية الجديدة الجذرية في طائرة 737 ماكس ستوفر المزيد من الوقود" . NYCAviation .
  37. ↑ كورتيس تشان (صيف 2000). "قمة جبل الجليد" . مجلة الهندسة بجامعة ولاية بنسلفانيا . مؤرشف من الأصل في 11 يونيو 2004.{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  38. ↑ ماساك، بيتر (أبريل-مايو 1992). "تصميم أجنحة الطائرات الشراعية" (ملف PDF) . الطيران الحر . 1992 (2): 8. ISSN 0827-2557 . 
  39. ↑ "مسابقات ميفلين السابقة" . جمعية ميفلين للطيران الشراعي.
  40. ↑ مارك د. موغمر (يونيو 2002). "حول الأجنحة الصغيرة" (ملف PDF) . مجلة الطيران الشراعي .
  41. ↑ "أنواع الأجنحة المدمجة" . شركاء الطيران.
  42. 1 2 3 جيرزانيكس، مايك (23 أكتوبر 2019). "تحليل: اقتباس أطلس يفصل بين الجناح الصغير و"الزخرفة البراقة"" . فلايت جلوبال . تم الاطلاع عليه في 9 سبتمبر 2020 .
  43. 1 2 براءة اختراع أمريكية رقم 7900877B1 ، غويدا، نيكولاس ر.، "جناح نشط"، نُشرت في 8 مارس 2011، وصدرت في 24 سبتمبر 2010 
  44. ↑ بيركفيست، بيا (6 فبراير 2018). "أجنحة تاماراك النشطة معتمدة لسلسلة طائرات سايتيشن 525" . مجلة فلاينج . تم الاطلاع عليه في 9 سبتمبر 2020 .
  45. ↑ فينفرك، روب (8 يوليو 2019). "وكالة سلامة الطيران الأوروبية توافق على إصلاحات تاماراك لرفع توجيه الطيران الطارئ لأطلس" . أخبار الطيران الدولية . تم الاطلاع عليه في 9 سبتمبر 2020 .
  46. ↑ براءة الاختراع الأوروبية رقم EP 1531126 ، جان إيرفينغ وروبرت ديفيز، "جهاز طرف الجناح"، نُشرت في 18 مايو 2005، مُسجلة باسم شركة إيرباص. 
  47. ١ ٢ "ما هو مروحة كيو-تيب؟ ما هي مزاياها؟" . دعم المنتج: الأسئلة الشائعة . مروحة هارتزل . مؤرشفة من الأصل في ١٨ مارس ٢٠٠١. تشمل التحسينات الديناميكية الهوائية تقليل القطر وسرعة الأطراف. ينتج عن ذلك تشغيل أكثر هدوءًا وتقليل الدوامات الطرفية. يقلل الانحناء بزاوية ٩٠ درجة من الدوامات التي، في الشفرات التقليدية، تلتقط الحطام الذي يمكن أن يلامس الشفرات ويسبب خدوشًا وشقوقًا.{{cite web}}: CS1 maint: bot: حالة عنوان URL الأصلي غير معروفة ( رابط )
  48. ↑ هارفي، غاريث (28 نوفمبر 2005). " المروحية الخارقة : ميزات منقذة للحياة: لا مزيد من انقطاعات التيار الكهربائي" . أرشيفات الهندسة . قناة ناشيونال جيوغرافيك. مؤرشف من الأصل في 21 يوليو 2009. تم الاسترجاع في 1 أغسطس 2009. ولمواجهة ذلك، تُنشئ شفرات الدوار ذات الأطراف المجنحة في مروحية EH101 ما يسميه طياروها "تأثير الدونات" - نافذة دائرية من الهواء الصافي داخل العاصفة الترابية تسمح لهم برؤية الأرض أثناء هبوطهم. 
  49. ↑ نينو ماتشيتي (10 مايو 2010). "مروحة السقف إيزيس تدّعي كفاءة أعلى" . إيرث تيكلينج.
  50. ↑ إيدي بويد (4 فبراير 2014). "الجنيحات: هل هي مفيدة أم عائق أمام أداء مراوح HVLS؟" . ماكرو إير.