LIFT AUGMENTATION, OR THE FLAPS
كما هو واضح من العنوان، فإن الموضوع موجه للحديث عن الأسطح المخصصة أو المستخدمة لزيادة الرفع أو تعزيز الرفع على جناح الطائرة.
تصنف أسطح زيادة الرفع، كأسطح تحكم ثانوية (Secondary control surface)، كونها أسطح لا تتحكم في حركة الطائرة بطريقة مباشرة كالأسطح الأساسية أو الأولية (Primary control surface)، وهي بالتالي لا تستخدم في توجيه الطائرة، إنما لزيادة قيمة الرفع الكلي على الأجنحة عند الإقلاع والهبوط، وهي الأطوار التي يكون فيها تعزيز الرفع ضروريا. فعند الإقلاع يكون من الضروري توفير قيمة رفع تفوق قيمة وزن الطائرة (1)، أما عند الهبوط فإن انخفاض سرعة الطائرة يوجب توفير ما يمكن الطائرة من توفير الرفع اللازم، لهبوط انسيابي.
تعرف هذه الأسطح بالقلابات (Flaps)، وترجع هذه التسمية لكونها أسطح قلابة، أي أسطح يتم تحريكها طرفياً حيث يكون أحد أطرافها مثبتاً، لكن هذه الأسطح اتخذت أكثر من شكل مع تطور صناعة الطيران.
تثبت هذه الأسطح أو القلابات على الأجنحة، وهو أمر بديهي عند الحديث عن الرفع، واعتماداً على وضعيتها بالنسبة للجناح فهي تقسم إلى قسمين:
1- قلابات أمامية (Leading edge flaps): وتكون عند الحافة الأمامية الجناح، وهي توجد في أكثر من نوع.
2- قلابات خلفية (Trailing edge flaps): وتكون عند الحافة الخلفية للجناح، وتعمل بأكثر من طريقة.
أما مكانها على الجناح، فالقلابات الأمامية في حال استخدامها على الطائرة تمتد على ثلثي مقدمة الجناح، أما الخلفية فتمتد على الحافة الخلفية للجناح، وفي بعض الطائرات تتداخل على الجنيحات (Ailerons).
كيف تعمل هذه القلابات تعتمد القلابات في عملها أكثر من مبدأ، وأكثر من أسلوب للعمل، وهو يعتمد في الأساس على زيادة الرفع الكلي على الجناح، وهي تنطلق من أساسيات أولية في علم الطيران، وهي بشكل عام تشمل:
1- زيادة مساحة الجناح:
وهنا يتم زيادة مساحة الجناح (Wing aria) أو جزء من الجناح، حيث تمنح هذه الزيادة في مساحة الجناح زيادة في قيمة الرفع، ويمكن تحقيق هذا من خلال معادلة الرفع:
L = 1/2 * Din * V-seq * CL * WA
حيث: L = قوة الرفع الرفع، Din = كثافة الهواء، V-seq = مربع السرعة، CL = معامل الرفع، WA = مساحة الجناح.
ومن المعادلة السابقة، يمكننا أن نرى إن مساحة الجناح تتناسب تناسباً طردياً مع قوة الرفع، بالتالي فإن زيادة المساحة عن طريق القلابات (كما في القلاب المنزلق)، يزيد من قيمة الرفع على الجناح.
2- زيادة تحدب الجناح-مقطع الجناح:
في هذا الأسلوب، يعتمد العمل على زيادة تحدب الجناح أو مقطع الجناح الانسيابي، وهذا التحدب يجعل من زاوية الهجوم (Angle of Attack) -المحصورة بين خط الوتر (Chord line) واتجاه السريان (Relative air)- تزداد، بالتالي تزداد قيمة معامل الرفع، وفي المحصلة قيمة الرفع، كما هو واضع من المعادلة السابقة.
لكن هذه قيمة زاوية الهجوم لا يمكن زيادة بشكل مضطرد، خوفاً من وقوع الجناح في الانهيار (Stall angle)، ويمكننا معرفة حدود قيمة زاوية الهجوم من خلال المنحنى الذي يربط بينها وبين قيمة معامل الرفع.
3- تعجيل السريان أعلى الجناح:
يعتمد على الأسلوب على المحافظة على انتظام الطبقة المتاخمة (Boundary layers) أعلى الجناح (كما في الشكل أعلاه). فمن المعلوم إن انتظام الطبقة المتاخمة على سطح الجناح، تساعد على تكوين منطقة الضغط المنخفض أعلى الجناح، بالتالي زيادة قيمة الرفع. وعند السرعات المنخفضة -خاصة عند الهبوط-، فإن الجناح لا يستطيع المحافظة على الطبقة المتاخمة الأمر الذي يفقده الرفع اللازم للحط بالطائرة، وهنا يأتي دور القلابات الأمامية (Leading edge flaps)، والتي يتيحها الشقب (Slot) الناتج عن دفع الهواء أعلى الجناح وتعجيله.
4- إزاحة نقطة الخمود:
هذا النوع من القلابات يعتمد تحريك كامل مقدمة الجناح -أو المنطقة المختارة لهذا النوع- للأسفل، حتى يتم دفع نقطة الخمود (Stagnation point) بعيداً عن الحافة الأمامية للجناح. إضافة لذلك فإنه يزيد من تحدب الجناح ويقلل من اضطراب السريان أعلى الجناح.
تأثير الـقلابات على زيادة الرفع للجـناح ولمعرفة تأثير القلابات على الجناح، وما تحدثه من تغيرات، المنحنى التالي يوضح تأثير القلابات الخلفية والأمامية، وعلاقتها بالرفع (معامل الرفع)، إذ يتضح:
- إن كلاً من القلابات الخلفية والأمامية يزيد من قيمة الرفع.
- تعمل القلابات الخلفية على زيادة قيمة الرفع خارج المنحنى، أو بتوزيع موازي للمنحنى الأصلي، ونتيجة لهذه الزيادة، فإن زاوية الانهيار (Stall angle) تقل أو تتراجع، وهذا يعني أن يقع الجناح في الانهيار عند استخدام القلابات الخلفية بشكل مبكر، أو قبل زاوية الانهيار الفعلية للجناح. لذا ففي الكثير من الطائرات وضمن منظومة استشعار الانهيار (Stall system)، يكون لوضعية القلابات التأثير في تقرير درجة الانهيار، وتفعيل منبه الانهيار (Stall warning).
- أما القلاب الأمامي، فيعمل على ذات منحنى رفع الجناح، بحيث يزيد من قيمة الرفع، وتبعاً يزيد من قيمة زاوية الانهيار بشكل ملحوظ. هذا يساعد الطائرة عند السرعات المنخفضة بالحفاظ على قيمة الرفع على الجناح، وهو الصورة المثلى عند إجراءات الهبوط، حيث تستخدم القلابات الأمامية.
أنواع القلابات، وخصائصها2:
1- القلاب العادي (Plain flap):
وهو أبسط أنواع القلابات من حيث التصميم والتنفيذ (التصنيع)، إذ يعتمد على فصل جزء من مؤخرة الجناح ووصلها إلى الدعامة الخليفة للجناح (Rear Spar) عن طريق مفصلات (Hinges). هذا النوع يعتمد على زيادة تحدب الجناح وإبطاء السريان أسفل الجناح. والملاحظ إن مساحة الجناح هنا تقل حال تحريك القلاب للأسفل، كما في الشكل التالي. يعمل هذا النوع على زيادة الرفع بمقدار 50%.
2- القلاب المنفصل (Split Flap):
هذا النوع من القلابات يعتمد ذات أسلوب القلاب العادي، لكن بفصل الجزء الأسفل من مؤخرة الجناح (كما في الشكل). وهنا نلاحظ إن الجناح يحتفظ بمساحته الأساسية، بينما يعمل القلاب عنا على إبطاء سرعة السريان أسفل الجناح. أما مقدار زيادة الرفع في هذا النوع فتصل إلى 60% من قيمة الرفع الأساسي للجناح.
3- القلاب المنزلق – أو فولر (Fowler Flap):
هذا القلاب استفاد من خاصيتي القلاب العادي (التحدب) والقلاب المنفصل (الإبطاء)، بحيث تم تصميم قلاب ينفصل عن الجناح وينزلق للخلف، بحيث يزيد من انحناء الجناح ويبطئ السريان، ويزيد من مساحة الجناح. بالتالي تكون قيمة الرفع المضافة للجناح كبيرة، إذ تصل إلى 90%.
4- القلاب المشقوب (Slotted Flap):
هذا النوع قد يستخدم للقلابات الأمامية والقلابات الخلفية على حدٍ سواء، وهو يستفيد من خاصية تمرير الهواء أسفل الجناح عبر شقب (Slot)، إلى أعلى الجناح لتأخير نقطة انفصال السريان والحفاظ على الطبقة المتاخمة أعلى الجناح.
وكما في الشكل السابق، فالقلاب المشقوب عند استخدامه للحافة الأمامية يكون الجزء المتحرك هو الحافة الأمامية للجناح ويعرف بالسدفة (Slat). أما عند استخدام هذا النوع للقلابات الخلفية، فهو أكثر شبهاً بالقلاب المنزلق، أو ما يعرف بقلاب فولر المشقوب وهو ما سنناقشه لاحقاً. هذا النوع من القلابات يرفع من قيمة الرفع من 65% إلى 90%.
5- قلاب فاولر المشقوب (Slotted Fowler Flap):
هذا النوع من القلابات، يمنح الجناح قدرة عالية على زيادة الرفع تصل إلى 100%، فهو يستفيد من كل خصائص التصميم لتقديم جناح عالي الرفع، لكن كضريبة لهذه الزيادة، هذا الجناح معقد في التصميم وأيضاً يتطلب كثير الحرص عند إجراء الصيانة والضبط.
6- قلاب كروقر (Krueger Flap):
هذا النوع من القلابات يعتمد على إزاحة أو تحريك الجزء الأسفل من مقدمة الجناح، بحيث يتم زيادة تحدب الجناح وإزاحة نقطة الخمود. كما يعمل من ناحية أخرى على زيادة مساحة الجناح. وهذا النوع، إما يكون جزء واحد متحرك أو مجموعة من خلال منظومة تحريك.
عمل القلابات: يعتمد تشغيل القلابات وعملها علة التصميم ونوع الطائرة وحجمها، فالطائرات الصغيرة عادة ما تستخدم قلاباً واحداً لكل جناح، وقد يعمل هذا القلاب بالتعاون مع الجنيح (Aileron). أما في الطائرات الكبيرة فأكثر من نوع يمكن استخدامه، وهي في العادة:
- قلاب فولر، كقلاب خلفي، يمتد من قاعدة الجناح حتى ثلثي الحافة الخلفية، وقد يكون الجنيح أحد أجزاء القلاب.
- قلاب كروقر، كقلاب أمامي، يكون قريبا من قاعدة الجناح.
أما منظومات التشغيل، فهي إما: ميكانيكية (كوابل وبكرات وأذرع تشغيل) (Mechanic system)، كهربائية (Electric system)، هوائية (Pneumatic system)، هيدروليكية (Hydraulic system). وهذا يعتمد على حجم الطائرة وطبيعة عملها. بالتالي تعتمد أعمال الصيانة والضبط على طبيعة وأسلوب التشغيل، وأيضا منظومة عمل القلابات، وتقسيمها. وتتداخل منظومة القلابات مع بعض المنظومات الأخرى، على سبيل المثال: تؤثر وضعية القلاب أو زاويته في منظومة التحذير من الانهيار (Stall warning)، وأيضاً، على وضعية الطائرة، وفي العادة ترتفع مقدمة الطائرة للأعلى، لذا قد يتصل القلاب مع سطح الاتزان الأفقي (Horizontal stabilizer).
تحريك أو تشغيل القلابات، يتم عن طريق تحريك ذراع (Flap lever) موجودة بمقصورة القيادة، في الجانب الأيمن منها (عادة)، وتعمل هذه الذراع على مقياس مقسم إلى درجات زاوية، هي زاوية القلاب (Flap angle) بالنسبة للجناح.
أما أعمال الصيانة، فهي تعتمد على نظام التشغيل، لكنها في العموم تشمل:
- أعمال الفحوصات والكشوفات البصرية.
- فحص الكوابل، والأجزاء المتحركة.
- فحص المحركات الكهربائية، والمضخات الهيدروليكية.
- فحص أذرع نقل الحركة.
- فحص الحالة ووضعية القلابات.
- إجراء ضبط وتعديل حركة القلابات.
ومن الإجراءات الاعتيادية، استخدام الزيوت الخاصة والشحوم لتسهيل وتليين حركة القلاب.
______________________
1- من المعروف أن وزن الطائرة عند الإقلاع، يعتمد كوزن أقصى للطائرة (Maximum Take off Mass - MTOM)، كونه يمثل وزن الطائرة مضافا إليه كامل حمولتها.
2- المصطلحات هنا هي اجتهاد شخصي.
عمل القلابات: يعتمد تشغيل القلابات وعملها علة التصميم ونوع الطائرة وحجمها، فالطائرات الصغيرة عادة ما تستخدم قلاباً واحداً لكل جناح، وقد يعمل هذا القلاب بالتعاون مع الجنيح (Aileron). أما في الطائرات الكبيرة فأكثر من نوع يمكن استخدامه، وهي في العادة:
- قلاب فولر، كقلاب خلفي، يمتد من قاعدة الجناح حتى ثلثي الحافة الخلفية، وقد يكون الجنيح أحد أجزاء القلاب.
- قلاب كروقر، كقلاب أمامي، يكون قريبا من قاعدة الجناح.
أما منظومات التشغيل، فهي إما: ميكانيكية (كوابل وبكرات وأذرع تشغيل) (Mechanic system)، كهربائية (Electric system)، هوائية (Pneumatic system)، هيدروليكية (Hydraulic system). وهذا يعتمد على حجم الطائرة وطبيعة عملها. بالتالي تعتمد أعمال الصيانة والضبط على طبيعة وأسلوب التشغيل، وأيضا منظومة عمل القلابات، وتقسيمها. وتتداخل منظومة القلابات مع بعض المنظومات الأخرى، على سبيل المثال: تؤثر وضعية القلاب أو زاويته في منظومة التحذير من الانهيار (Stall warning)، وأيضاً، على وضعية الطائرة، وفي العادة ترتفع مقدمة الطائرة للأعلى، لذا قد يتصل القلاب مع سطح الاتزان الأفقي (Horizontal stabilizer).
تحريك أو تشغيل القلابات، يتم عن طريق تحريك ذراع (Flap lever) موجودة بمقصورة القيادة، في الجانب الأيمن منها (عادة)، وتعمل هذه الذراع على مقياس مقسم إلى درجات زاوية، هي زاوية القلاب (Flap angle) بالنسبة للجناح.
أما أعمال الصيانة، فهي تعتمد على نظام التشغيل، لكنها في العموم تشمل:
- أعمال الفحوصات والكشوفات البصرية.
- فحص الكوابل، والأجزاء المتحركة.
- فحص المحركات الكهربائية، والمضخات الهيدروليكية.
- فحص أذرع نقل الحركة.
- فحص الحالة ووضعية القلابات.
- إجراء ضبط وتعديل حركة القلابات.
ومن الإجراءات الاعتيادية، استخدام الزيوت الخاصة والشحوم لتسهيل وتليين حركة القلاب.
______________________
1- من المعروف أن وزن الطائرة عند الإقلاع، يعتمد كوزن أقصى للطائرة (Maximum Take off Mass - MTOM)، كونه يمثل وزن الطائرة مضافا إليه كامل حمولتها.
2- المصطلحات هنا هي اجتهاد شخصي.
تعليقات