الإقلاع والهبوط

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

الإقلاع والهبوط

اقلاع وهبوط

Take Off and Landing - Décollage et atterrissage

الإقلاع والهبوط

إقلاع الطائرة

الإقلاع take off في نظريات الطيران، هو حركة الطائرة المتسارعة من بداية الدرجان إلى أن تكتسب سرعة وارتفاعاً يضمنان لها سلامة الانتقال إلى نظام التسلق في الهواء.

ولقد تم تحديد الارتفاع الآمن للطائرات كافة بخمسة وعشرين متراً، وهو الارتفاع القياسي للعوائق الطبيعية من أشجار وأبنية وغيرها قرب المطارات. كما تم تحديد سرعة الأمان، بالسرعة الدنيا لمناورة الطائرة.

حركة الطائرة والقوى المؤثرة فيها عند الإقلاع: يشمل الإقلاع المراحل التالية: الدرجان والنهوض (ترك الأرض) والتسارع مع كسب الارتفاع (الشكل 1).

أ ـ الدرجان: هو شروع الطائرة بالحركة على أرض المهبط وتسارعها استعداداً للنهوض. ويقسم الدرجان غالباً إلى مرحلتين هما: الدرجان على العجلات الثلاث، ثم الدرجان على عجلتين اثنتين.

عند بدء الدرجان تنطلق الطائرة بسرعة مطردة لتكون زاوية التموج (أي الزاوية المحصورة بين محور الطائرة الطولي وخط الأفق) ثابتة وتساوي صفراً. وكذلك زاوية انحراف المحور الطولي للطائرة عن اتجاه الطيران.

وتؤثر في الطائرة في المرحلة الأولى من الدرجان محصلة القوى التالية (الشكل 2):

(1) قوة الرفع، وهي قوة دينامية هوائية aerodynamic تتكوّن على سطوح الرفع في الطائرة (أي الأجنحة) نتيجة حركتها في الوسط الهوائي.

(2) وزن الطائرة.

(3) قوة دفع المحرك: وهي قوة موجهة باتجاه محور الطائرة الطولي نحو الأمام بسبب جريان الهواء واندفاعه إلى الخلف بقوة مراوح المحركات في الطائرة المروحية، أو نفث تيار الغازات من نافث المحرك في الطائرات النفاثة. وتقاس هذه القوة بالكيلو غرام الثقلي.

(4) قوة الكَبْح الجبهية، وهي قوة دينامية هوائية (مقاومة الهواء)، تمثل القوى التي تعوق حركة الطائرة في الهواء، وتقاس هذه القوة عادة بالكيلو غرام الثقلي، وتُراوح في أثناء الطيران بين 1/5 و1/12 من قوة الرفع بحسب شكل الطائرة ونظام طيرانها (السرعة والارتفاع والمناورة).

(5) قوة رد الفعل العمودية على نقاط ارتكاز الطائرة (قر₁ وقر₂ في الشكل 2)، وتؤثر هذه القوة في سيقان العجلات.

(6) قوة عامل الاحتكاك بين العجلات والأرض، وتبلغ قيمة عامل الاحتكاك هذا على أرض إسمنتية 0.02 - 0.03، وعلى أرض ترابية قاسية 0.04 - 0.06، وعلى أرض ترابية رخوة 0.07 - 0.1.

وبعد دفع العجلة الأمامية ووضع الطائرة بزاوية الهجوم (أي الزاوية المحصورة بين محور الطائرة الطولي وشعاع سرعة الطائرة) تضاف مُركّبة قوة الرفع العمودية إلى مجموع القوى العمودية المؤثرة في الطائرة في أثناء درجانها على عجلتين (الشكل 3) ويختفي في هذه المرحلة تأثير قوة رد الفعل العمودية قر₂ في نقطة الارتكاز على الأرض، كما تختفي قوة تأثير الاحتكاك بين العجلة الأمامية والأرض في حين يتناقص تأثير قوة رد الفعل العمودية قر₁ في نقطة الارتكاز على الأرض، وتأثير قوة الاحتكاك بين العجلات الرئيسة والأرض، بسبب تزايد قوة الرفع المطبقة على الطائرة.

ب ـ النهوض وترك الأرض: تترك الطائرة أرض المهبط عندما تبلغ سرعتها 200 إلى 240 كيلومتراً في الساعة، وفي هذه الحالة تصبح قوة الجذب (وزن الطائرة) مكافئة مجموع قوتي الرفع، والمركّبة العمودية لقوة دفع المحرك (الشكل 4).

ج ـ التسارع وكسب الارتفاع: تضمن هذه المرحلة وصول الطائرة إلى ارتفاع 25 متراً بسرعة 200 إلى 240 كيلو متراً في الساعة للطائرات التجارية، و280 إلى 320 كيلو متراً في الساعة للطائرات المقاتلة والمقاتلة ـ القاذفة، وهما الارتفاع والسرعة اللذان يسمحان بمتابعة الطيران في نظام التسلق. وتكون شروط الحركة في هذه المرحلة هي تزايد سرعة الطائرة، وثبات زاوية تموجها، وانعدام زاوية انحراف محورها الطولي عن اتجاه الطيران. ويكون تفاضل قوة الرفع المطبق على الطائرة ووزن الطائرة مضروباً بتجيب زاوية تسلق الطائرة، مساوياً الصفر.

عناصر الإقلاع: تتلخص عناصر إقلاع الطائرة بتسارعها في أثناء الدرجان وسرعتها لحظة ترك الأرض (المهبط) وزمن (مدة) درجان الطائرة على الأرض ومسافة درجانها حتى تقلع ثم مسافة إقلاع الطائرة الكلية.

أ ـ تسارع الطائرة في أثناء الدرجان: ويحسب بأخذ محصلة القوى الطولية (قوة دفع محركات الطائرة، وقوة الكبح الجبهيّة وقوة احتكاك الطائرة بالأرض) مقسومة على كتلة الطائرة (وتساوي وزن الطائرة مقسوماً على التسارع الأرضي).

تؤخذ القيمة الوسطى لقوة دفع محركات الطائرة في أثناء الإقلاع، عندما تكون سرعة الطائرة صفراً، وعند سرعتها لحظة ترك الأرض. وتقدر القيمة الوسطى لقوة الكبح الجبهية عادة بنصف قوة الكبح الجبهية المؤثرة في الطائرة لحظة ترك الأرض. أما القيمة الوسطى لقوة احتكاك الطائرة بالأرض التي تبلغ قيمتها العظمى عند بدء الحركة فتساوي وزن الطائرة مضروباً بعامل احتكاك عجلات الطائرة بالأرض. وتكون قوة احتكاك الطائرة بالأرض صفراً عندما تبلغ سرعة الطائرة سرعة تركها الأرض.

ب ـ سرعة الطائرة لحظة النهوض وترك الأرض: وهي السرعة الدنيا المطلوبة لتترك الطائرة أرض المهبط، وتكون زاوية الهجوم الحسابية في هذه الحالة بين ⁵10 و⁵13 لأغلب الطائرات.

تحسب قيمة سرعة ترك الأرض عندما يكون وزن الطائرة مساوياً قوة الرفع، وتحسب قوة الرفع على أساس جداء نصف عامل الرفع في كثافة الهواء في مربع سرعة الطائرة في مساحة سطح الجناح.

ج ـ زمن درجان الطائرة على الأرض: ويحسب على أساس سرعة الطائرة لحظة ترك الأرض مقسوماً على تسارع الطائرة. ويقدر هذا الزمن عادة بين 20 و40 ثانية تقريباً لأنواع الطائرات كافة.

د ـ مسافة درجان الطائرة على الأرض للإقلاع: وهي المسافة التي تدرج فيها الطائرة على أرض المهبط منذ بدء حركتها على ثلاث عجلات أولاً ثم على عجلتين حتى لحظة تركها الأرض (انظر الشكل1) وتساوي مسافة الدرجان زمنه مضروباً بالسرعة الوسطى في أثناء الدرجان وتراوح بين 600 و1200 متر تقريباً.

هـ ـ مسافة إقلاع الطائرة الكلية: هي مسافة درجان الطائرة مضافاً إليها المسافة الجوية التي تقطعها الطائرة في الهواء حتى تبلغ ارتفاع خمسة وعشرين متراً.

العوامل الاستثمارية المؤثرة في الإقلاع: تتلخص العوامل الاستثمارية المؤثرة في إقلاع الطائرة بوزنها، وزاوية هجومها لحظة ترك الأرض، وتأثير الأحوال الجوية المحيطة وتأثير الريح ونظام عمل محركات الطائرة.

أ ـ وزن الطائرة: إذا زاد وزن الطائرة (بزيادة كمية الوقود أو الركاب أو الحمولة)، ينقص تسارعها، ويجب عندئذ أن تزاد سرعة الطائرة المطلوبة لتركها الأرض، مما يؤدي إلى زيادة زمن الدرجان ومسافته.

وكلما زاد الوزن بنسبة 1% في المتوسط ازدادت مسافة الدرجان بنسبة 2%.

ب ـ زاوية الهجوم لحظة ترك الأرض: إن انخفاض قيمة زاوية الهجوم في أثناء الإقلاع عن قيمتها المحسوبة بسبب خطأ الطيار في إعطاء الطائرة زاوية الهجوم الصحيحة، يؤدي إلى زيادة سرعة الطائرة عند ترك الأرض ثم إلى زيادة مسافة درجانها ويؤدي ذلك بدوره إلى زيادة حمل العجلات في مرحلة الدرجان.

ج ـ تأثير الأحوال الجوية المحيطة: يؤدي تناقص الضغط الجوي في المطار، بسبب ارتفاعه عن سطح البحر، وبسبب الأحوال الجوية، وبسبب ارتفاع درجة حرارة الجو، إلى انخفاض قيمة قوة دفع محركات الطائرة، ويؤدي ذلك إلى تناقص تسارع الطائرة، وإلى زيادة في السرعة اللازمة لتركها الأرض بسبب نقصان قيمة المركبة العمودية لقوة دفع محركات الطائرة وبسبب نقصان كثافة الهواء.

يؤدي تغير الضغط بنسبة 1% إلى تغير مسافة الدرجان بنسبة 2%. ويؤدي تغير درجة الحرارة بنسبة 1% إلى تغير مسافة الدرجان بنسبة 3%.

د ـ تأثير الريح: إذا أثرت في الطائرة ريح خلفية سرعتها سر تزداد السرعة المحسوبة لترك الأرض بالمقدار نفسه، لأن سرعة ترك الأرض بزاوية هجوم معينة تحددها كتلة الهواء وتزداد من ثم مسافة الدرجان.

أما إذا كانت الريح أمامية تعاكس حركة الطائرة، فعندئذ تقل السرعة المحسوبة لترك الأرض للسبب الآنف الذكر. وتنقص مسافة الدرجان.

هـ ـ نظام عمل محركات الطائرة: إذا ازدادت قوة دفع المحرك بزيادة كمية الوقود والهواء الداخلين إليه، فتنقص مسافة الدرجان نتيجة ازدياد تسارع الطائرة. كذلك تؤدي زيادة قوة دفع المحرك إلى زيادة المركّبة العمودية لدفع المحرك (انظر الشكل 4) الأمر الذي يؤدي إلى نقصان السرعة المطلوبة لترك الأرض.

وللاستفادة من هذه الميزة، يرفع الطيار نظام عمل محركات الطائرة إلى نظام «الدفع الأعظمي» والطائرة ثابتة على الأرض بقوة كوابحها كلها. وعندما تصل قوة دفع المحركات إلى قيمتها العظمى، يحرر الطيار الكوابح فتبدأ الطائرة درجانها بقوة الدفع المذكورة في مرحلة الدرجان بكاملها، مختصرة مسافة الدرجان.

الإقلاع القصير والإقلاع العمودي: يتضح مما سبق أن أغلب الطائرات الحديثة تحتاج من أجل إقلاعها إلى مهابط طويلة نسبياً (2500ـ 3500 متر)، مما يعوق إمكان الاستفادة من المهابط المحدودة الطول. لهذا السبب ولأسباب استثمارية وتقنية أخرى، صممت طائرات ذات مسافة إقلاع قصيرة، وطائرات يمكنها الإقلاع عمودياً.

أ ـ طائرة الإقلاع القصير: يمكن إنقاص مسافة الدرجان للإقلاع بطرائق عدة من أهمها:

استعمال آلات أتوماتية فعالة لتحسين الرفع، وخفض قيمة الحمل النوعي على الجناح (أي خفض نسبة وزن الطائرة إلى مساحة سطح الجناح)، واستخدام مولدات إضافية للرفع.

تهدف هذه الطرائق جميعها إلى خفض السرعة المطلوبة لترك الأرض، بالإفادة من المركّبة الشاقولية لقوة دفع المحرك قم _ش ويتم ذلك بإمالة شعاع قوة الدفع نحو الأعلى (الشكل 5).

وبإضافة المركّبة الشاقولية للدفع قم _ش= قم جب يه إلى قوة الرفع.

تحسب سرعة ترك الأرض بالعلاقة التالية:

حيث: سر_ت سرعة ترك الأرض

ق قوة وزن الطائرة

م نسبة قوة دفع المحركات قم إلى وزن الطائرة ق أي:

عر _ت عامل الرفع لحظة ترك الأرض

يه زاوية ميل دفع المحرك إلى الأعلى بالنسبة إلى الأفق

تتعلق نسبة خفض ترك الأرض بقيمة الزاوية يه إلا أن زيادة هذه الزاوية، عندما تكون نسبة الدفع إلى الوزن صغيرة القيمة، تجعل قيمة مركّبة قوة الدفع الأفقية غير كبيرة قم_أ = قم تجب يه (حيث قم _أ المركّبة الأفقية لقوة الدفع)، ويصبح التسارع الطولي تع _ط متدني القيمة لتعلقه بقيمة هذه المركّبة.

يتبين من الدراسة المفصلة لهذا الموضوع، أن أقل قيمة لمسافة درجان الطائرة عند الإقلاع لا تتحقق إلا عند قيم محدودة لزاوية ميل قوة الدفع يه التي تسمى الزاوية المثالية للإقلاع يه_م وتحسب من العلاقة:

وإذا زادت قوة دفع المحرك «قم» على القيمة المثالية أيضاً، تزداد مسافة الدرجان ويتحقق الإقلاع المثالي في هذه الحالة إذا كانت سرعة ترك الأرض مساوية للقيمة:

حيث: سر _{م ت} السرعة المثالية لترك الأرض

فعندما تكون م >1، يمكن أن تنفذ الطائرة الإقلاع عمودياً.

وعندما تكون م <1 يمكن بإمالة قوة الدفع نحو الأعلى إنقاص مسافة الدرجان بدرجة كبيرة بالمقارنة مع مسافة الدرجان في الحالة الاعتيادية (يه=0).

لايختلف إقلاع الطائرة ذات الإقلاع القصير اختلافاً جوهرياً عن إقلاع الطائرة العادية. وبعد أن تترك الطائرة الأرض بسرعة قليلة تبدأ بالطيران كالطائرة العادية، فتكتسب تسارعها وارتفاعها تدريجياً حتى تبلغ السرعة المحددة لبدء تنفيذ المناورة، والوصول إلى ارتفاع أمين.

ويكون تسارع الطائرة ذات الإقلاع القصير بعد تركها الأرض أقل من تسارع الطائرة العادية بسبب انخفاض قوة الدفع في التسارع الطولي، وذلك نتيجة ميل قوة الدفع نحو الأعلى. غير أن هذا الفارق في التسارع يتقلص تدريجياً مع زيادة قيمة قوة الرفع التي تسمح بإنقاص زاوية ميل قوة الدفع نحو الأعلى، وبسبب القيمة المنخفضة للتسارع الطولي، يزداد زمن تسارع الطائرة من ترك الأرض حتى السرعة الدنيا المحددة لبدء المناورة.

ب ـ طائرة الإقلاع العمودي (عن سطح الأرض): يمكن أن تقلع الطائرة عمودياً عند توجيه قوة دفع محركاتها إلى الأعلى إذا كانت نسبة الدفع فيها إلى وزنها أكبر من الواحد (م>1). ويختلف مسار حركة هذه الطائرة في أثناء الإقلاع عن مسار حركة الطائرة العادية.

تكتسب الطائرة بحركتها العمودية بعد ترك الأرض ارتفاعاً مساوياً للارتفاع القياسي للعوائق الأرضية كالشجر وأعمدة التوتر العالي والأبنية وغيرها. ويتم في أثناء الحركة على المسار العمودي، تحقيق توازن الطائرة واستقرارها والسيطرة عليها بدفات توجيه خاصة.

ويرتبط مسار إقلاع الطائرة بالأحوال المكانية الخارجية المحيطة بمنطقة الإقلاع، إذ يمكن أن تقلع الطائرة من أرض محدودة المساحة جداً ومحاطة بأشجار وأبنية عالية. وقد يتم التسلق العمودي في حالات خاصة لكسب ارتفاع يزيد كثيراً على الارتفاع القياسي للعوائق الأرضية.

إن تنفيذ التسلق العمودي يتم بقيمة ثابتة لقوة الدفع (أي بقيمة ثابتة للتسارع العمودي). وتكتسب الطائرة بنتيجة ذلك سرعة عمودية محددة القيمة. وبعد الوصول إلى ارتفاع أكبر من ارتفاع العوائق الأرضية، يتم تعديل ميل قوة دفع المحرك تدريجياً نحو الأمام، فتبدأ الطائرة باكتساب سرعة تقدمية راسمة مساراً منحنياً.

وفي بعض الأحيان يمكن أن ترسم الطائرة مثل هذا المسار المنحني بعد ترك الأرض مباشرة (الخط المنقط في الشكل 6).

يمكن أن تزود مثل هذه الطائرات بمجموعة تضمن إقلاعها العمودي ثم حركتها التقدمية بتغيير اتجاه قوة الدفع عن طريق تغيير نافث المحرك، أو باستخدام محركات خاصة للإقلاع العمودي إلى جانب محركات الحركة التقدمية للطائرة.

وتعدّ مسألة ضمان استقرار طائرة الإقلاع العمودي وقيادتها بسرعة طيران منخفضة جداً من المسائل المعقدة، بسبب عدم فاعلية الدفات التي يرتبط تأثيرها بسرعة الطيران. ويضمن استقرار الطائرة وقيادتها في هذه الحالة بوساطة دفات ارتكاسية خاصة توجه تيار الهواء المضغوط المأخوذ من ضاغط هواء المحرك (نوافث للهواء المضغوط).

ج ـ إقلاع الحوامة: إن إقلاع الحوامة هو حركة متسارعة غير منتظمة، تتبدل فيها سرعة الحوامة من الصفر حتى القيمة التي تضمن لها سلامة التسلق المنتظم. ويمكن تنفيذ الإقلاع بثلاث طرائق مختلفة استناداً إلى وزن الحوامة عند الإقلاع والأحوال الجوية وارتفاع المطار عن سطح البحر وطبيعة الموانع المحيطة بمكان الإقلاع، وهذه الطرائق هي: الإقلاع وفق مبدأ الحوامة، والإقلاع وفق مبدأ الطائرة، والإقلاع وفق مبدأ الحوامة مع الاستفادة من مبدأ الوسادة الهوائية.

(1) الإقلاع وفق مبدأ الحوامة: هو الطريقة الرئيسة لإقلاع الحوامات وتتلخص بابتعاد الحوامة عن الأرض شاقولياً حتى ارتفاع متر ونصف أو مترين فوق مستوى العوائق المحيطة بمكان الإقلاع، ثم تعليق الحوامة لاختبار عمل الجناح الدوار والمحركات والتوابع. ثم يعقب ذلك تسلق الحوامة على مسار مائل مع زيادة سرعتها. وينتهي الإقلاع المنفذ بهذه الطريقة عندما يصل ارتفاع الحوامة إلى 20 - 25 متراً، وينتهي تسارع الحوامة عندما تبلغ سرعة التسلق المنتظم السرعة الاقتصادية للطيران الأفقي المستقيم. ولا يمكن تنفيذ الإقلاع بهذه الطريقة، في الحالات التالية:

ـ إذا كانت الحوامة محملة بحمولة مفيدة كبيرة، لا تكفي معها استطاعة المحركات لتنفيذ التعليق خارج مجال تأثير الوسادة الهوائية.

ـ عندما تكون درجة حرارة الهواء الخارجي مرتفعة (ينخفض مردود المحركات عند ارتفاع درجة حرارة الجو).

ـ عند الإقلاع من مطار جبلي واقع على ارتفاع كبير عن سطح البحر. وفي هذه الحالة يكون مردود المحركات غير كاف لتنفيذ التعلق بسبب تخلخل الهواء.

يمكن أن تقلع الحوامة في إحدى الحالات الآنفة الذكر وفق مبدأ إقلاع الطائرة التالي.

(2) الإقلاع وفق مبدأ إقلاع الطائرة (الإقلاع العمودي): تتضمن طريقة الإقلاع هذه درجان الحوامة على أرض المهبط، ثم ترك الأرض والارتفاع بمسار مائل.

ويتم في هذه الطريقة الاستفادة من إيجابيات الانسياب المائل للجناح الدوار لزيادة قوته بالمقارنة مع الانسياب المحوري. والانسياب المحوري هو سحب الجناح الدوار للهواء من الأعلى ودفعه إلى أسفل شاقولياً، أما الانسياب المائل فهو سحب الجناح الدوار الهواء من الأعلى بميل نحو الأمام ودفعه نحو الأسفل بميل إلى الخلف.

تدرج الحوامة بفضل المركّبة الأفقية لقوة الجناح الدوار قج _أ (قوة الجر)، وبنتيجة الزيادة الإضافية للقوة المتولدة عن الجناح الدوار تزداد قوة الرفع قج _ش فتصبح أكبر من قوة وزن الحوامة، وتترك الحوامة الأرض لتنتقل إلى مرحلة التسلق بمسار مائل. ويساعد في تحقيق هذا التسلق الزيادة المستمرة في قوة الرفع قج _ش نتيجة لزيادة سرعة الحوامة، وازدياد تأثير الانسياب المائل في زيادة قوة الجناح الدوار قج.

إن وجود سرعة أمامية ولو كانت قليلة القيمة، تؤدي حتماً إلى نقصان ملموس في الاستطاعة المطلوبة. فإذا لم يكن الإقلاع بسرعة مساوية الصفر (الإقلاع الشاقولي) ممكناً بسبب عدم كفاية مردود المحركات، فإن وجود سرعة أمامية في حدود 40 - 50 كم/سا يحقق فائض دفع لا بأس به يساعد الحوامة على تنفيذ التسلق بمسار مائل مع التسارع التدريجي.

ويحتاج الإقلاع بهذه الطريقة إلى مطار أو ساحة ممهدة طولها في حدود 50 - 100 متر.

ينتهي إقلاع الحوامة بهذه الطريقة عند بلوغها ارتفاع 25 متراً وتكون سرعتها قريبة من السرعة الاقتصادية للطيران الأفقي المستقيم.

(3) الإقلاع وفق مبدأ الحوامة مع الاستفادة من تأثير الوسادة الهوائية: قبل شرح هذه الطريقة تجدر الإشارة إلى تأثير الوسادة الهوائية في الحوامة في أثناء التعليق. يلاحظ تأثير الوسادة الهوائية عند تعلق الحوامة على ارتفاع قليل ع < د أي عندما يكون الارتفاع «ع» أقل من قطر الجناح الدوار للحوامة «د».

ويتلخص مضمون هذه الظاهرة فيما يلي: عند تعلق الحوامة على ارتفاع منخفض، يصطدم الهواء الذي يدفعه الجناح الدوار بالأرض، فتقل سرعته لتصبح مساوية الصفر، ويزداد الضغط الساكن تحت الجناح الدوار أو ما يدعى بالوسادة الهوائية، فتزداد من ثم قوة رفع الجناح قج، وعند تعلق الحوامة على ارتفاع ع = 0.1د تزداد قوة رفع الجناح الدوار بمقدار 50%، وكلما ازداد ارتفاع التعلق قلّ تأثير الوسادة الهوائية، حتى يتلاشى نهائياً عند ارتفاع مقداره 2د، كما يتناقص تأثير الوسادة الهوائية تدريجياً عند زيادة السرعة الأمامية.

عند إقلاع الحوامة وفق مبدأ الطائرة، يؤدي درجانها على أرض غير ممهدة جيداً إلى حدوث اهتزازات شديدة. عندئذ يمكن تنفيذ الإقلاع مع الاستفادة من تأثير الوسادة الهوائية (ارتفاع التعلق لا يزيد على 0.5د). وبعد ترك الأرض والتعلق في منطقة تأثير الوسادة الهوائية، تكتسب الحوامة سرعة أمامية تدريجياً فتزداد قوة الجناح الدوار قج نتيجة تأثير الانسياب المائل للهواء، ويقل تأثير الوسادة الهوائية، والمحصلة هي زيادة قوة الجناح الدوار بشكل يسمح بتنفيذ التسلق مع التسارع عندما تصبح سرعة الحوامة في حدود 40 ـ 50 كم/سا.

فإذا كانت الأرض شديدة الوعورة وفيها حفر كبيرة يزول تأثير الوسادة الهوائية تماماً.

هبوط الطائرة

هبوط الطائرة landing هو انحدارها من الجو و اقترابها من سطح الأرض ثم ملامستها الأرض ودرجانها عليها حتى توقفها تماماً.

مراحل هبوط الطائرة: يشمل هبوط الطائرة المراحل التالية، الانحدار ثم الصف ثم الإسفاف ثم الحط ثم الدرجان حتى التوقف (الشكل12).

أ ـ مرحلة الانحدار: الانحدار هو أول مراحل الهبوط، تطير الطائرة فيه متباطئة على مسار مستقيم مائل نحو الأسفل بزاوية انحدار ثابتة يه_ن ويبدأ الانحدار من ارتفاع 25 متراً وتخضع حركة الطائرة في أثنائه للقوى التالية:

ـ قوة الرفع ر، وقوة وزن الطائرة ق، وقوة دفع المحرك قم، وقوة الكبح كب.

وتحدد حركة الطائرة في أثناء انحدارها بالمعادلتين:

حيث: تع_ط التسارع الطولي للطائرة

ويستنتج من المعادلة الأولى أن الحركة المتباطئة في الانحدار لا تتحقق إلا إذا تحققت المتراجحة قم + ق جب يه_ن < كب. في حين تمثل المعادلة الثانية الشرط الذي لا بد منه لضمان استقامة مسار الطائرة في أثناء الانحدار.

تعدّ زاوية الانحدار يه _ن وسرعة الطائرة الشاقولية في أثناء الانحدار سر _ش من أهم العناصر المعبرة عن مرحلة الانحدار. وتحسب السرعة الشاقولية سر _ش بالمعادلة:

سر _ش= سرجب يه _ن

وتنتهي مرحلة الانحدار على ارتفاع يراوح بين عشرة أمتار والصفر، لتبدأ مرحلة الصف.

ب ـ مرحلة الصف: تتناقص في هذه المرحلة سرعة الطائرة الشاقولية سر _ش حتى تساوي الصفر، لضمان سلاسة حطها على الأرض (لمس الأرض). ويتم ذلك بإنقاص زاوية الانحدار يه _ن بإمالة مسار الحركة إلى أعلى قليلاً بزيادة قوة الرفع ر.

تتابع الطائرة إنقاص سرعتها مع تغيير زاوية الانحدار يه_ن تدريجياً في أثناء الصف، وتحسب حركة الطائرة في هذه المرحلة بالاستناد إلى المعادلتين التاليتين:

ويكون مخطط القوى المؤثرة في الطائرة في مرحلة الصف هو مخطط القوى المؤثرة في الطائرة نفسه في مرحلة الانحدار، إلا أن قوة الرفع ر في أثناء الصف أكبر من مركبة قوة الوزن ق تجب يه _ن.

يتعلق ارتفاع بدء الصف ع _ت بسرعة الطائرة وبزاوية الانحدار قبل الصف مباشرة، وكذلك بقيمة الحمولة الزائدة العمودية ح المطبقة في هذه المرحلة، ويحسب هذا الارتفاع بالعلاقة التقريبية التالية:

حيث ع _ت ارتفاع بدء الصف، سر _{ش ت} السرعة الشاقولية للطائرة عند بدء الصف ويكون سر _ش = سر جب يه_ن

ح _ش الحمولة الزائدة العمودية الوسيطة المطبقة في أثناء الصف ويكون

تبدأ مرحلة الصف لأغلب الطائرات على ارتفاع 10-8 أمتار، وتنتهي عند ارتفاع 1 ـ 0.75 من المتر.

ج ـ مرحلة الإسفاف: تنخفض في هذه المرحلة سرعة الطائرة حتى تكافئ سرعة الحط، فيقوم الطيار في نهاية الصف أو بداية الإسفاف، بوضع المحرك على نظام عمل الدفع الأدنى (الإرجاع الكامل للمحرك) وتستمر سرعة الطائرة بالتناقص في أثناء الإسفاف مع بقاء ارتفاعها ثابتاً. وتنطبق على الطائرة في أثناء الإسفاف المعادلتان التاليتان:

ويبين الشكل 14 مخطط القوى المؤثرة في الطائرة عند الإسفاف.

يزيد الطيار زاوية هجوم الطائرة، أي يزيد عامل الرفع، بطريقة تضمن اقتراب الطائرة من الأرض اقتراباً بطيئاً جداً حتى تصبح سرعتها مساوية سرعة الحط (لمس الأرض) وتنتهي في هذه اللحظة مرحلة الإسفاف.

د ـ مرحلة الحط (لمس الأرض): تحط الطائرة على أرض المهبط، عندما تصبح سرعتها مناسبة للدرجان. وتحسب هذه السرعة بالعلاقة التالية:

حيث:

سر _ض سرعة الحط المطلوبة

ق _هـ وزن الطائرة عند الهبوط

عر _هـ عامل رفع الطائرة عند الهبوط

ض _ح الضغط الحركي ويكون

سط مساحة سطح الجناح

ويجب في لحظة حط الطائرة تثبيت عامل الرفع بتثبيت زاوية هجوم الطائرة. لأن الاستمرار بزيادة عامل الرفع يؤدي بالطائرة إلى أن تترك الأرض مرة أخرى، تحت تأثير قوة الرفع المتزايدة. كذلك لا يجوز، عامة لمس الأرض بسرعة أكبر من سرعة الحط المحددة (150 - 250 كم/سا تقريباً) لأن ذلك يؤدي إلى زيادة زاوية الهجوم بعد اللمس وإلى نهوض الطائرة عن أرض المهبط بقفزات متتالية تتزايد سعتها، وهي ظاهرة معروفة تدعى «قفزة الجدي».

هـ ـ مرحلة الدرجان: الدرجان عند الهبوط هو حركة الطائرة المتباطئة بدءاً من لحظة حطها على الأرض حتى لحظة توقفها تماماً. وتنطبق على حركة الطائرة في أثناء الدرجان المعادلتان التاليتان:

حيث:

قم قوة دفع المحرك (يعمل المحرك في أثناء درجان الهبوط بنظام دفع أدنى)

كب قوة كبح الطائرة

قح قوة الاحتكاك بين عجلات الطائرة وأرض المهبط

ر قوة الرفع

قر قوة رد فعل الأرض على العجلات

ق قوة وزن الطائرة

يبين الشكل 15 مخطط القوى المؤثرة في الطائرة في مرحلة درجان الهبوط. وتدرج الطائرة على العجلات الخلفية فور حطها على أرض المهبط ثم تستقيم مقدمة الطائرة حتى تلامس عجلاتها الأمامية الأرض، فيكون درجانها على ثلاث عجلات.

أما العناصر الرئيسة لمرحلة الدرجان فهي: التسارع الطولي تع _ط وقيمته هنا سالبة، ومسافة الدرجان س _ت. وتحسب قيمة التسارع الطولي تع _ط عند درجان الهبوط بالعلاقة:

في حين تحسب مسافة الدرجان س _ت بالعلاقة:

حيث:

سر _ض سرعة حط الطائرة عند لمسها الأرض

تع _{ط ت} التسارع الطولي الوسطي في أثناء درجان الهبوط

وتعبر العناصر التالية عن الهبوط عامة: مسافة الهبوط الكلية، وسرعة الحط، ومسافة درجان الهبوط.

وتحسب مسافة الهبوط الكلية س بالعلاقة التالية:

س = س _ن + س _ع + س_م + س _ت

حيث: س _ن المسافة التي تقطعها الطائرة من نقطة انحدارها من ارتفاع 25 متراً.

س _ع طول مسافة الصف.

س _م طول مسافة الإسفاف.

س _ت طول مسافة الدرجان.

العوامل المؤثرة في هبوط الطائرة: وتشمل هذه العوامل التأثيرات التالية:

أ ـ تأثير وزن الطائرة: تزداد سرعة الحط سر _ض كلما ازداد وزن الطائرة، وتزداد من ثم مسافة الدرجان ومسافة الهبوط الكلية.

ب ـ تأثير زاوية هجوم الطائرة: تنقص سرعة الحط على أرض المهبط كلما ازدادت زاوية هجوم الطائرة، وتقل من ثم زاوية الدرجان ومسافة الهبوط الكلية.

ج ـ تأثير الجو المحيط بالطائرة: إذا ازدادت درجة حرارة الجو الخارجي ونقص الضغط الجوي، تنقص كثافة الهواء فتزداد مسافة الدرجان. لأن نقصان كثافة الهواء يقلل من قيمة قوة كبح الطائرة.

د ـ تأثير الرياح السائدة في منطقة الهبوط: إذا كانت الريح أمامية بالنسبة إلى الطائرة، تقل سرعة الحط، كما تقل مسافة الدرجان ومسافة الهبوط. أما إذا كانت الريح خلفية فتزداد سرعة الحط ومسافة الدرجان ومسافة الهبوط.

هـ ـ تأثير قلابات الطائرة: القلابات هي سطوح رفع إضافية في مؤخرة الجناح، ويتم إنزالها في أثناء هبوط الطائرة مما يؤدي إلى زيادة قيمة عامل الرفع وتقل نتيجة لذلك سرعة الحط ومسافتا الدرجان والهبوط. كما يؤدي إنزال القلابات إلى تزايد قيمة التسارع الطولي تع _ط (بالقيمة المطلقة) وإلى تناقص مسافة الهبوط الكلية.

و ـ تأثير المظلة الكابحة: هي مظلة مركبة في مؤخرة بعض الطائرات يفتحها الطيار بعد أن تحط الطائرة في أثناء الهبوط من أجل زيادة قيمة التسارع الطولي (بالقيمة المطلقة) ومن ثم زيادة معدل تباطؤ الطائرة.

يؤدي فتح المظلة الكابحة إلى إنقاص مسافة الدرجان ومسافة الهبوط بسبب قوة الكبح الإضافية ق ك _م الناتجة عن فتح المظلة.

الهبوط القصير والهبوط العمودي: وهما يتمان كما يلي:

أ ـ الهبوط القصير: ينفذ الهبوط القصير في الطائرات النفاثة المعدة لهذا الأمر بإنقاص مسافتي إسفاف الطائرة عند الهبوط وفي درجانها. أما بقية المراحل فهي مماثلة لمراحل الهبوط العادي.

يستفاد من المركبة الشاقولية قم ش عند الهبوط القصير لإقلال سرعة الهبوط من دون الاستفادة من المركبة الأفقية قم _أ في التباطؤ، وتصبح مسافة الإسفاف في شروط مكافئة أكبر من مسافة الإسفاف في الهبوط العادي لأن سرعة الهبوط بالاستفادة من المركبة العمودية قم _ش في الهبوط القصير أقل من سرعة الهبوط العادي وهذا يعني

حيث سر _ض سرعة الهبوط

ق قوة وزن الطائرة

ك كثافة الهواء

سط مساحة سطح الجناح

عر _هـ عامل الرفع في أثناء الهبوط

لابد عند بدء الإسفاف من الإفادة من المركبة الأفقية قم _أ لقوة دفع المحرك، لتبطئة الطائرة في الوقت الذي تستخدم فيه المركبة الشاقولية قم _ش وذلك لمنع زيادة مسافة الإسفاف، ويتم ذلك بإمالة قوة دفع المحرك إلى الخلف كما في طائرة هارْيِر البريطانية (الشكل 17).

يتعلق إمكان الحصول على قيمة عالية لمركبة قوة الدفع العمودية قم _ش بقيمة م التي هي نسبة قوة الدفع الأعظمي إلى قوة وزن الطائرة ق (كما مر سابقاً)، كما يتعلق بالزاوية التي يمكن بها إمالة قوة دفع المحرك. فإذا كان مجال هذه الزاوية كبيراً حتى 180 درجة فيمكن استخدام كامل قوة الدفع في عملية تباطؤ الطائرة بعد لمسها الأرض.

ب ـ الهبوط العمودي (الهبوط في نقطة): يمكن أن تحط طائرة الهبوط العمودي في مساحة محدودة جداً، من دون درجان بعد لمس الأرض، بسبب النسبة العالية بين المركبة العمودية لقوة دفع المحرك وقوة وزن الطائرة

وتكون هذه النسبة أكبر من الواحد.

يأخذ مسار الطائرة في الهبوط العمودي شكلاً مماثلاً لمسار هبوط الحوامة ويكون هذا المسار منحنياً.

ويفضل، قبيل أن تحط الطائرة على الأرض، تعليق الطائرة لعدة ثوان على ارتفاع لايتجاوز بضع عشرات السنتيمترات تجنباً للصدمة.

هبوط الحوامة: إن حركة هبوط الحوامة هي حركة غير منتظمة، تتناقص سرعتها في أثنائها. ويبدأ هبوطها من ارتفاع 25- 50 متراً، إلى أن ينتهي عندما تحط على الأرض تماماً. ويمكن تنفيذ الهبوط بإحدى الطريقتين التاليتين:

أـ الهبوط وفق مبدأ الحوامة: وهي الطريقة الأساسية لهبوط الحوامة (الشكل 19) وتتضمن المراحل التالية: الانحدار مع خفض السرعتين الأمامية والعمودية، والتعليق على ارتفاع 2 - 3 أمتار فوق مساحة الهبوط، والنزول العمودي، والحط.

تدخل الحوامة منطقة الهبوط بحركة منتظمة على مسار مائل وعلى ارتفاع 40 ـ 50 متراً وتبدأ عملية التباطؤ مع انحدار الحوامة بزاوية ثابتة. وتخضع حركة الحوامة في هذه المرحلة لقوانين الحركة التالية:

حيث قج _ش المركبة العمودية لقوة الجناح الدوار

ق₁ المركبة العمودية لقوة وزن الحوامة

ق قوة وزن الحوامة

يه _ن زاوية انحدار الحوامة

حيث: قج أ المركبة الطولية لقوة الجناح الدوار

كب قوة الكبح

ق₂ المركبة الطولية لقوة وزن الحوامة

تع تسارع الجاذبية الأرضية

تع _ط التسارع الطولي

ويفترض إضافة إلى ما سبق، أن تكون القوى الجانبية والعزوم المؤثرة في الحوامة في حالة توازن.

تتباطأ حركة الحوامة بإمالة شعاع قوة الجناح الدوار إلى الخلف والحصول على قيمة كبيرة للقوة قج _أ. وعندما تصبح السرعة 50 - 60 كم/سا، يتم تحويل الطائرة من نظام الانحدار إلى نظام الحركة على مسار سافّ (مواز لسطح الأرض) على ارتفاع 2 ـ 3م وتترافق هذه الحركة مع خفض السرعة حتى قيمة مساوية للصفر. وعندئذ تتعلق الحوامة فوق ساحة الهبوط، ويتم في أثناء هذا التعليق ضبط وضع الحوامة لتصبح فوق مركز الساحة باتجاه معاكس لاتجاه الريح، وبعدئذ تنفذ الحوامة نزولاً عمودياً بسرعة قليلة، وتحط على الأرض بسلاسة.

ب ـ الهبوط وفق مبدأ الطائرة: ينفذ هذا الهبوط بالشروط نفسها التي ينفذ فيها الإقلاع وفق مبدأ الطائرة وتشمل هذه الطريقة المراحل التالية (الشكل 20):

الانحدار من ارتفاع 25 -30 متراً ثم الصف فالإسفاف فالحط فالدرجان. وتفقد الحوامة ارتفاعها في مرحلة الانحدار مع المحافظة على قيم ثابتة لزاوية الانحدار والسرعة حتى ارتفاع 10-7 أمتار لتبدأ عملية خروج الحوامة من مرحلة الانحدار إلى مرحلة الصف، وتنتهي مرحلة الصف على ارتفاع 1-1.5 متر، وتترافق هذه المرحلة مع تناقص السرعة، وبقائها كبيرة نسبياً عند انتهاء المرحلة. لذلك تستمر عملية تناقص السرعة في مرحلة الإسفاف أيضاً. وتبدأ هذه المرحلة بانتهاء سابقتها، وتنتهي عندما تصبح سرعة الحوامة 40-30 كم/سا، وتحط الحوامة على أرض المهبط، لتبدأ مرحلة الدرجان التي تستمر مع تباطؤ السرعة حتى التوقف تماماً.

يحتاج تنفيذ الهبوط بهذه الطريقة إلى مهبط أو ساحة ممهدة ذات تربة صلبة.

كمال اليافي

الموضوعات ذات الصلة

التقنيات الجوية ـ الجناح ـ ديناميك الهواء ـ الطائرة ـ الطائرة (قيادة ـ) ـ الطيران (ميكانيك ـ) الملاحة الجوية.

مراجع للاستزادة

ـ ف.غ براغا ون.م ليسينكروي. ب.ميكيرتوف وير. ن. نبتشايف وم.ي راوتشينكو، الأيروديناميك العملي للطائرات ذات المحركات العنفية النفاثة.

ـ د.ي.بازوف، أيروديناميك الحوامات.