جناح مغلق Closed wing

(تم التحويل من Closed wing)

الجناح المغلق (closed wing)، هو جناح ذو مستويين رئيسيين يندمجان عند طرفيهما، حيث لا توجد أطراف الجناح تقليدية. تتضمن تصميمات الأجنحة المغلقة الجناح الحلقي (المعروف عادة بالجناح الأسطواني)، والجناح المتصل، والجناح الصندوقي، والجناح الطرفي الحلزوني.[1]

كما هو الحال مع العديد من أجهزة طرف الجناح، أو كما تُعرف بقمة الجناح، يهدف الجناح المغلق إلى تقليل التأثيرات المُهدرة المرتبطة بدوامات طرف الجناح التي تحدث عند أطراف الأجنحة التقليدية. مع أن الجناح المغلق لا يتمتع بمزايا فريدة، إلا أن العديد من تصاميم الأجنحة المغلقة تُقدم مزايا هيكلية مُقارنة بالجناح الكابولي التقليدي أحادي السطح.


السمات

الجناح الحلزوني هو سطح جناح مغلق متصل بطرف الجناح التقليدي.

تُشكل دوامات طرف الجناح عنصراً رئيسياً في اضطراب ذيل الطائرة، وترتبط بالسحب المُستحث، وهو عامل مُساهم بشكل كبير في السحب الكلي في معظم الأنظمة. يُغني الجناح المُغلق عن استخدام أطراف الأجنحة، وبالتالي يُتوقع أن يُقلل من تأثيرات السحب على أطراف الأجنحة.

بالإضافة إلى المزايا الهيكلية المحتملة على الأجنحة الكابولية المفتوحة، فإن أسطح الأجنحة المغلقة لها بعض الخصائص الديناميكية الهوائية الفريدة:

  • للحصول على نظام رفع مقيد يتناسب مع صندوق مستطيل بأبعاد أفقية (ممتدة) ورأسية ثابتة كما يُرى في اتجاه تدفق التيار الحر، فإن التكوين الذي يوفر الحد الأدنى المطلق سحب مستحث لإجمالي رفع رأسي معين هو نظام مغلق، أي جناح صندوق مستطيل مع أسطح رفع تشغل بالكامل جميع الحدود الأربعة للمنطقة المستطيلة المسموح بها.[2] ومع ذلك، يمكن الاقتراب بشكل وثيق للغاية من أداء السحب المستحث للجناح الصندوقي المغلق المثالي من خلال التكوينات المفتوحة مثل جناح C الذي نوقش تفصيلياً أدناه.[1]
  • أما بالنسبة أي نظام رفع (أو جزء منه) يُشكل حلقة مغلقة كما يُرى في اتجاه تدفق التيار الحر، فإن التوزيع الأمثل للرفع (أو الدوران) الذي يُنتج أدنى مقاومة مُستحثة لإجمالي رفع رأسي مُحدد ليس فريدًا، بل يُحدد فقط ضمن قيمة ثابتة على جزء الحلقة المغلقة. وذلك لأنه، بغض النظر عن توزيع الدوران في البداية، يُمكن إضافة دوران ثابت إلى جزء الحلقة المغلقة دون تغيير إجمالي الرفع للنظام أو المقاومة المُستحثة.[1] هذا هو المفتاح لتوضيح كيف ينتج الجناح C نفس الانخفاض في السحب المستحث تقريباً مثل النظام المغلق بالكامل المقابل، كما هو موضح أدناه.

الخلاصة هي أنه على الرغم من أن الأنظمة المغلقة يمكن أن تنتج تخفيضات كبيرة في السحب المستحث مقارنة بالجناح المستوي التقليدي، إلا أنه لا توجد ميزة ديناميكية هوائية كبيرة تتحقق بشكل فريد لكونها مغلقة بدلاً من كونها مفتوحة.[1]

الأشكال

تتضمن الأنواع المختلفة من الأجنحة المغلقة ما يلي:

  • الجناح الصندوقي
  • الجناح المعين
  • الجناح الحلقي المسطح
  • الجناح والهيكل متحد المركز

التاريخ

سنوات الريادة

استبدلت الطائرة بليريو 4 الجناح الأمامي الحلقي لسابقتها بجناح ثنائي السطح تقليدي.

من الأمثلة المبكرة على الأجنحة المغلقة الطائرة بليريو 3، التي بناها لوي بليريو وگابرييل ڤوازان عام 1906. تتألف أسطح الرفع من جناحين حلقيين مثبتين مترادفين. في الطائرة بليريو 4 اللاحقة، أُستبدل الجناح الحلقي الأمامي بجناح ثنائي السطح، وأضيف جناحاً أمامياً من نوع كنار لتصبح طائرة ثلاثية السطح. كانت الطائرة قادرة على الإقلاع بقفزات صغيرة قبل أن تتضرر بشكل لا يمكن إصلاحه.

بناءً على عمل ج. ج. أ. كيتشن، قام سيريك لي وج. تيلگمان رتشاردز ببناء وقيادة عدة طائرات ذات أجنحة حلقية، حيث كان الجزءان الأمامي والخلفي على نفس المستوى. كانت أول طائرة ثنائية السطح. تلتها سلسلة من الطائرات أحادية السطح، وكانت آخرها من هذا الخط لا تزال قيد الاستخدام حتى عام 1914.[3]

الحرب العالمية الثانية

عام 1944، بدأ المصمم الألماني إرنست هاينكل العمل على طائرة ذات إقلاع وهبوط عمودي متعددة الأدوار، ذات جناح حلقي ومقعد واحد تسمى لرتشه، لكن سرعان ما تم التخلي عن المشروع.[4]


بعد الحرب

خلال الخمسينيات، طورت شركة سنيكما الفرنسية الطائرة كوليوپتير، وهي طائرة إقلاع وهبوط عمودي بجناح حلقي بمقعد واحد. أثبتت الطائرة عدم استقرارها بشكل خطير على الرغم من تطوير واختبار العديد من النماذج الأولية، وتم التخلي عن تصميمها.[5] تضمنت المقترحات اللاحقة لتصميمات الأجنحة المغلقة نظام دعم النيران الجوي المتقدم (AAFSS) من طراز كونڤير 49 ومفهوم "الجناح الدائري" من شركة لوكهيد مارتن في الثمانينيات.[بحاجة لمصدر]

واصل الدكتور جوليان وولكوڤيتش تطوير الفكرة في الثمانينيات، مدعياً أنها ترتيب هيكلي فعال حيث يوفر الذيل الأفقي الدعم الهيكلي للجناح بالإضافة إلى العمل كسطح استقرار.[6][7][8]

الجناح حلزوني الطرف، وهو تصميم تطوره حالياً شركة أڤياشن پارنترز، هو سطح جناح مغلق مُثبّت في نهاية جناح تقليدي. أعلنت الشركة أن الجنحات الحلزونية المركبة على طائرة گلف‌ستريم قلّلت استهلاك الوقود في مرحلة الطيران بأكثر من 10%.[9][10]

قامت شركة فلاي‌نانو الفنلندية بتحليق نموذج أولي لطائرة فائقة الخفة مغلقة الجناح، فلاي‌نانو نانو في 11 يونيو 2012.[11][12]

منذ رحلتها الأولى عام 2007، كانت الطائرة التجريبية البلاروسية OW-1 هي الطائرة الوحيدة المأهولة ذات الأجنحة المغلقة الحلقية التي حافظت بنجاح على طيران أفقي مستقر. أظهرت اختبارات الطيران أن الطائرات ذات الأجنحة المغلقة الحلقية أقل تأثراً بالرياح المتقاطعة من الطائرات ذات تكوينات الأجنحة الأخرى.[13]

جناح مغلق حلقي.

وتشمل الأمثلة الحديثة المتنوعة ما يلي::

  • دراسة ستانفورد[14]
  • جناح لوكهيد الدائري

وتظل الأجنحة المغلقة محصورة في الغالب في نطاق الدراسات والتصاميم المفاهيمية، حيث لم يتم التغلب بعد على التحديات الهندسية المتمثلة في تطوير جناح مغلق قوي يدعم نفسه للاستخدام في الطائرات التجارية الكبيرة التي من شأنها أن تستفيد أكثر من الزيادات في الكفاءة.

يُستخدم الجناح المغلق أيضاً في الماء، لزعانف لوح التزلج من النوع المعروف أيضاً باسم الزعنفة النفقية.[15]

مشروع لوكهيد مارتن للطيران المسؤول بيئياً

الطائرة إيه‌أوكي سپيس‌جيت في معرض پاريس الجوي 2013.

خلال عام 2011، دعا مشروع الطيران المسؤول بيئياً في قسم أبحاث الطيران التابع لناسا إلى تقديم مقترحات دراسية لتحقيق هدف ناسا المتمثل في تقليل استهلاك وقود الطائرات في المستقبل بنسبة 50% مقارنة بعام 1998. واقترحت لوكهيد مارتن تصميم الجناح الصندوقي إلى جانب تقنيات متقدمة أخرى.[16][17]

جناح پراندتل الصندوقي

عام 1924، اقترح عالم الديناميكا الهوائية الألماني لودڤيگ براندتل أن الجناح الصندوقي، في ظل ظروف معينة، قد يوفر الحد الأدنى من السحب المستحث لرفع معين وباع الجناحين.[18] في تصميمه، يتألف الجناحان الأفقيان المتباعدان من أجنحة رأسية متصلة بطرفيها، ومصممان لتوفير توزيع خطي للقوى الجانبية. ويُقال إن هذا التصميم يُحسّن كفاءة مجموعة متنوعة من الطائرات.

في الثمانينيات، استخدمت الطائرة لوگــِتي ستراتوس هذا النهج.[19][20] صيغ اسم "براندت‌پلين" في التسعينيات في بحث أجراه ألدو فردياني وآخرون من جامعة پيزا.[21] كما يُستخدم حالياً في بعض الطائرات فاقة الخفة.[22]

نموذج أولي بالحجم الكامل لطائرة برمائية فاقة الخفة من طراز براندت‌پلين، تم تطويره أثناء مشروع IDINTOS وعُرض في معرض كريكتيڤتي 2013 (پونتديرا، إيطاليا).


IDINTOS[22] (IDrovolante INnovativo TOScano) هو مشروع بحثي، شاركت في تمويله حكومة توسكانا (إيطاليا) عام 2011، يهدف إلى تصميم وتصنيع طائرة برمائية فائقة الخفة من طراز براندت‌پلين. نفّذ هذا المشروع البحثي ائتلاف من شركاء توسكانيين من القطاعين العام والخاص، بقيادة قسم الفضاء الجوي في قسم الهندسة المدنية والصناعية بجامعة پيزا، وأسفر عن تصنيع نموذج أولي لطائرة إقلاع وهبوط عمودي بمقعدين.[23]

يُزعم أيضاً أن هذا التصميم فعال نظرياً للطائرات النفاثة عريضة البدن. يجب على أكبر طائرة تجارية، إيرباص إيه 380، أن تُجري تنازلات في الكفاءة للحفاظ على باع جناحيها أقل من حد 80 متراً في معظم المطارات، ولكن الجناح المغلق ذو الباع الأمثل قد يكون أقصر من التصاميم التقليدية، مما يسمح للطائرات الأكبر حجماً باستخدام البنية التحتية الحالية.[24]

الجناح C

الجناح C هو تصميم نظري يُزال فيه جزء كبير من الجزء العلوي الأوسط من الجناح الصندوقي، مما ينتج عنه جناح ينثني لأعلى ولأسفل عند الأطراف لكنه لا يلتحم مجدداً في المنتصف. يمكن للجناح C تحقيق أداء سحب مستحثّ مماثل تقريباً للجناح الصندوقي المقابل، كما هو موضح في الحسابات الموضحة أدناه.[25]

يظهر كل صف من الصفوف الثلاثة الأولى في الرسم التوضيحي تكويناً مختلفاً لجناح C كما تم أخذه من خلال سلسلة من حسابات السحب المستحث النظرية حيث تُقرب أطراف الأجنحة من بعضها البعض، مما بلغ ذروته في الحالة الحدية على اليمين، حيث أُخذت الفجوة إلى الصفر وأصبح التكوين جناحاً صندوقياً مغلقاً (يشار إليه باسم "الجناح C شبه المغلق" لأن الحسابات أجريت في الحد حيث ذهبت الفجوة إلى الصفر).

Nonplanar wings: results
الأجنحة غير المستوية: نتائج لنسبة الكفاءة الديناميكية الهوائية المثلى ε.

المتغير ε هو نسبة الكفاءة الديناميكية الهوائية المثلى[25] ويمثل النسبة بين الكفاءة الديناميكية الهوائية لجناح غير مستوي مُحدد والكفاءة المقابلة لجناح كابولي كلاسيكي مرجعي بنفس امتداد الجناح وقوة الرفع الكلية. تُقيّم كلتا الكفاءتين لتوزيع الرفع الأمثل لكل منهما. تشير قيم ε الأكبر من 1 إلى سحب مُستحث أقل من ذلك الخاص بجناح كابولي كلاسيكي، والذي يُعبر عنه كالتالي: ε = 1.[25]

لاحظ أن جميع تكوينات الجناح C لها قيمة ε أكبر من 1، وأن هناك فرقاً طفيفاً (لا فرق بين المنزلتين العشريتين الموضحتين في حالتين) بين التكوين ذي الفجوة الكبيرة (المدخل الثاني في كل صف) والتكوين المغلق المقابل (المدخل الثالث في كل صف). ويرجع ذلك إلى أن حمل الرفع الأمثل المحسوب للحالات شبه المغلقة صغير جداً فوق الجزء الأوسط العلوي، ويمكن إزالة هذا الجزء من الجناح مع تغير طفيف في الرفع أو السحب.

تبدو توزيعات الرفع الموضحة هنا للحالات شبه المغلقة مختلفة عن تلك التي تظهر عادةً للأجنحة الصندوقية في الأدبيات الكلاسيكية (انظر الشكل 81 في ديورند، على سبيل المثال).[2] تم التوصل إلى الحل الكلاسيكي في ديورند من خلال تحليل رسم الخرائط المطابقة، والذي صيغ بطريقة أدت إلى أحمال تصاعدية متساوية على الألواح الأفقية للصندوق. إلا أن توزيع الرفع الأمثل ليس فريداً.[1] يمكن إضافة تحميل داخلي ثابت (يقابل دوراناً ثابتاً معيناً) إلى تحميل تقليدي، كما هو موضح من قِبل دوران، للحصول على تحميل مماثل لتلك الموجودة في الحالات شبه المغلقة أدناه. تُعطي طريقتا التحليل نسخًا مختلفة المظهر من التحميل الأمثل، لكنها لا تختلف اختلافاً جوهرياً. باستثناء اختلافات طفيفة ناتجة عن الطريقة العددية المستخدمة في الحالات شبه المغلقة، فإن نوعي التحميل هما، من حيث المبدأ، مجرد نسخ مُزاحة من بعضهما البعض.

المراجع

  1. ^ أ ب ت ث ج Kroo, Ilan (June 2005). "Nonplanar Wing Concepts For Increased Aircraft Efficiency" in VKI Lecture Series on Innovative Configurations and Advanced Concepts for Future Civil Aircraft.. 
  2. ^ أ ب von Kármán, Th.; Burgers, J. M. (1935). Durand, William F. (ed.). Division E: General Aerodynamic Theory-Perfect Fluids. Aerodynamic Theory: a General Review of Progress Under a Grant of the Guggenheim Fund for the Promotion of Aeronautics (in الإنجليزية). Vol. 2. Berlin: Julius Springer. doi:10.1007/978-3-642-91485-0. ISBN 978-3-642-89628-6.
  3. ^ Lewis, Peter M. H. (1962). British Aircraft 1809–1914 (in الإنجليزية). London: Putnam. pp. 340–343. LCCN 64035723. OCLC 1301968. OL 5924340M.
  4. ^ "Heinkel Lerche (Lark)". Military Factory (in الإنجليزية). 2020-10-27. Archived from the original on 2021-12-28. Retrieved 2022-04-07.
  5. ^ Davis, Jeremy (July 2012). "Cancelled: Vertical Flyer". Air & Space/Smithsonian (in الإنجليزية). ISSN 0886-2257. OCLC 1054386888. Archived from the original on 2022-04-07. Retrieved 2022-04-07.
  6. ^ {{{1}}} patent {{{2}}}
  7. ^ "Future Technology and Aircraft Types". Stanford University (in الإنجليزية). Archived from the original on 2012-07-12. Retrieved 2012-07-04.
  8. ^ Wolkovitch, Julian (1986-03-01). "The joined wing - An overview". Journal of Aircraft. 23 (3): 161–178. doi:10.2514/3.45285. ISSN 0021-8669.
  9. ^ "Types of Blended Winglets and Spiroid Technology". Aviation Partners (in الإنجليزية). Archived from the original on 2021-05-18. Retrieved 2022-04-07.
  10. ^ {{{1}}} patent {{{2}}}
  11. ^ Grady, Mary (2012-06-12). "FlyNano Goes Electric, Starts "Airborne Test Flights"". AVweb (in الإنجليزية). Archived from the original on 2022-04-07. Retrieved 2012-07-07.
  12. ^ FlyNano (2012-06-12). "Airborne" (in الإنجليزية). Archived from the original on 2022-03-16. Retrieved 2012-07-07.
  13. ^ "ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ САМОЛЕТ С ОВАЛЬНЫМ КРЫЛОМ OW-1". Белорусский авиадневник. Belarus Aerospace Museum - Borovaya. Retrieved 16 May 2024.
  14. ^ "Nonplanar Wings: Closed Systems". Stanford University (in الإنجليزية). Archived from the original on 2011-08-11. Retrieved 2012-07-04.
  15. ^ "Turbo Tunnel Fin". TurboTunnel (in الإنجليزية). Archived from the original on 2021-06-12. Retrieved 2022-04-13.
  16. ^ Barnstorff, Kathy (2012-01-27). "New Ideas Sharpen Focus for Greener Aircraft". NASA (in الإنجليزية). NASA Langley Research Center. Archived from the original on 2022-03-25. Retrieved 2012-12-17.
  17. ^ Rosenblum, Andrew; Pastore, Rose (2012-05-01). "The Jets of the Future". Popular Science (in الإنجليزية). Archived from the original on 2021-12-08. Retrieved 2012-12-17.
  18. ^ Prandtl, L. (1924). "Induced Drag of Multiplanes". Technische Berichte. National Advisory Committee for Aeronautics Technical note No. 182. 3 (7): 309–315. OCLC 1121049802.
  19. ^ "Ligeti Stratos History". LGT Aerospace (in الإنجليزية). 2010-09-20. Archived from the original on 2013-09-17. Retrieved 2022-04-07.
  20. ^ "Ligeti Stratos". Projet Plaisir (in الفرنسية). Archived from the original on 2022-01-02. Retrieved 2022-04-07.
  21. ^ Frediani, Aldo (June 2005). "The Prandtl Wing" in VKI Lecture Series on Innovative Configurations and Advanced Concepts for Future Civil Aircraft.. 
  22. ^ أ ب "IDINTOS" (in الإنجليزية). Archived from the original on 2021-05-06. Retrieved 2022-04-07.
  23. ^ Cipolla, Vittorio; Frediani, Aldo; Oliviero, F.; Pinucci, M.; Rizzo, Emanuele; Rossi, R. (2016-07-01). "Ultralight amphibious PrandtlPlane: the final design". Aerotecnica Missili & Spazio (in الإنجليزية). 95 (3): 125–135. Bibcode:2016AeMiS..95..125C. doi:10.1007/BF03404721. hdl:11568/867708. ISSN 0365-7442. S2CID 195242441. Archived from the original on 2022-04-07. Retrieved 2022-04-07.
  24. ^ Frediani, Aldo; Cipolla, Vittorio; Rizzo, Emanuele (2012). "The PrandtlPlane Configuration: Overview on Possible Applications to Civil Aviation". In Buttazzo, G.; Frediani, Aldo (eds.). Variational Analysis and Aerospace Engineering: Mathematical Challenges for Aerospace Design. Springer Optimization and Its Applications. Vol. 66. Boston: Springer. pp. 179–210. doi:10.1007/978-1-4614-2435-2_8. ISBN 978-1-4614-2434-5.
  25. ^ أ ب ت Demasi, Luciano; Dipace, Antonio; Monegato, Giovanni; Cavallaro, Rauno (2014-01-10). "An Invariant Formulation for the Minimum Induced Drag Conditions of Non-planar Wing Systems". 52nd Aerospace Sciences Meeting. AIAA SciTech Forum. American Institute of Aeronautics and Astronautics. doi:10.2514/6.2014-0901. ISBN 978-1-62410-256-1.

وصلات خارجية

?
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=جناح_مغلق&oldid=4170955"