فرناسية 11: صناعة الطائرات تقوم على المواءمات!

نعم هذا صحيح ... بمعنى أننا لا نستطيع تصميم و تصنيع طائرة تصلح لجميع الأغراض ... كما أننا نقتنص كل فرصة لتقليل تكلفة الطائرة و تشغيلها .. و بالتالي تقليل تكلفة التذكرة للركاب

كمثال .... فنحن لا نستطيع في مرحلة التصميم مثلا أن نقوم بتصميم طائرة شديدة التوازن و في نفس الوقت شديدة المناورة ... فهما صفتان متضادتان .... و غالبا تكون الطائرات الحربية أكثر مناورة و أقل توازنا .... و الطائرات المدنية تكون أكثر توازنا و أقل مناورة

و كمثال آخر ... بما أن طائرة الركاب المدنية تستهلك الكثير من الوقود ... حيث قد يصل إستهلاك الوقود في الرحلة إلى عشرات الأطنان من الوقود ... و هذا يعني أن وزن الطائرة أثناء الهبوط سيكون أقل منه أثناء الإقلاع ... و يقتنص المصممون هذه الفرصة ... فيتم تصميم الطائرة على هذا الأساس ... فلا تستطيع الطائرة بذلك الهبوط بعد الإقلاع مباشرة إلا لو تم التخلص من بعض الوقود في الهواء ... لان عجلات الهبوط لا تستطيع تحمل نفس الوزن أثناء صدمة الهبوط

و لو أن تصميم الطائرة أعطى الطيار هذه الميزة في الهبوط بعد الإقلاع مباشرة ... لكان ذلك يعني تصميم الهيكل بحيث يكون أقوى ليتحمل الصدمة بهذا الوزن و بالتالي سيكون أثقل في الوزن و بالتالي ستستهلك الطائرة وقودا أكثر 

فرناسية رقم 10: هل علم الديناميكا الهوائية ثنائي أم ثلاثي الأبعاد؟

قد يبدو السؤال غريبا للوهلة الأولى ... و لكنه أبسط مما نتخيل ....

الطائرة هي جسم ثلاثي الأبعاد .... و في مرحلة التصميم يجب عمل نموذج صغير للطائرة و وضعه في نفق هوائي لمعرفة تأثير الهواء عليها .... إذا ف هل هذا يعني انه علم ثلاثي الأبعاد؟؟!

في نفس الوقت فإن العلماء يختبرون أشكال مختلفة لمقطع الجناح Wing Cross Section و المعروف باسم airfoil ... و ذلك لإيجاد أفضل شكل يحقق أفضل نتائج لكل موقف و حالة و نوعية طيران .... و هنا فهم يقومون بدراسة ثنائية الأبعاد .... عن طريق وضع جناح في نفق هوائي بحيث يمتد الجناح ما بين حائطي النفق ... فتختفي خواص الجناح كشكل ثلاثي الأبعاد و تظل فقط خواص مقطع الجناح ... و هو شكل ثنائي الأبعاد

إذا في النهاية .... نستطيع أن نقول أن هذا العلم ثنائي أو ثلاثي الأبعاد على حسب الاستخدام المطلوب 

ملحوظة: ما ذكرناه بالأعلى يطبق أيضا على أي جسم يسير خلال الهواء ... مثل السيارات

فرناسية 9: ماذا يحدث للطائرة في زوايا الهجوم الكبيرة جدا؟

ماذا يحدث للطائرة في زوايا الهجوم الكبيرة جدا؟

الرسم البياني بالأسفل قد يعرفه الكثيرون من دارسي علوم الطيران, و هو يمثل العلاقة بين زاوية هجوم الجناح و قوة الرفع على الجناح .... لكن ما هي زاوية الهجوم؟ ... و ما هي علاقتها بقوة الرفع؟ ... و ماذا يحدث إذا زادت زاوية الهجوم لحد كبير؟ .. كل ذلك سنعرفه الآن :)

زاوية الهجوم كما هو موضح بالرسم بالأسفل هي الزاوية بين اتجاه الهواء و الجناح ... و كلما تزداد .. تزيد قوة الرفع على الجناح ... بالتالي نفهم ان العلاقة طردية بينهما ... و نتأكد من ذلك من معادلة قوة الرفع على جناح الطائرة و هي:

قوة الرفع =  نصف * كثافة الهواء* مربع سرعة الطائرة * مساحة الجناح * معامل قوة الرفع

و الرسم البياني بالأسفل هو علاقة بين زاوية الهجوم و معامل قوة الرفع ... ف كلما زادت زاوية الهجوم ... يزداد معامل قوة الرفع ... فتزداد قوة الرفع كما قلنا

و لكن ماذا يحدث إذا زادت زاوية الهجوم جدا ؟

إذا زادت زاوية الهجوم جدا...فهذا يعني أن الجناح بدأ يميل جدا على اتجاه الهواء و بالتالي لا يكون سريان الهواء على الجناح انسيابيا ... فيقل معامل قوة الرفع و منه تقل قوة الرفع

و لكن ماذا يحدث إذا زادت زاوية الهجوم جدا لحد كبير؟

قد يتوقع البعض حينها سريان أقل انسيابية للهواء على الجناح ... و ان تقل قوة الرفع أكثر ... و لكن على عكس المتوقع ... فإن معامل قوة الرفع سيزداد و تزداد قوة الرفع ... و ذلك لان محرك الطائرة حينها يكون تقريبا موجها للأسفل (حاول تخيل الجناح و مربوط تحته المحرك و هما في ميل كبير على اتجاه الهواء ... يكون المحرك تقريبا موجها للأسفل) ... بالتالي فإن المحرك يبدأ في أن يشارك في قوة الرفع و يوجه الطائرة للأعلى بقوة الدفع ... و هذا ما يحدث في المناورات للطائرات الحربية 

فرناسية 8: لماذا يميل جناح الطائرة للخلف؟

لماذا يميل جناح الطائرة للخلف؟

إن السبب الرئيسي في هذا الميلان هو السرعة !

لان سرعة الطائرة أخذت في الازدياد على مدار القرن الماضي ... و وصلت إلى سرعة الصوت و تعدت هذه السرعة الآن بمراحل :)

و لهذا و حيث ان الطائرات التجارية غير الطائرات الحربية ... فهي غير مصممة لتتحمل موجات الShock Waves  التي تتكون عند الوصول لسرعات قريبة من سرعة الصوت ... فوجب أن يكون تصميم جناحها مائلا بزاوية للوراء

و الفكرة هنا ان سرعة الهواء عند الجناح تتحلل لمركبتين (كما بالصورة) فلا يرى الجناح قيمة السرعة كاملة و لكنه يرى جزء أو مُرَكَبَة منها (المُرَكَبَة العمودية على الجناح)

و نجد أنه في الماضي عندما كانت سرعة الطائرة صغيرة ... كان الجناح عاديا ليس مسحوبا للوراء كما هو الحال مع جناح الطائرة اليوم 

فرناسية 7: كيف تطير الطائرة؟ (النظرية الخامسة)

فرناسية رقم 7
كيف تطير الطائرة؟ (النظرية الخامسة) :)

مبدئيا بما أن القوة = الكتلة x العجلة .... و العجلة = التغير في السرعة ....  
عندما يمر الهواء حول السطح المنبعج في مقدمة الجناح, فيتغير اتجاهه .... فتتغير السرعة في القيمة أو الاتجاه أو الاثنان معا .... فتتولد عجلة نتيجة للتغير في السرعة (سواء تغير في القيمة أو الاتجاه) ... فتتولد قوة ... و هي قوة الرفع التي ترفع الطائرة 
و هذه النظرية تتبناها وكالة ناسا الأمريكية 

و هذا رابط لمقال على الموقع الإلكتروني لوكالة ناسا يتحدث عن هذه النظرية 
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/right2.html

فرناسية 6: كيف تطير الطائرة؟ (النظرية الرابعة)

فرناسية رقم 6

كيف تطير الطائرة؟ (النظرية الرابعة)  :)

و هذه النظرية تتبناها 
1. مراجع للعالم الشهير Anderson  
2. و العالم الشهير  R.H. Barnard 
3. و أيضا جامعة "نابولي فريدريكو الثاني" الإيطالية و هي أقدم جامعة حكومية في العالم و م

ن أقدم  المؤسسات الأكاديمية في العالم التي تعمل إلى يومنا هذا

تقول هذه النظرية أنه في أول لحظات من مرور الهواء على سطح جناح فإن الهواء تحت الجناح يسري إلى آخر الجناح (كما هو موضح في الصورة بالأسفل يمين) ... ثم يدور حول نهاية الجناح متجها إلى أعلى الجناح و يسير قليلا في الاتجاه المعاكس (كما في الصورة بالأسفل يمين) :) ... ثم ينفصل عن الجناح و يسير مع باقي سريان الهواء الطبيعي :)

و لكن بعد بضعة ثواني ... و نتيجة لزيادة سرعة الهواء ... يبدأ انفصال الهواء في نهاية السطح العلوي ... و يأخذ معه الهواء الآتي من الأسفل الذي صعد من أسفل ... و يشكل دوامة تعرف بأسم starting vortex ... (كما في الصورة بالأسفل يمين)

و بعد ثواني أكثر ... و بسبب سرعة الهواء الأكبر تبدأ هذه الدوامة بالتراجع و البعد عن الجناح 
و من قوانين الفيزياء ... نستطيع القول انه إذا تكونت دوامة في اتجاه عكس عقارب الساعة ... سوف تتكون دوامة في اتجاه عقارب الساعة ... و هذه الدوامة ستتكون حول الجناح ... و هي ما ستقوم بتغيير مقدار السرعة فوق و تحت الجناح (كما بالصورة بالأسفل يسار) 

و من قانون ثبات الطاقة ... نقول انه إذا تغيرت سرعة الهواء من نقطة لأخرى ... فسيتغير ضغطه .. و بالتالي يتكون ضغط مختلف فوق الجناح عن تحت الجناح .. و هو ما يولد قوة الرفع  :)

و هذا فيديو لجامعة "نابولي فريدريكو الثاني" الإيطالية يؤكد ذلك (للاختصار ابدأ من الدقيقة 13)
https://www.youtube.com/watch?v=syqSwgyRbHQ

فرناسية 5: كيف تطير الطائرة؟ (النظرية الثالثة)

فرناسية رقم 5

كيف تطير الطائرة؟ النظرية الثالثة :)
أحد النظريات تفترض ان قوة الرفع على جناح الطائرة تتولد من قوة الهواء المصطدم بأسفل الجناح كما بالصورة

و تقول وكالة ناسا في مقال لها على موقعها, ان هذه النظرية خاطئة ... أحد أسباب ذلك لانها تتجاهل السطح العلوي للجناح و ما يحدث من اصطدام للجزيئات به بشكل أو بآخر ... و إذا قمنا بالتصديق على هذه النظرية ... فان آلاف الأجنحة بالأشكال المختلفة للسطح العلوي ستنتج نفس قوة الرفع و هذا بالطبع غير صحيح !!!

و هذا رابط لمقال وكالة ناسا عن هذا الموضوع :)
http://www.grc.nasa.gov/WWW/k-12/airplane/wrong2.html

ا