الطائرة: هي مركبة أثقل من الهواء ذات محرك تستطيع الطيران في الهواء اعتماداً على قوة الرفع المتولدة على أجنحتها.
ذكرنا في التعريف بأن الطائرات هي مركبات أثقل من الهواء وذلك بالمقارنة مع المركبات الأخرى كالمنطاد البالون الطائر أو الحوامة فكلاهما أخف من الهواء وهذا ما يجعل الهواء قادراً على حملهما بدون وجود أجنحة.
هناك أنواع أخرى تعتبر أثقل من الهواء كالهيلوكبتر، إلا أن الطائرات تختلف عن المركبات الأثقل من الهواء الأخرى بأن لها جناحان صلبان و سطوح تحكم و أجزاء متحركة في كل من الجناح والذيل، هذه الأجزاء تمكنها من توجيه طيرانها و قوة دفعها، كما أن لها محركات خاصة من أجل تحقيق الطيران المنتظم أو الطيران صعوداً وهبوطاً.
تتراوح الطائرات الحديثة بين الطائرات ذات الوزن الخفيف والتي لا يزيد وزنها عن 46كغم والمصممة لنقل طيار فقط، إلى الطائرات الجامبو العملاقة و القادرة على نقل عدة مئات من المسافرين أو عدة مئات الأطنان من الحمولة، و تزن هذه الطائرات تقريباً 454 طناً.
أحياناً يتم تهيئة الطائرات للاستعمالات المخصصة، حالياً يوجد ما يسمى طائرات بريةالتي تقلع من الأرض و تهبط على الأرض مباشرة وطائرات بحرية طائرات تقلع وتهبط من وعلى المياه والطائرات البرمائية والتي تستطيع الإقلاع والهبوط سواء على البر أو المياه، والطائرات ذات الإقلاع و الهبوط العمودي حيث تقلع نتيجة دفع الغازات النفاثة من محركاتها الدوارة أو أجنحتها الدوارةأي أن المحركات تغير اتجاهها بحيث يكون نفث الغازات نحو الأسفل أو الجناح هو الذي يدور حول محوره الطويل بحيث يصبح دفع المحركات للأعلى بدلاً من أن يكون للأماموبعد الإقلاع تعتمد على الطيران بواسطة أجنحتها.
كيف تطير الطائرة
تطير الطائرات بسبب إحداث أجنحتها لقوى الرفع Lift وهي القوى الموجهة للأعلى في الطائرة.
عندما يمر الهواء حول الأجنحة تقوم الأجنحة بتغيير اتجاه الهواء، إن للجناح شكلاً مميزاً له القدرة على إحداث القوة القادرة على رفع الطائرة و التي تسمى قوة الرفع Lift Force، إن المقطع العرضي للجناح يأخذ شكل حاجب العين أي أنه متقعر وهكذا يكون السطح العلوي أطول من السطح السفلي للجناح. تنتج قوة الرفع في الأساس بسبب دفع أجنحة الطائرة للهواء الذي يمر بجانبها للأسفل، و كرد فعل الهواء يقوم الهواء بدفع الجناح للأعلى.
هنالك ما يسمى زاوية الهجوم Angle of Attack وهي الزاوية التي يصنعها الجناح مع تيار الهواء المار انظر الرسم الإيضاحي آخر الصفحة، هنالك أيضاً ما يدعى باسم حافة الهجوم Leading Edge وهي الحافة الأمامية للجناح التي تكون بمواجهة الهواء، وأيضاً توجد حافة الفرار أو الإدبار Trailing Edge وهي الحافة الخلفية للجناح والتي يترك عندها الهواء الجناح، في المقطع العرضي تكون كلاً من حافتي الهجوم والفرار ممثلتين بنقطتين فقط في مقدمة مقطع الجناح وفي مؤخرته.
عندما تكون الطائرة في طور الإقلاع أو الطيران المستوي فإن حافة الهجوم للجناح تكون أعلى من حافة الفرار أو حافة الإدبار. و عندما يتحرك الجناح خلال الهواء تقوم زاوية الهجوم بدفع الهواء إلى أسفل الجناح. الهواء المتدفق أعلى الجناح ينحرف للأسفل أيضاً لأنه ينساب على الشكل المصمم خصيصاً للجناح.
إن ازدياد زاوية الهجوم يؤدي إلى ازدياد قوة الرفع على الجناح لأن هذا يؤدي إلى انحراف أكبر للهواء نحو الأسفل، لكن لهذا الازدياد حد يتحول بعد الجناح إلى حالة الانهيار، وسنتناول هذه الحالة فيما بعد إن شاء الله.
القانون الثالث من قوانين الحركة التي صاغها الفيزيائي الإنجليزي إسحاق نيوتن يقول بأن: لكل فعل رد فعل يساويه في المقدار ويعاكسه في الاتجاه. في هذه الحالة دفع الأجنحة للهواء إلى الأسفل هو الفعل، بينما دفع الهواء للأجنحة إلى الأعلى هو رد الفعل، هذا ما يسبب قوة الرفع للطائرة و هي القوة العمودية للأعلى في الطائرة
يمكن تفسير قوة الرفع أيضا بواسطة مبادئ برنولي و التي تنص على أنه: عند الحركة السريعة للمائع كالهواء فإنه يتعرض لضغط أقل من الضغط الذي يتعرض له في حالة الحركة البطيئة للمائع.سرعة عالية تؤدي إلى ضغط قليل، وسرعة منخفضة تؤدي إلى ضغط عالي نتيجة لكون سطح الجناح العلوي أصغر من سطح الجناح السفلي نتيجة لتقعر الجناح فإن الهواء أعلى جناح الطائرة يتحرك بسرعة أكبر وضغط أقل منه تحت الجناح، الضغط العالي تحت الجناح يؤدي إلى رفع الجناح، وهكذا يمكن إيجاد قوة الرفع المتولد بمعادلات مشتقة من مبادئ برنولي.
القوى الأساسية المؤثرة على الطائرة
1-قوة الرفع Lift Force واحدة من القوى الأربع الرئيسية التي تؤثر على الطائرة، وقد ذكرنا فيما فوق كيفية تولد هذه القوة.
2-الوزن: Weight هو قوة تعاكس قوة الرفع لأنه يؤثر باتجاه يعاكس قوة الرفع، يجب أن يتم التغلب على وزن الطائرة من قبل قوة الرفع الناتجة عن الأجنحة، فإذا كانت طائرة تزن 4.5 طناً فإن قوة الرفع الناتجة عن الأجنحة يجب أن تكون أكبر من 4.5 طناً لكي تستطيع الطائرة الإقلاع عن الأرض. يجب أن يكون تصميم الجناح قوياً بشكل كافٍ لرفع الطائرة عن الأرض.
3-الدفع: Thrust هي القوة التي تدفع الطائرة للأمام، تنشأ من خلال جملة الدفع سواء كانت مراوح مروحة واحدة في المقدمة أو أكثر على الأجنحةأو نفاثة أو مزيج من الاثنين معاً.
4-قوة الجر: Drag تؤثر على كامل الطائرة قوة رابعة هي قوة الجر أو الإعاقة، و يتولد الجر لأن حركة أي جسم خلال مائع كعبور الطائرة في الهواء تسبب احتكاكاً و لأنها يجب أن تزيح المائع من طريقها. سطح الرفع العلوي للجناح – على سبيل المثال – يولد قوة رفع جيدة جداً، و لكن بسبب حجمه الكبير فإنه يولد أيضاً كمية لا يستهان بها من قوة الجر، و لهذا السبب الطائرات المقاتلة و الطائرات القاذفة تكون ذات أجنحة ضيقة، و على العكس؛ فإن طائرات رش المبيدات -و التي تطير بسرعة بطيئة نسبيا-ً قد تكون ذات أجنحة كبيرة وثخينة لأن قوة الرفع العالية أهم من كمية الجر المرافق لها. تصغر قوة الجر في الطائرات من خلال التصميم الأيروديناميكي الانسيابي للطائرة، و بأشكال انزلاقية تسهل حركة الطائرة خلال الهواء.
إن تحدي الطيران هو إقامة التوازن بين هذه القوى الأربع. فعندما تكون الدفع الدفع أكبر من قوة الجر تزداد سرعة الطائرة. وعندما تكون قوة الرفع أكبر من قوة الوزن ستعلو الطائرة. و باستخدام "سطوح التحكم" Control Surfaces و"أنظمة دفع" مختلفة، يمكن للطيار الكابتنأن يدير عملية التوازن بين هذه القوى الأربعة لتغيير الاتجاه و السرعة، فمثلاً: يمكن للطيار أن يقلل من قوة الدفع لكي يبطئ أو ينخفض، كما يمكنه أن يخفض "ذراع الهبوط" عجلات الطائرة أو Landing Gear في تيار الهواء و ينشر حواجب الهبوط على الأجنحةSpoilers لزيادة الجر والذي يحدث ذات التأثير لتقليل الدفع. يمكن للطيار زيادة الدفع و ذلك بواسطة ضم ذراع الهبوط و حواجب الهبوط إما لزيادة السرعة أو للصعود .
بنية الطائرة
أ- جسم الطائرة بدن الطائرة:
جسم الطائرة هو الحجرة الرئيسية أو بدن الطائرة. غالباً ما يحوي جسم الطائرة على:
قسم قمرة cockpit القيادة عند الطرف الأمامي، حيث يتحكم الطيار بالطائرة.
قسم الكابين cabin: وقد يكون قسم الكابين مصمماً لنقل المسافرين أو الحمولات أو كلاهما.
يكون جسم الطائرة في الطائرات الحربية المقاتلة مستودعاً للمحركات و الوقود و الإلكترونيات و بعض الأسلحة.
في طائرات مثل الطائرة الشراعية أو الطائرة ultralight airplane وهي طائرة ذات مقعد واحد أو مقعدين قد يكون لا يكون جسم الطائرةأكثر من بنية صغيرة تصل الجناحين و الذيل و القمرة و المحركات.
ب- الأجنحة : Wings
كل الطائرات – بالتعريف – لديها أجنحة، إلا أن بعضها يكون تقريباً عبارة عن جناحين مع قمرة صغيرة فقط، ولدى البعض الآخر أجنحة صغيرة كالمكوك الفضائي.
قبل القرن العشرين، كانت الأجنحة تصنع من الرقائق و العوارض الخشبية و تغطى بقماش نسيج منسوج بدقة و يتم طلاؤه بالورنيش ليصمد إلى أقصى الحدود.
يتألف الجناح التقليدي من عارضة Spar ممتدة من طرف الجناح إلى الطرف الآخر، و يوجد - عمودياً على العارضة - سلسلة من الرقائق Ribs و التي تمتد من مقدمة الجناح حافة الهجوم أو الحافة الأمامية و حتى مؤخرة الجناح حافة الفرار أو الحافة الخلفية.
يجب أن يتم تشييد هذه الأجنحة بدقة لتعطي شكل الجناح وفق الشكل الأيروديناميكي الذي يقرر خواص قوة الرفع.
لقد نجح استخدام الأجنحة الخشبية والقماشية غالباً في بنية الطائرات بسبب خفة وزنها النسبية و متانتها العالية، كما استخدم الكتان في صناعة غطاء الجناح.
كانت الطائرات البدائية هي طائرة ذات جناحين biplane غالباً ما يرتكز أحدهما فوق الآخر بمسافة 1.5متر تقريباً من 5 إلى6 قدم، إلا أن رواد الطائرات الأوائل رأوا أن بامكانهم بناء جناحين كهذين بشكل أسهل نسبياً و استخدام الأسلاك لربط الجناح العلوي بالجناح السفلي وذلك لإنشاء بنية قوية، و من خلال زج كمية من الكابلات و الخشب و الأقمشة في الهواء فإن هذا التصميم أنشأ قوة جر مقاومة Drag كبيرة، لذا فإن مهندسوا المركبات الطائرة أخيراً أنتجوا الطائرة أحادية الجناح monoplane، ولقد أعطى الجناح الواحد لهذه الطائرة الكثير من المميزات كالسرعة و البساطة و جودة الرؤية بالنسبة للطيار.
بعد الحرب العالمية الأولى 1914-1918 بدأ المصممون بالتحرك باتجاه أجنحة مصنوعة من الفولاذ و الألمنيوم أو الخلائط الحديثة التقنية، هذه المعادن ساهمت في تطور الأجنحة المعدنية كلياً ليس فقط لزيادة قوة الرفع بل أيضاً لإحتواء ذراع الهبوط و الأسلحة و الوقود.
و بمر السنين، اعتقد كثير من مصممي الطائرات بأن الطائرة المثالية يجب –في الحقيقة- ألا تكون سوى جناحين، و من هنا كانت الأجنحة الطائرة -كما تدعى- أول ما تم تطويره في الأعوام 1930إلى 1940.
ج- مجموعة الذيل : Tail Assembly
جميع الطائرات – عدا الأجنحة الطائرة – لديها مجموعة الذيل و التي تكون موصولة بمؤخرة جسم الطائرة، وتتألف مجموعة الذيل من أسطح تحكم أفقية وعمودية والتي تبدو كأجنحة صغيرة.
يتألف الذيل من سطح أفقي ثابت يسمى سطح الموازنة الأفقي Horizontal Stabilizer يتصل به مفصلياً سطح أفقي متحرك يسمى دفة العمق Elevator، ويتألف من سطح ثابت عمودي يسمى سطح الموازنة العمودي Vertical Stabilizer أو الزعنفة Fin و يتصل بها مفصلياً سطح عمودي متحرك يدعى دفة الاتجاه Rudder وأحياناً تسمى الدفة، جميع هذه المكونات تسمى مجموعة الذيل empennage
إن وظيفة سطوح التوازن الثابتة هي حفظ توازن و استقرار الطائرة أثناء الطيران المستقر، أما السطوح المتحركة فتقوم بإعطاء الحركات المختلفة للطائرة، فمثلاً عند انحراف الدفة دفة الاتجاه Rudder تنعرج الطائرة يميناً أو شمالاً هذه الحركة تسمى Yawing، أما عند انحراف دفة العمق elevator فإن الطائرة إما أن ترفع مقدمتها إلى الأعلى أو تخفضها إلى الأسفل وهذه العملية تدعى Pitching، بالتأكيد أن انحراف هذه السطوح يتم بناء على أوامر الطيار البشري أو الطيار الآلي.
يتم تحريك دفة الاتجاه بواسطة بدالتين دواستين موجودتين عند أرجل الطيار، أما دفة العمق فيتم التحكم بها من خلال ذراع القيادة الموجود عند يدي الطيار وذراع من خلال حركته إلى الأمام و الخلف أما حركته إلى اليمين و إلى اليسار تسبب دوران الطائرة حول نفسها بحركة تسمى التدحرج أو الانعطاف Rolling.
د- ذراع الهبوط: Landing Gear
لدى جميع الطائرات نوع ما من ذراع الهبوط العجلات و آلياتها و الفرامل و آليات التخميد كلها تدعى بذراع الهبوط.
تستخدم الطائرات الحديثة الفرامل المكابح و العجلات الدواليب و الإطارات المطاطية المصممة خصيصاً لأغراض الطيران، إذ يحب أن تكون الإطارات المطاطية قادرة على الانطلاق من وضعية السكون إلى ما يقارب سرعة 322كم/س 200 ميل بالساعة عند الهبوط بالإضافة إلى تحمل ما يقارب 454 طن.
غالباً ما تحوي الفرامل معادن خاصة مقاومة للحرارة، ويجب أن تكون قادرة على التعامل مع حالات الطوارئ، مثلاً: حالة إلغاء إقلاع طائرة تزن 400 طن في آخر لحظة، وقد تم تطوير مجموعة المكابح مانعة الانزلاق – الشائعة في العربات اليوم – في الأصل من أجل المركبات الطائرة و استخدمت للحصول على القدر الأكبر المتاح من قوة الكبح في المدارج الماطرة أو المثلجة.
لدى الطائرات الأكبر أو الأكثر تعقيداً ذراع هبوط قابل للضم - كما يسمى-لأنه يمكن سحبه داخل الجناح أو ضمن جسم الطائرة بعد الإقلاع، و بحصولنا على ذراع هبوط قابل للضم يمكننا التقليل وبشكل كبير من قوة الجر الناشئة عن بنية العجلات والتي - لولا ذلك - ستبقى معلقة في الخارج ضمن التيار الهوائي.
هـ- عناصر التحكم :Control Components
تقوم الطائرة بثلاثة أنواع أساسية من الحركة على ثلاثة محاور منفصلة، فقد تطير الطائرة بثبات في اتجاه واحد وارتفاع واحد وهو ما يسمى الطيران المنتظم، و قد تصعد أو تهبط في حركة تسمى الخطران Pitching وهنا يتم تحريك المقدمة نحو الأعلى أو الأسفل، و قد تنعطف تتدحرج الطائرة Roll حول المحور الأفقي الطولي والذي يمتد على طول المركبة، وقد تعرج Yaw الطائرة أنفها إلى اليمين أو إلى اليسار حول المحور العمودي، وأخيراً؛ فقد تنكس الطائرة أنفها للأعلى أو للأسفل متحركة حول محورها الجانبي و الذي يكون ممتداً من طرف الجناح إلى طرف الجناح الآخرbank و التي يمكن اعتبارها حركة مركبة من Rolling و Pitching، أحياناً ترتفع الطائرة بالكامل دون ميلان مقدمتهاوذلك عن طريق زيادة دفع المحركات أو زيادة تقعر الأجنحة وهذه الحركة تسمى بالرفع Lift.
تعتمد الطائرة على حركة الهواء عبر جناحيها لكي ترتفع، و تستفيد الطائرة من تيار الهواء للتحرك في أية اتجاه حول المحاور الثلاثة، و لكي تقوم بهذا يجب على الطيار أن يتلاعب بخبرة بالتحكمات في القمرة والتي تتحكم بسطوح التحكم في الأجنحة و الذيل.
تتم حركة الانعطاف Rolling بواسطة إمالة الجنيحات ailerons الموجودة عند حافة الفرار للجناح، هذه الجنيحات تدور باتجاهات متعاكسة على الجناحين مسببة عزم فتل يؤدي إلى دوران الطائرة حول محورها الطولي، إذا أردنا الدوران إلى اليمين يتم رفع الجنيح اليميني تقل قوة الرفع على الجناح اليميني بسبب انخفاض التقعر و بالتالي انخفاض قوة الرفع وخفض الجنيح اليساري تزداد قوة الرفع بسبب زيادة التقعر وبالتالي زيادة قوة الرفع وهكذا تصبح قوة الرفع اليسارية أكبر من القوة اليمينية و بالتالي لابد للطائرة أن تدور باتجاه اليمين، أما إذا أردنا الدوران إلى اليسار فإن الأمر يتم بالصورة المعاكسة تماماً.
لكي تنعرج الطائرة تدير أنف الطائرة لليمين أو اليسار أي أنها تقوم بعملية Yaw فيجب على الطيار أن يدوس على دواستي الدفة Rudder على أرض القمرة، فإذا أراد أن تنعرج الطائرة إلى اليسار فعليه أن يحرك الدفة إلى اليمين و ذلك بالدوس على الدواسة اليسرى، أما إذا داس على الدواسة اليمنى فإن الطائرة ستميل إلى اليمين.
لكي تقوم الطائرة بالخطران Pitching أي إمالة مقدمتها إلى الأعلى أو إلى الأسفل ، يسحب الطيار عادة أو يدفع مقبض عجلة القيادة، وهكذا يحرك دفة العمق elevator عند النهاية الخلفية لسطوح التوازن الأفقي، فإذا سحب العجلة إلى الوراء تنحرف دفة العمق للأعلى ضمن تيار الهواء و بالتالي يندفع الذيل للأسفل و الأنف إلى الأعلى، أما إذا دفع الطيار عجلة القيادة للأمام فإن دفة العمق تهبط و يرتفع الذيل و يجبر الأنف على النزول.
تملك الطائرات الأكثر تعقيداً مجموعة من سطوح التحكم الثانوية والتي تتضمن أدوات مثل القلابات Flaps والقلابات الأمامية Slat وسطوح الموازنة Trim Tabs و الحواجب أو متلفات الرفع Spoilers و مكابح السرعة Speed Brakes.
القلابات وسطوح الموازنة تستخدم بشكل عام أثناء الإقلاع و الهبوط لزيادة كمية قوة الرفع الناتجة عن الجناح عند السرعات المنخفضة، إذ تخفض القلابات عادة عند حافة الفرار للجناح مع أن بعض الطائرات النفاثة لديها قلابات عند حافة الهجوم للجناح أيضاًُ، وفي بعض الطائرات يمكن أيضاً أن تمد القلابات إلى الوراء وذلك لزيادة مساحة سطح الجناح كما لو أنه يغير شكله وتسمى عندئذ القلابات الانزلاقية.
تمتد القلابات الأمامية عادة من بداية الجناح عند سرعات منخفضة لكي تغير طريقة انسياب الهواء فوق الجناح، وهكذا تزداد قوة الرفع، وقد تستخدم القلابات أيضاً لزيادة قوة الجر و تقليل سرعة الاقتراب للطائرة أثناء الهبوط.
سطوح الموازنة هي عناصر تحكم مصغرة من تؤول إلى سطوح التحكم الكبيرة، فعلى سبيل المثال: سطح موازنة الجنيح يعمل كجنيح مصغر، و الغرض الحقيقي منها يتوضح عند دراسة المضخات الهيدروليكية في الطائرة وطرق التعويض الأيروديناميكية.
و- المعدات :- Instruments
يعتمد طياروا الطائرات على مجموعة من المعدات في القمرة لمراقبة أجهزة و آليات الطائرة، للتحكم بطيران و ملاحة الطائرة.
تقوم مجموعة المعدات بإطلاع الطيار عن حالة محركات الطائرة و كهربائها و هيدروليكها و مجموعة الوقود، بينما تراقب معدات المحرك المكبسي المحرك و درجة حرارة غاز العادم و ضغط الزيت و درجات الحرارة، وتقيس معدات الطائرات النفاثة السرعات الدورانية للشفرات الدوارة في التوربينات المحركات التوربينية و درجة حرارة الغاز أيضاً و تدفق الوقود.
معدات الطائرة هي تلك التي تطلع الطيار على مسار وسرعة و ارتفاع الطائرة، تتضمن هذه المعدات مؤشر سرعة الهواء ومؤشر الأفق الصناعي و مؤشر الارتفاع و بوصلة، وتختلف هذه المعدات كثيراً بالاعتماد على تعقيد و كفاءة الطائرة، فعلى سبيل المثال: الطائرات النفاثة ذات الارتفاعات العالية يكون بها مؤشر سرعة هواء بالواحدتين : الميل الملاحي بالساعة و هو أسرع قليلاً من الميل بالساعة العادي المستخدم في المركبات العادية وبالماخ (الماخ هو السرعة مقارنة بسرعة الصوت تبعاً للعالم النمساوي إرنيست ماخ)، بينما مؤشر الأفق الصناعي يدل على وضعية الطائرة فيما إذا كانت تميل أو تعلو أو تهبط نسبة إلى الأرض، فإذا كان أنف الطائرة إلى أعلى فهذا قد يعني أنها تقلع وقد لا يعني ذلك نسبة إلى سرعة الهواء وعزمه.
الطيران العمومي الطائرات الخاصة و الطائرات الحربية و الطائرات التجارية لديها أيضاً معدات تقدم عوناً في عملية الملاحة، و أبسط شكل من أشكالها هو البوصلة، إلا أن كثيراً من الطائرات حالياً تستخدم مجموعة الأقمار الصناعية الملاحية والكمبيوترات للقيام بعملية الطيران من أية نقطة من الكرة الأرضية و لأية نقطة أخرى بدون الاستعانة أبداً بالأرض.
نظام الـ GPS أو نظام الموقع الكروي طور من أجل الحربية الأمريكية إلا أن كثيراً من الطيارين المدنيين يقومون الآن باستخدامه، يزود هذا النظام الطائرة بموقعها في مجال بضعة أمتار، غير أن كثير من الطائرات لا تزال تستعمل المستقبلات اللاسلكية و التي تواصل البث مع برج الإذاعة في القاعدة الأرضية لكي تتم الرحلات عبر البلدان، معدات الطائرة على وجه الخصوص يمكنها استخدم أبراج بث و مستقبلات لاسلكية عالية الدقة والتي تعرف باسم ILS أو معدات نظام الهبوط و موجات نظام الهبوط موجات صغيرة جداً كالموجات الكهرطيسية MLS و التي تكون ضمن عارض خاص في القمرة من أجل القيام بعمليات الهبوط أثناء ظروف الرؤية الضعيفة.
أنواع الطائرات
تنوع الطائرات تنوعاً كبيراً: الطائرات البرية و الطائرات الخاصة بحاملات الطائرات و الطائرات البحرية و الطائرات البرمائية و طائرات الإقلاع والهبوط العمودي VTOL و طائرات الإقلاع و الهبوط السريع STOL و المكوك الفضائي، وجميع هذه الأنواع تعتمد على نفس الأساس التقني إلا أن مقدراتها و استخداماتها تجعلها تبدو و كأنها مختلفة.
أ- الطائرات البرية :Land Planes
الطائرات البرية صممت لكي تقوم بالإقلاع من أراضٍ غير معبدة أو من مدرج نموذجي و بعض الطائرات البرية تكون مجهزة لكي تقلع من على العشب أو من بعض الأراضي الأخرى غير منتهية البناء.
تملك الطائرات البرية عجلات لكي تقوم بالسير و الإقلاع و الهبوط، على الرغم من أن بعض الطائرات المخصصة للعمل في المناطق القطبية الشمالية أو الجنوبية تملك زلاجات بدل العجلات، و قد تسمى عجلات الطائرة في بعض الأحيان باسم الدواليب الحاملة Undercarriage على الرغم من أنها تدعى في بعض الأوقات مع المكابح المرافقة باسم ذراع الهبوطLanding Gear، وقد يكون ذراع الهبوط ثابتاً كما في طائرات الملاحة العادية أو قابلة للضم ضمن جسم الطائرة أو الأجنحة كما في الطائرات الأكثر تقدماً و المستخدمة في الأغراض التجارية.
ب- الطائرات الخاصة بحاملات الطائرات :Carrier-Based Aircraft
الطائرات الخاصة بحاملات الطائرات هي نموذج مطور خصيصاً صممت للإقلاع من على سطح حاملة طائرات بحرية. الطائرة الخاصة بحاملات الطائرات ذات بنية تمت تقويتها بما في ذلك ذراع الهبوط لكي تناسب الإجهاد الناتج عن عملية الإقلاع من على سطح السفينة Catapult-Assisted Takeoff الذي تقلع الطائرة منه بواسطة الغاز الدافع و كبح عملية الهبوط التي تعمل بواسطة خطاف موصول بالطرف السفلي لذيل الطائرة لكي يمسك واحداً من الأسلاك الأربعة المتشابكة عبر سطح حاملة الطائرات.
ج- الطائرات المائية :Seaplanes
الطائرات المائية والتي تدعى في بعض الأحيان باسم الطائرات الطوافة Floatplanes أو الطائرات العائمة Pontoon Planes هي عادة طائرات برية عادية تم تبديل العجلات فيها بالطوافات و بهذا يمكنها أن تعمل على المياه.
تملك هذه الطائرات بدناً يشابه و يقوم بما يقوم به بدن المركب المائي، ولذا تعرف باسم المراكب الطائرة، وقد تملك هذه الطائرات طوافات صغيرة متصلة بألواح إلى أجنحتها الخارجية لكي تساعد في تثبيتها عند السرعات المنخفضة على المياه، إلا أن وزن الطائرة ينتج عن وزن البدن العائم.
د- الطائرات البرمائية :Amphibians
الطائرات البرمائية كالحيوانات ذات الاسم نفسه، تستطيع العمل من القواعد البرية والبحرية معاً و في كثير من الحالات تكون الطائرة البرمائية هي طائرة مائية، ولكن ببدن القارب و بالإضافة إلى ذراع الهبوط المصمم خصيصاُ يمكنها أن تتخطى الحدود المائية و تمشي خارج الماء نحو اليابسة.
هـ-طائرات الإقلاع و الهبوط العمودي : Vertical Takeoff and Landing Airplanes
تستخدم طائرات الإقلاع و الهبوط العمودي إ هـ ع VTOL الدفع النفاث من محركاتها الموجهة نحو الأسفل لكي تقلع وتهبط بخط عمودي نحو الأعلى و الأسفل، بعد الإقلاع تنقل طائرة إ هـ ع إلى الطيران بواسطة الجناحين وذلك لكي تقطع المسافات الطويلة و هي تحمل الحمولة الثقيلة.
و- طائرات الإقلاع و الهبوط القصير : Short Takeoff and Landing Airplanes
طائرات الإقلاع و الهبوط القصير إ هـ ق صممت لتكون قادرة على تأدية وظيفتها على المدارج القصيرة نسبياً، إذ يستخدم مصمموا هذه الطائرات عادة أجنحة و أجهزة رفع عالية على الأجنحة يمكنه من الأداء الأفضل أثناء الإقلاع والهبوط، و تتميز طائرات إ هـ ق عن الطائرات العادية بأنها تملك أجنحة مخصصة للأداء الأفضل في رحلات السرعات العالية و السرعات العالية، وتستخدم طائرات إ هـ ق عادة كطائرات نقل حمولة على الرغم من أن بعضاً منها يستخدم كطائرة نقل ركاب أيضاً ذات سعة جيدة.
ز- المكوك الفضائي :Space Shuttle
المكوك الفضائي الذي أطلقته وكالة الفضاء الأميركية ناسا وكالة الطيران الوطني وإدارة الفضاء NASA هو مركبة طائرة لا تشبه أي من الطائرات الأخرى لأنها تطير و كأنها طائرة ثابتة الجناح داخل طبقة الأتموسفير الغلاف الجوي الأرضي و تطير كمركبة فضائية خارج الغلاف الجوي الأرضي.
عندما يقلع المكوك الفضائي، يطير كصاروخ ذي جناح معتمداً على 3.175طناً من الدفع المتولد عن وقوده الصاروخي الصلب عالي الطاقة و ووقوده السائل الذي يغذي محركاته الرئيسية مانحاً إياه طاقة انطلاقه الهائلة داخل و خارج الغلاف الجوي، و أثناء الهبوط يصبح المكوك الفضائي مجرد متزلج أنيق يهبط بدون قوة دفع.
مكوك فضائي أثناء هبوطه -بدون استخدام محركاته- عائداً إلى الأرض، يهبط على مدرج عادي و لكنه يستخدم البراشوت للتخفيف من سرعته
تصنيف الطائرات
تصنف الطائرات إلى ثلاثة مراتب أساسية: الطائرات التجارية و الطائرات الحربية و طائرات الملاحة الجوية العامة، و كل منها يندرج تحت رعاية انتداب حكومي و قوانين العمل.
أ-الطائرات التجارية:
الطائرات التجارية هي تلك الطائرات المستخدمة لجني الربح المادي وذلك إما بنقل المسافرين أو بنقل البضائع لقاء الأجر، نظمت هذه العملية بشكل تام في الولايات المتحدة من قبل إدارة الملاحة الجوية الفيدرالية FAA، و في كندا من قبل "نقل كندا" ، وفي بقية الدول من قبل مسؤولي الملاحة الجوية الوطنية.
ب-الطائرات الحربية:
غالباً ما تصنف الطائرات الحربية إلى أربع أصناف: المحاربة، الناقلة الحاملة، التدريبية، الاستطلاعية. و تصنف الطائرات المحاربة بشكل عام إلى مقاتلة أو قاذفة على الرغم من أن بعض الطائرات تتمتع بالميزتين معاً.
تصمم الطائرات المقاتلة لكي تشتبك في الصراع جواً مع الطائرات الأخرى، سواء في الحالات الدفاعية أو الحالات الهجومية، كثير من الطائرات المقاتلة منذ فترة الخمسينيات 1950 كانت قادرة على الطيران بسرعة 2ماخ واحد ماخ يعني أنسرعة الطائرة تساوي سرعة الصوت في الهواء، بعض الطائرات المقاتلة لها دور في الهجوم الأرضي أيضاً و تصمم لحمل أسلحة جو - جـو مثل الصواريخ وأسلحة جو – أرض مثل القنابل.
نذكر من الطائرات المقاتلة :إعصار بانافيا Panavia Tornado، النسرBoeing F-15 Eagle ،Lockheed-Martin F-16، الصقر Falcon ،MiG-29 Fulcrum ،the Su-27 Flanker.
تصمم الطائرات القاذفة لحمل أسلحة جو – أرض ثقيلة الأوزان ثم يكون عليها أن تخترق أو أن تتفادى دفاعات العدو لكي تتمكن من إيصال هذه الأسلحة إلى منطقة القصف.
بعض القاذفات الشهيرة تتضمن: Boeing B-52 ،Boeing B-1، الطائرة المتخفية Northrop-Grumman B-2 stealth bomber
صممت الطائرات القاذفة -مثل B-52-لتطير على ارتفاعات منخفضة وذلك تبعاً للتضاريس، لكي تطير تحت مجال رادارات العدو الدفاعية، بينما الطائرات الأخرى -مثل B-2- قد تستخدم تقنية مشوش الرادار-الدفاعي لكي تطير بدون مراقبة فعلياً.
إن طائرات النقل الحربية الطائرات الحاملة هذه الأيام قادرة على حمل خزانات ضخمة أو ناقلة أشخاص مسلحة أو معدات مدفعية و حتى طائرات صغيرة الحجم.
نذكر بعض الطائرات الحاملة مثل: العملاق Giant Lockheed C-5B و Boeing C-17 و اللتان صممتا خصيصاُ لمثل هذه المهمات.
تستطيع بعض الطائرات الناقلة القيام بدور مزدوج كمحطات وقود طيارة إذ تقوم هذه الطائرات بتزويد مختلف أنواع الطائرات بالوقود أثناء طيرانها،و كمثال على هذه الخزانات نذكر Boeing KC-135 و KC-10.
يخضع كل الطيارين الحربيين إلى تدريب قاسٍ و برنامج تعليمي باستخدام طائرات حربية تدريبية من أجل إعدادهم للقيادة الطائرات العالية الأداء. نموذجياً يبدأ الطيارون الطيران التدريبي بالمحاكيات البسيطة و الطائرات ذات الدفع المروحي، و ينتقلوا إلى طائرات نفاثة بدائية قبل أن يتخصصوا في سلك المهنة متضمناً ذلك المقاتلات أو القاذفات أو الناقلات.
نذكر بعض طائرات التدريب الحربية مثل T-34 Mentor ، T-37، T-38 ، الصقر Boeing T-45 Goshawk.
والصنف الأخير من الطائرات الحربية هو الطائرات الاستطلاعية، أو طائرات المراقبة، إذ كانت الطائرة الجاسوسة Lockheed U-2 spy plane في أعوام الخمسينيات 1950 هي بداية الطائرات الاستطلاعية و منذ ذلك الحين طورت طائرات المراقبة خصيصاً لأجل المهمات عالية الخصوصية. و تتربع على عرش طائرات المراقبة الطائرة Lockheed SR-71 وهي طائرة ذات المقعدين تستخدم محركات مخصصة و الوقود للوصول إلى ارتفاعات أكثر من 25000متر 80.000 قدم و تسير بسرعة أكثر من 3 ماخ.
ج- طائرات الملاحة الجوية العامة:
طائرات الملاحة العامة هي الطائرة المعتمدة و المضمونة من أجل العمليات الخاصة أو غير التجارية.
يدخل في نطاق الطائرات الشخصية طائرات الأغراض الذاتية طائرات ابتداءً من الطائرة البسيطة أحادية المقعد و الطائرات الخفيفة الوزن و حتى الطائرات الأنيقة مزدوجة المحرك المروحي التوربيني و التي تحمل 8 أشخاص، معظم الطائرات التجارية تتطلب مزيداً من الأداء الموثوق و مجالاً أكبر و قدرة على تحمل مختلف أنواع تقلبات الطقس.
هناك أيضاً مرتبة أخرى من مراتب طائرات الملاحة العامة ألا وهي الطائرات الزراعية، إذ تحتاج الحقول الضخمة إلى طرق مناسبة لرش الأسمدة و المبيدات الحشرية فوق تلك المساحات الكبيرة وهذا يحتاج إلى نوع متخصص جداً من الطائرات والتي تكون قادرة على الرش و التعرج بالإضافة إلى أن تكون ذات قدرة كبيرة على المناورة و حمل عدة مئات باوندات من الكيماويات، ويمكننا رؤية الطائرات الزراعية تحوم على ارتفاعات منخفضة فوق الحقول، ولكن وبما أنها غير متخصصة في الملاحة المنتظمة فإن طائرات الرش لا تحتوي على أجهزة الملاحة عالية التقنية أو أجهزة معقدة
الطائرات فوق الصوتية
بالإضافة إلى الموازنة بين قوة الرفع والوزن وبين قوة الدفع و قوة الجر الإعاقة فإن على الطائرات الحديثة أن تواجه تحدياً آخراً.
نعلم أن حدود الصوت جدار الصوت ليس جداراً بالمعنى الفيزيائي و إنما هو السرعة التي يتغير عندها تصرف تيار الهواء حول الطائرة بشكل فجائي.
طياروا مقاتلات الحرب العالمية الثانية 1939-1945 اصطدموا في البداية بهذا المدعو جداراً في المناورات العالية السرعة أثناء القتال. كان الطيارون -في هذه الحالات- يفقدون السيطرة على طائراتهم عندما تصطدم بالأمواج المتراكمة على سطوح التحكم إذ كانت تمنع سطوح التحكم من الحركة و تترك الطاقم يائسين، و بعد الحرب العالمية الثانية أمسك المصممون بخيوط مملكة الطيران فوق-الصوتي وبشكل أساسي للطيران الحربي و بالطبع للطيران التجاري أيضاً.
الطيران فوق-الصوتي عُرّف بأنه طيران بسرعة أكبر من سرعة الصوت العادية. يسير الصوت في الهواء عند مستوى سطح البحر بسرعة 1.200كم/س تقريباً 760ميل بالساعة، عند هذه السرعة تنشأ موجة الصدمة من هواء مضغوط بشدة ويتراكم عند مقدمة الطائرة، تنتقل موجة الصدمة هذه بزيادة السرعة إلى الخلف بزاوية حادة.
تم تحقيق الطيران فوق-الصوتي لأول مرة في عام 1947 على يدي الطائرة الصاروخ Bell X-1 التي أطلقتها القوى الجوية، والطيار الذي قام بتجربتها هو Chuck Yeager.
السرعة في الطيران فوق-الصوتي و ما يماثله تقاس بوحدات تدعى أرقام ماخ Mach numbers والتي تقدم النسبة بين سرعة الطائرة و سرعة الصوت في الهواء، فتعتبر الطائرة التي تطير بسرعة أقل من واحد ماخ بأنها تطير بسرعة تحت صوتيه subsonic، وعند ماخ واحد بأن الطائرة تطير بسرعة الصوت transonic
رد مع اقتباس
