عضد الجناح في الطائرات

الأجنحة هي المصدر الأساسي لرفع الطائرات ذات الأجنحة الثابتة، وفي قلب بنائها يوجد صاري جناح الطائرة، صاري جناح الطائرة هو العضو الهيكلي الأساسي الموجود بالجناح، وهو مصمم لحمل جميع الأحمال التي يتم اختبارها على طول امتداده سواء أثناء الطيران أو أثناء وجود الطائرة على الأرض، وهي تعمل بامتداد على طول الجناح بزاوية قائمة من مركزها نحو أطراف الجناح.

كيف يعمل جناح الطائرة

عند دراسة الصاري من الأفضل في البداية، فحص القوى المؤثرة على طول سطح الأجنحة لفهم كيفية مساهمة الصاري في الأداء العام، وبدايةً هذه بعض القوى التي من الضروري معرفتها وإعادة الحديث عنها وهي:

  • قوى الشد والضغط في أي وقت من الأوقات، ستواجه الطائرة إما قوى تدفع الجناح لأعلى أو تسحبه لأسفل على امتداده، واعتمادًا على اتجاه القوة، سيتم شد أو ضغط جانب واحد من الجناح بينما يظل الجانب الآخر كما هو، ومن الناحية العملية، فإن الرفع الذي تنتجه أجنحة الطائرة أثناء الطيران هو ما يحافظ على الطائرة بأكملها في الجو، وهذا يؤدي هذا إلى ثني الجناح لأعلى بطوله بالكامل.

عندما تكون على الأرض ستواجه الأجنحة قوى الانحناء لأسفل على امتدادها، حيث تتعرض للوزن من الوقود المخزن على طول امتداد الجناح أو عند أطراف الجناح لأن هذه هي المناطق التي توجد بها خزانات الوقود، كما تحتوي بعض الطائرات أيضًا على معدات هبوط ومحركات مثبتة على طول الأجنحة والتي تساهم أيضًا في القوى الهابطة.

  • قوة السحب استنادًا إلى قوانين الديناميكا الهوائية، عندما تتحرك الطائرة للأمام، فإنها تتعرض لقوى سحب تتحرك في الاتجاه المعاكس للدفع، حيث تعمل هذه القوى على الجناح وتميل إلى دفعه للخلف.
  • قوى الالتواء بسبب التأثيرات الديناميكية الهوائية أثناء الطيران، تتولد الدوامات على الجناح والتي تميل إلى تحريفه. أيضًا عند استخدام الجنيحات لتحقيق التدحرج، يتسبب التغيير الناتج في التحكم في حدوث قوى الالتواء على الجناح.

وباعتباره مركزًا لكل هذه القوى، فإن الجناح يواجه أحمالًا متعلقة بقوة الرفع، وتكون مقترنة بقوة السحب المرتبطة به، واستخدام الجنيحات، بالإضافة للأوزان النسبية الموضوعة عليه، لذلك يجب امتصاص هذه الأحمال بطريقة أو بأخرى وإلا سيتم اختراق السلامة الهيكلية للجناح.

ما هو الدور الأساسي للصاريات أو الساريات

الدور الأساسي للساريات هو دعم مثل هذه الأحمال، ولكن بقدر ما تعتبر الساريات أهم المكونات الهيكلية التي يتكون منها الجناح، فهي ليست المكونات الوحيدة التي تشكله، ولا يمكن للطائرة الطيران بدون مساعدة بعض المكونات الأخرى (على الرغم من أنها قد لا تتواجد جميعها في كل تصميمات جناح للطائرة).

الجلد (The skin) هو المادة الخارجية التي تغطي الجناح وجميع مكوناته الداخلية، وهو مسؤول عن إنتاج قوة الرفع من خلال إعطاء الجناح الشكل الأملس (aerofoil) الأملس، حيث يتم نقل الضغط من الجلد أثناء الطيران إلى الأوتار والأضلاع.

أما الأضلاع الطولية (Stringers) هي هياكل طولية تمتد على امتداد الجناح وترتبط بالأضلاع العرضية، تنقل الأحمال المؤثرة على الجلد إلى الأضلاع العرضية او الضلوع (Ribs)، كما تعمل الـ(Ribs) في اتجاه الوتر على طول امتداد الجناح (من الحافة الأمامية للجناح إلى الحافة الخلفية) وهي المسؤولة الآن عن نقل الأحمال من الجلد والأضلاع الطولية إلى صاري جناح الطائرة.

كيف يتم تصميم عضد جناح الطائرة

تلعب صاريات جناح الطائرة دورًا مهمًا في تشتيت القوى والأحمال المطبقة على امتداد الجناح، أثناء الطيران وعلى الأرض، وهناك ثلاثة تصميمات رئيسية للصاري يتم بناء الجناح حولها وتشمل:

مونوسبار Monospar: يتم استخدام سبار رئيسي واحد في هذا التصميم، حيث يتم توفير هيكل الجناح وشكله من خلال الأضلاع والحواجز (bulkheads) التي تتصل به، على الرغم من أن هذا التصميم نادرًا ما يتم اعتماده بين المصممين.

ذراع صندوق Box beam: يحتوي هذا التصميم على ساريتين رئيسيتين متصلتين بالحواجز والأوتار لتشكيل شكل مربع لجعل الجناح أقوى.

متعدد الصاري Multispar: هذا هو الشكل الأكثر شيوعًا للجناح، والذي يتميز بقطعتين، أحدهما يقع بالقرب من الحافة الأمامية للجناح، ويتم الأخذ بعين الاعتبار جميع أحمال الجناح تقريبًا بواسطته والصاري الآخر، على الرغم من كونه أصغر من الصاري الرئيسي، يقع في الجزء الخلفي من الجناح، على بعد حوالي الثلثين من الحافة الخلفية، وهذا هو الذي يحافظ على الضلوع والجلد متماسكًا ويساعد على منع التواء الجناح.

يتم توصيل صارية الجناح بجسم الطائرة ببراغي بدلاً من البرشام وترتبط بنقاط ربط رئيسية على جسم الطائرة، مما يوفر قوة متزايدة في هذه النقاط، كما يعد استخدام البراغي أمرًا مهمًا بشكل خاص لأن التحميل الكلي أكبر في قسم جذر الجناح مقارنة بأطرافه، وعلى الرغم من أنه قد يندهش المرء من البراغي القليلة المستخدمة، إلا أنها تقوم على توفير القوة المطلوبة.

المواد التي يتكون منها عضد جناح الطائرة

صاري الخشب

على الرغم من أن استخدامها في الغالب في نماذج الطائرات القديمة، إلا أنه لا يزال من الممكن العثور على أجنحة خشبية في عدد قليل من الطائرات الحديثة مثل (Robin DR400) الخشبية بالكامل، والصاريات الخشبية مصنوعة من أنواع الأشجار الخاصة مثل شجر التنوب أو شجر الدردار يُعرف الخشب من هذه الأشجار بحبوبه المستقيمة والموحدة والطويلة، والتي يتم ضغطها ولصقها معًا للاحتفاظ بشكل الجناح وتصفيحها لزيادة القوة.

تم صنع التصميم الأولي لهذه الصاريات على شكل كتل مستطيلة صلبة، يشار إليها باسم صاريات الألواح لكن لوحظ لاحقًا أنه يمكن تحسين هذا التصميم، حيث وجد أن الجزء الأوسط من هذه الألواح السميكة يأخذ حصة صغيرة من أحمال الجناح، مع تركيز معظم الضغط والانفعال على طرفي الصاري العلوي والسفلي، وهذه السماكة الإضافية تعني أيضًا زيادة الوزن.

تم تطوير لاحق كتحسين لهذا التصميم عن طريق إزالة جزء من منتصف المقطع العرضي لتشكيل شكل يشبه الحرف (I)، حيث كان التصميم الجديد قادرًا على جعل الصاري أخف وزنًا، وهو أمر يحاول صانعو الطائرات دائمًا القيام به، وعلى الرغم من ميزاته المحسنة، إلا أن الصاري الخشبي له العديد من العيوب التي تقلل استخدامه، مثل التعرض لهجمات من الحشرات والفطريات. علاوة على ذلك، تؤدي الظروف الجوية الجافة والرطبة إلى إتلافه.

الصاريات المعدنية

الألمنيوم هو المادة الأكثر شيوعًا في صناعة أجنحة الطائرات، وهو أفضل من الخشب من نواحٍ عديدة، علاوة على كونه خفيف الوزن، لا يتأثر الألمنيوم بالعوامل الجوية والبيولوجية بنفس القدر، وعلى الرغم من ذلك فهي تظهر أيضًا فشلًا هيكليًا وتحتاج إلى عمليات تفتيش منتظمة وفحوصات صيانة للتأكد من سلامتها.

تم ربط بعض حوادث الطيران، خاصة مع طرز الطائرات القديمة، بفشل صاري الجناح المعدني، مثل طائرة سيسنا 210 أثناء إجراء عمليات المسح الجيولوجي، والتي تحطمت بالقرب من جبل عيسى كوينزلاند، مما أدى إلى إصابة الطيارين اللذين كانا على متنها بجروح قاتلة، حيث أكدت التحقيقات أن صاري جناح الطائرة تعرض لفشل وتشقق.

تم صنع بعض تصميمات الصاري القديمة من صفائح معدنية مغلفة سميكة لتجنب الحاجة إلى التثبيت الثقيل، حيث جعل هذا الصاري أقوى، لكنه جعله أثقل وأقل فاعلية، كما تستخدم تصميمات الصاري المعدنية الحديثة أغطية كبيرة منفصلة وشبكات رفيعة، مغلفة بألواح ألمنيوم متعددة ومتصلة معًا لصنع شعاع واحد.

هذه ميزة آمنة من الفشل تساعد في الحفاظ على هيكل الصاري بأكمله ويسمح بنائه كقسم واحد لتحمل الحمولة بالكامل في حالة فشل القسم الآخر.

الصاريات المركبة

يتم استخدام ألياف الكربون أو المواد المركبة من نوع (Kevlar) بشكل شائع في تصنيع قطع أجنحة الطائرات، حيث يتم استخدام هذه المواد في العديد من الطائرات الحديثة لأنها تتمتع بمزايا قوة أكبر ووزن أقل.

على الرغم من أنها تشترك في نفس المبادئ والميكانيكا مثل الصاريات المعدنية، إلا أن الصاريات المركبة يمكن أن تبدو مختلفة قليلاً وأخف وزنًا وبالطبع، لا يزال بإمكانك العثور على هياكل على شكل (I) في هذه الأجنحة، لكن التصميم يتمتع بمزيد من المرونة في البناء نظرًا لطبيعة المادة، ويمكن أن يتم دمج الصاري في الجناح مع عدم وجود علامات واضحة تدل عليه.

الصاري الكاذب False spars

قد تبدو سبارات كاذبة غريبة، ولكن من المفهوم أنها حقيقية للغاية من نواح كثيرة، فهي تشبه الصاريات الرئيسية التي تمتد من أحد طرفي الجناح إلى الطرف الآخر ومع ذلك، فهي لا تمتد على الطول الكامل للجناح.

شاهد أيضاً

هل تزيد الرياح الخلفية من سرعة الطائرات

هل تعمل الرياح الخلفية على زيادة سرعة الطائرات؟ الإجابة هي نعم، تساعد الرياح الخلفية الطائرات …