[مهندس مصعب]

2-1 أجزاء الطائرة الرئيسية:
1- جسم الطائرة Fuselage :
وهو الجزء الرئيسي لجسم الطائرة ويقوم بتثبيت جميع ألاجزاء ألاخرى للطائرة وفى الغالب يكون ذا مقطع عرضي أسطواني وأحيانا يكون بيضاوي الشكل، وتكون مقدمته مدببة الشكل لتقليل مقاومة الهواء .
2 - الجناح Wing:
يعتبر الجناح أكبر سطح أفقي في الطائرة، حيث يعتبر المسئول عن تكون قوى الرفع في الطائرة بنسبة عالية, حيث يشارك الجسم بنسبة 3% من قوى الرفع، كما يستخدم في بعض الطائرات لتركيب المحركات عليه وكذلك خزانات الوقود وبعض أسطح التحكم .
يصمم الجناح المثالي بحيث يتكون مقطعه العرضي من سطحين، سطح علوي ذو مساحة سطح أكبر بسبب تحدبه، بينما يكون السطح السفلى مستوى أو شبه مستوى مما ينتج عنه مساحة سطح أقل مقارنة بالسطح العلوي. هذا الشكل يسمى في علم الديناميكا الهوائية بالمقطع الهوائي Airfoil .
قد يختلف هذا الشكل من طائرة الى أخرى حسب ألاستخدام، ففي الطائرات المقاتلة مثلا والتي تتطلب مناورة عالية يكون السطحان محدبي الشكل مما يساعد في حالة الطيران المقلوب، كما يكون المنظر العلوي لهما على شكل مثلث ( دلتا ∆) في السرعات فوق الصوتية .
عموما هنالك نوعان من ألاجنحة هي:
× ألاجنحة الثابتة، وهى التي توجد في الطائرات العادية وتعتمد في توليد قوى الرفع على جريان الطائرة نتيجة لقوة دفع المحرك .
× ألاجنحة الدوارة، وهى التي توجد في الطائرات العمودية وتعتمد في توليد قوى الرفع على دوران هذه ألاجنحة في الهواء بواسطة محرك الطائرة .
ألاجنحة الثابتة تولد قوة رفع أكبر من الدوارة نتيجة لزيادة مساحة سطحها ولكنها تحتاج لمدرجات طويلة حتى تكتسب قوة الرفع المناسبة للإقلاع, بينما تنتج ألاجنحة الدوارة قوة رفع أقل من الثابتة, ولكنها تغني عن جريان الطائرة مما يسهل من استعمالها في معظم التضاريس الطبيعية للأرض والمنشات المحدودة المساحة كالسفن والمباني.
3 - المحرك Engine:
نسبة لصغر الطائرة ونوع المهام التي تؤديها الطائرة بدون طيار فأن الدفع المطلوب من المحرك يكون قليل مقارنة بالطائرات المأهولة كما أن السرعة أيضا تكون منخفضة خاصة في الطائرات الدقيقة MAV فأن المحركات النفاثة لا تستخدم في هذا النوع، ونجد أن المحركات المستخدمة هي محركات الاحتراق الداخلي , أو المحركات الكهربية، والتي تدير مروحة غالبا ما تكون في الخلف أو الأمام وأحيانا توجد في الاعلي. عادة ما يكون صرف الوقود النوعي لهذه المحركات بسيط وذلك لقلة الوقود الموجود على الطائرة نسبة لصغر الحجم في الطائرات التي تستخدم محركات الاحتراق الداخلي، وفى الطائرات التي بها محركات كهربية تزود الطائرة ببطاريات يمكن إعادة شحنها وهو النوع المستخدم عادة في الطائرات الدقيقة MAV .
4 - خزان الوقود Fuel Tank:
تمثل كمية الوقود في الطائرة نسبة 50% - 70% من الوزن الكلى للطائرة ويخزن الوقود في الطائرة في خزانات موجودة على جسم الطائرة و ألاجنحة وتوزع هذه الخزانات بحيث نحافظ على ثبات مركز ثقل الطائرة في نقطة واحدة للمحافظة على استقرارية الطائرة .
5 - أجهزة التحكم وبقية المنظومات:
وتشمل جميع ألأجهزة التي تساعد في عملية الطيران، مثل منظومة الوقود، منظومة بدء التشغيل، منظومة التبريد, ... الخ.
6 - أسطح التحكمSurfaces Control :
من المعلوم أن للطائرة ثلاثة محاور حركة وهى ( X,Y,Z) تتحرك فيها, حيث يختلف ترتيب هذه المحاور حسب الدولة المصنعة . فنجد أن الدول التي يتبع طيرانها للدول الشرقية مثل روسيا يكون ترتيب المحاور كالاتى : محور X، وهو المحور الذي يمر طوليا على جسم الطائرة، محورY يكون عموديا على جسم الطائرة ( أي عموديا على محور X )، بينما محور Z يكون باتجاه الجناح الأيمن للطائرة ويكون عموديا على محوري X&Y.
بينما نجد أنه في الطيران الغربي محور X يمر بالمحور الطولي للطائرة في اتجاه متجه السرعة للطائرة, محور Y يكون باتجاه الجناح الأيمن منها وعمودي على محور X، بينما Zفي مستوى التناظر العمودي للطائرة مشيرا للأسفل وعمودي على محوري X&Y.
نتيجة لهذه المحاور الثلاثة نجد أن للطائرة ست درجات حركة وهى تمثل القوى والعزوم حول كل من المحاور الثلاثة .
ولكي يتم التحكم في هذه الحركات كان لابد من وجود أجزاء توفر هذا التحكم والتي تسمى بأسطح التحكم وتتكون من:

× الروافع Elevators:
وتوضع في الحافة الخلفية للموازن الافقى عادة، وعددها اثنان واحدة بكل جهة (يمين ويسار) وتكون حركتها متشابهة وهى المسئولة عن تكون عزوم حول محور y ( حسب الترتيب الغربي) مما ينتج عنه رفع مقدمة الطائرة الى أعلى أو أسفل حسب اتجاه حركة الروافع وهو ما يعرف بعزم الميلان (pitching moment )

× الدفة Rudder:
وتوضع في مؤخرة الموازن الراسي لمجموعة الذيل الراسية، وهى المسئولة عن توليد العزوم حول محور z وهو ما يعرف بعزم الانعراج( Yawing moment ) مما ينتج حركة الطائرة لليمين أو اليسار حسب حركة
× الجنيحات Ailerons:
وهى أسطح تحكم تأخذ شكل المقطع الهوائي Airfoil توجد عادة في النهاية الخلفية للجناح وتوجد منها اثنتان واحدة في كل جناح وتكون حركتها متعاكسة، ومهمتها إنتاج عزومحول محور x وهو ما يعرف بعزم الدوران (Rolling momen
في بعض الطائرات ولزيادة كفاءة السيطرة توجد أسطح تحكم إضافية تسمى الجنيحات المتحركة Flaps)) وهى أسطح تحكم تأخذ شكل المقطع الهوائي، وهى أكبر حجما من أسطح التحكم سابقة الذكر, تمتد على مسافة كبيرة من النهاية الخلفية السفلى للجناح و تستخدم عند الإقلاع لزيادة الرفع بزيادة مساحة الجناح كما تستخدم عند الهبوط بتوليد مقاومة لتقليل سرعة الطائرة، وقد تستخدم عند بعض المناورات .

2-2 منظومة الإقلاع والهبوط SystemLanding Gear:
تصنف الطائرات حسب عدد أرجل العجلات وموقعها، كل رجل قد تحتوى على عدد من العجلات. اختيار عدد العجلات وموقعها يعتمد على استقرارية الطائرة على الأرض.
أنواع Landing Gear:
1- نوع(A) :
به ثلاثة عجلات واحد في الخلف واثنان بالإمام بالنسبة لمركز ثقل الطائرة. التحميل يكون على العجلتين الرئيسيتين الأماميتين .
2- نوع (B) :
به أيضا ثلاثة عجلات، العجلان الرئيسيان خلف مركز الثقل للطائرة، والعجل الثالث موضوع في الإمام ويسمي بالانف (Nose)، وهى الحالة المثالية .
3- نوع(C) ( نوع الدراجة) :
به عجل امامى وأخر خلفي يرتكز عليهما الحمل الاساسى للطائرة كما يوجد عجلين مثبتين على الأجنحة لتحقيق الاستقرارية الجانبية للطائرة إثناء حركتها على الأرض .
تستخدم منظومة الإقلاع والهبوط لعدة أغراض هي :
× لسير الطائرة تستخدم على الأرض في حالة الإقلاع والهبوط .
× دعم الطائرة أثناء سيرها على الأرض .
× دعم استقرارية الطائرة والتحكم بها أثناء سيرها على الأرض .
× امتصاص الصدمة إثناء الهبوط والسير .
× دعم وزيادة كفاءة الفرملة على الأرض .
مساعدة الطائرة على الانعطاف على الأرض بواسطة العجلة الأمامية Noseفي حالة نوع (B)أو العجل الخلفي في نوع (A) بمساعدة الدفة حيث تكون حركة العجلة الأمامية مع اتجاه الانعطاف في حالة نوع (B) وعكس اتجاه الانعطاف في نوع (A)، بينما تكون الدفة مع اتجاه الانعطاف دائما .

2-3 القوى المؤثرة على الطائرة :
2-3-1 قوة الرفع:
تنشأ قوة الرفع (Lift) نتيجة لحركة المقطع الهوائي للجناح بصورة أساسية وحركة بقية الأجزاء بنسبة قليلة في طبقات الهواء حيث تتسارع التيارات الهوائية في الجزء العلوي للجناح نتيجة لتقاربها وانضغاطها، يصبح الضغط عليها أقل من الضغط الاستاتيكي، وفى الجزء الأسفل سوف تواجه التيارات الهوائية الجناح فتتفرق تيارات الهواء وتنخفض السرعة مما يزيد من الضغط حسب نظرية برنولى، فيصبح الضغط أسفل الجناح أعلى من الضغط الاستاتيكي، ونتيجة لاختلاف الضغط بين سطحي الجناح سوف تتولد قوة الرفع لأعلى.
2-3-2 قوة المقاومة:
تنشأ قوة المقاومة( Drag) نتيجة لتصادم جزيئات الهواء مع الطائرة، حيث تنشأ قوة ضغط تعمل على مقاومة حركة الطائرة. قوة الضغط تنتج عندما تتحول الطاقة الحركية للهواء الى طاقة حرارية والتي تظهر على شكل دوامات من الهواء تنتج على سطح المركبة.
2-3-3 قوة الدفع:
قوة الدفع (Thrust) هي القوة الأساسية التي تنتجها الطائرة بواسطة محرك الطائرة، سواء كان محرك مروحي أو نفاث أو محرك صاروخي، ومحصلة تلك القوة هي التي تحدد اتجاه الطيران .
2-3-4 قوة الوزن:
من المعلوم أن كل المواد علي سطح الكرة الأرضية توثر عليها قوة الجاذبية الأرضية إلي الأسفل بما يعرف بقوة الوزن (Weight). في المركبات الطائرة يتم التغلب علي هذه القوة بواسطة قوة الرفع في الطيران المستوي أو بواسطة قوة الدفع في الطيران العمودي كما في الطائرات العمودية والصواريخ وبعض حالات المناورة للطائرات العسكرية.
2-4 الطيار الآلي Autopilot:
هوعبارة عن منظومة متكاملة تستخدم لقيادة الطائرة من دون تدخل الطيار، حيث يحافظ الطيار الآلي علي استقرارية الطائرة وسرعة الطائرة في الهواء وذلك من خلال قياس متغيرات الطيران بواسطة عناصر خاصة تسمي بالمجسات (Sensors)، حيث تقوم هذه العناصر بتحسس الحالة الحالية للطائرة وتحويلها الي اشارة كهربية مناسبة تقوم بارسالها الي منظومة الطيار الآلي الذي يقوم بمعالجتها، ومن ثم اعطاء أوامر لاسطح التحكم بالطائرة اما بالمحافظة علي وضعها اذا كانت الطائرة مسقرة، أو تغيير وضعها في حال وجود عدم استقرارية في حالة الطائرة. أو ارسال الأوامر لمحرك الطائرة لزيادة أو انقاص سرعتة حسب الحالة اذا كان هنالك تغير في السرعة.
من أهم المجسات المستخدمة في الطيار الآلي والتي تعتبر ضرورية لعمله هي: الجيروسكوب (Gyroscope)، أنبوبه بتوت (Pitot tube) ومجس التعجيل (Accelerometer).
2-5 الجيروسكوب Gyroscope:
الجيروسكوب عبارة عن عجلة أو قرص صلب موضوع بحيث يدور بسرعة عالية جدا تصل إلي 23000 دورة في الدقيقة حول محور دوران يسمى محور غزل الجيروسكوب Gyroscopepinning Axis). يمكن تعريفه أيضا بأنه كتلة متماثلة تدور حول محور تماثلها بسرعة عالية جدا، هذه الإدارة العالية تتم بواسطة محرك كهربي صغير موجود داخل وحدة الجيروسكوب (Gyroscope Unit). محور غزل الجيروسكوب يحافظ علي اتجاهه في الفضاء ويكون حر الحركة. الشكل (2-7) يوضح الكتلة الدوارة للجيروسكوب ومحور غزله.
عادة ما توضع الكتلة الدوارة داخل إطار (Gimbal) يتم وضع هذا الإطار داخل إطار داخلي (Inner Gimbal) في أماكن التحميل Bearing Location) ). ولجعل الإطار الداخلي حر الحركة, يتم أيضا وضعه في إطار خارجي (Outer Gimbal) في أماكن التحميل المخصصة له. بهذه الطريقة تكون للجيروسكوب ثلاث درجات حرية , فنجد أن الكتلة الدوارة تدور حول المحور (XX) والإطار الداخلي يدور حول المحور (YY)، بينما الإطار الخارجي يدور حول المحور (ZZ) .
ومن المعروف أن هذه المحاور الثلاثة متعامدة مع بعضها البعض كما في الرسم السابق.
كذلك نجد أن للجيروسكوب خاصيتين أساسيتين هما:
1- الصلابة (Rigidity):
إذا لم تدور الكتلة الدوارة بسرعة عالية جدا فان الجيروسكوب سوف يعمل وكأنة جسم صلب عادي، وعليه فانه عند الدوران بسرعة عالية فان محور الدوران سوف يحافظ علي اتجاهه في الفضاء الخارجي.
2- التقدم-السبق(Precession):
عندما تؤثر قوة علي الجيروسكوب لتغيير محور غزله فان المحور سوف لن يدور في اتجاه تلك القوة، بل يتحرك في المستوى العمودي على هذه القوة، فإذا كانت القوة في المستوى (XOX) مثلا فإنها تجعل محور غزل الجيروسكوب يتحرك في المستوى (XOY). حيث تعتبر النقطة (O) تعتبر نقطة أصل الجيروسكوب. تقدم الجيروسكوب سوف يزول مباشرة بزوال القوة المؤثرة, وهذا التقدم يكون نتيجة للقصور الذاتي .

2-5-1 نظرية ذوسكوفسكي Zskovsky:

إذا دار الجيروسكوب حول محور غزله وتم تدويره حول اى محور آخر فانه سوف يتم توليد عزم جيروسكوبى يعمل علي تدوير الجيروسكوب لجعل السرعة الدورانية لمحور غزل الجيروسكوب مع السرعة الدورانية لمحور العزم .
يستفاد من هذه النظرية في إيجاد العزم الجيروسكوبى والذي يتم معالجة إشارته بعد دخولها إلي حاسوب بيانات الطائرة، ويتم إرسالها كإشارة تحكم إلي محركات أسطح السيطرة التي تقوم بوضع أسطح السيطرة في المكان المناسب والذي يحقق الاستقرارية المطلوبة .
2-5-2 أنواع الجيروسكوب Type of Gyroscope:
1- جيروسكوب الفراغ The Space Gyroscope :
لهذا النوع إطارين يدور حولهما الجيروسكوب وثلاثة درجات حرية حركة، منها دورانه حول محور الغزل.
2- الجيروسكوب المعاق The Tied Gyroscope:
له إطارين للدوران مما يسمح له بثلاثة درجات حرية حركة ولكن متحكم بها بواسطة بعض القوى الخارجية، مثال لهذا النوع من الجيروسكوبات هو جيروسكوب الاتجاه Directional Gyroscopic Indicator، حيث يقيد محور غزل الجيروسكوب مع سطح الطائرة الأفقي .3- 3- الجيروسكوب الأرضي The Earth Gyroscope :
له إطارين دوران مع ثلاثة درجات حرية حركة لكن متحكم بها بواسطة قوة الجاذبية الأرضية, مثال لهذا النوع عداد الأفق الصناعي Artificial Horizon، حيث يقيد محور الغزل بعجلة الجاذبية الأرضية ليبقي عموديا علي الأرض.
4- الجيروسكوب المعدل The Rate Gyroscope :
له إطار واحد للدوران ودرجتا حرية حركة ,صمم هذا الجيروسكوب لبيان معدل الحركة بالنسبة لأحد محوري حركته. مثال لهذا النوع من الجيروسكوبات هو عداد الدوران والانسياب Turn and Slip Indicator.
5- The Rate Integrating Gyroscope :
يستخدم في منظومة الملاحة القصورية. عندما تدور الطائرة حول المحور الحساس للجيروسكوب المعدل ونتيجة لظاهرة التقدم – السبق فانه يولد إشارة خطاء نتيجة لذلك، مقدار تلك الإشارة يدل علي مدي دوران الطائرة حول محور الجيروسكوب .

2-6 أنبوبة بتوت Pitot Tube:
هي عبارة عن أنبوبة معدنية رقيقة المقطع توجد عادة في مقدمة الطائرة كأنبوبة أساسية وأخري احتياطية في احد جانبي الطائرة وفي مكان يسمح للهواء بالدخول .
يوجد بها مدخلين للهواء، مدخل إمامي ذو مقطع صغير لدخول الضغط الديناميكي للهواء اثنا حركة الطائرة، ومدخل آخر صغير جدا اعلي الأنبوب في المؤخرة لدخول الضغط الساكن (الاستاتيكي) .
تعتبر أنبوبة بتوت وصلة للعدادات الهوائية حيث أن خرجها (الضغط) يستخدم لقياس الكثير من معاملات الطيران مثل الارتفاع (Altitude)، السرعة(Speed)، معدل التسلق(Rate Of Climbed)،...الخ.
أحيانا وفي الارتفاعات العالية ونسبة لانخفاض درجة الحرارة تتكون طبقات من الجليد علي سطح الأنبوب مما يؤدي إلي إغلاق الأنبوب، لذا يتم استخدام سخانات (سخانات الجليد) (heating element) لإزالة هذا الجليد، وذلك لان هذه الأنبوبة مهمة لتحديد كثير من معاملات الطيران بصورة دقيقة وذلك لأهميتها بالنسبة للطيار.
في طائرات (UAV) يكون قياس الارتفاع مطلوبا بشدة وذلك لأنها تطير علي ارتفاعات منخفضة , لذلك تستخدم أنبوبة بتوت كعنصر حساس للضغط خرجها يحول إلي إشارة كهربية باستخدام محولة مناسبة مثل مجزئ الجهد ثم ترسل بعد ذلك إلي وحدة التحكم في الطائرة.

[sudanair700]

مشكور اخى.... عندى طلب: لو سمحت يالغالى اريد معلومات عن العمليات الرياضية لحسابات الجمبل
(Gimbal) ان وجدت.. تحياتى