نظام التحكم في الطائرة
| نظام التحكم في الطائرة | |
|---|---|
| |
| A typical aircraft's primary flight controls in motion |
يقصد بقيادة الطائرة Aircraft flight control system التحكم بالطائرة في أثناء الإقلاع والهبوط وقيادتها في الجو. ولفهم عمل الطيار والتدابير التي يتخذها في قيادة الطائرة لا بد من التذكير ببعض المبائ الأساسية للطيران.
تطير الطائرة وتحلق في الجو بقوى الرفع المتولدة على أجنحتها، فعندما ينساب السيال الهوائي فوق الجناح وتحته تتولد قوى رافعة نتيجة فرق الضغط بين السطح العلوي والسطح السفلي للجناح حسب نظرية برنولي Bernoulli التي تقول: «يتناقص الضغط كلما تسارع السيال الهوائي على السطح العلوي للجناح، في حين يزداد الضغط بتباطؤ السيال الهوائي على السطح السفلي للجناح، وكلما ازدادت زاوية الهجوم (وهي الزاوية الكائنة بين اتجاه السيال الهوائي والأفق) ازدادت قوى الرفع الناتجة، كما تزداد القوى الرافعة بزيادة السرعة (الشكل 1). كذلك تقع الطائرة في أثناء الطيران تحت تأثير قوى أخرى هي الوزن والدفع والكبح (الشكل 2)، فتعاكس قوة الوزن قوة الرفع، وتعاكس قوة الكبح قوة الجر أو الدفع. فإذا كانت قوة الرفع أكبر من الوزن تكون الطائرة في حالة صعود وعكس ذلك صحيح، أما في حالة كون قوة الجر أوالدفع أكبر من قوة الكبح، فالطائرة في حالة تسارع، والعكس صحيح أيضاً.
يسيطر الطيار بأجهزة القيادة والتحكم الموجودة في الطائرة على القوى وتأثيرها، فزيادة سرعة الطائرة بزيادة قوة الجر أو الدفع تؤدي إلى زيادة سرعة السيال الهوائي على الأجنحة ومن ثم زيادة قوة الرفع. كذلك تزداد قوى الكبح المشكلة نتيجة مقاومة الهواء لتقدم الطائرة، ويستطيع الطيار باستخدام أجهزة التحكم على قوى الدفع أو الجر وأسطح القيادة على الأجنحة ومجموعة الذيل توزيع هذه القوى ونقل الطائرة من وضع إلى آخر.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
أسطح قيادة الطائرة وعملها
تتحرك الطائرة في أثناء الطيران حول محاور ثلاثة، كل منها على حدة أو مشتركة. وهذه المحاور هي (الشكل 3): المحور الطولي longitudinal axis، والمحور العرضي lateral axis، والمحور العمودي vertical axis.
تتألف أسطح القيادة من:
آ ـ الجنيحات ailerons
تتوضع الجنيحات على الحافة الخلفية للأجنحة، وتتحرك نحو الأسفل والأعلى متعاكسة بوساطة عصا أو عجلة القيادة من قبل الطيار، وعندما تتحرك هذه الجنيحات فإنها تتحكم بالحركة الطولية للطائرة، وتدعى هذه الحركة «التقلب» rolling (الشكل 4)
ب ـ الروافع elevators
وهي متمفصلة مع السطح الثابت الأفقي horizontal stabilizer في مجموعة الذيل، ويتحكم الطيار بحركتها نحو الأعلى والأسفل بوساطة عصا أو عجلة القيادة، وهي تتحكم بحركة الطائرة حول محورها العرضي، وتدعى «التموج» pitching (الشكل 5). وفي بعض أنواع الطائرات الحديثة يتحرك السطح الثابت الأفقي بحركة العصا فيعمل في عمل الروافع، وتتحرك الطائرة حول محورها العرضي في أثناء الطيران.
ج ـ الدفة rudder
وهي متمفصلة مع السطح الثابت العمودي أو الزعنفة vertical finوتتحرك إلى اليمين واليسار بوساطة البدالات (المداوس) التي يحركها الطيار بقدميه، وهي تتحكم بحركة الطائرة حول محورها العمودي، وتدعى هذه الحركة «التمعج» yawing (الشكل 6).
وتجب الإشارة هنا إلى أن أسطح القيادة السالفة الذكر تتحكم بحركة الطائرة في أثناء الطيران، وتؤدي حركاتها المشتركة إلى تحرك الطائرة في الاتجاهات جميعها. وإلى جانب أسطح القيادة الأساسية المذكورة، هناك أسطح قيادة مساعدة تستخدم لزيادة الرفع المتولد على الأجنحة في أثناء الإقلاع القصير أو الهبوط، مثل: القلابات الخلفية flaps والقلابات الأمامية slots والمكابح الهوائية spoilers في بعض أنواع الطائرات. كذلك تجدر الإشارة هنا إلى أن مجموعة العجلات القابلة للطي تشكل أسطح قيادة مساعدة في زيادة قوى الكبح لتقليل السرعة في أثناء الهبوط. وأنواع مجموعات العجلات مزودة جميعها بمكابح للتحكم بحركة الطائرة على الأرض (الشكل 7).
لوحات القيادة والتحكم
توجد لوحة القيادة instrument panels أولوحة العدادات في قمرة القيادة، أمام الطيار مباشرة. وتحوي العدادات الضرورية كلها التي تبين وضع الطائرة في أثناء الطيران. وتقسم عدادات الطائرة عادة إلى قسمين رئيسيين:
أـ عدادات المراقبة سواء كانت الطائرة مزودة بمحرك مكبسي أم نفاث: وتتضمن مقياس حرارة المحرك، وعداد كمية الوقود، وعداد دوران المحرك ومقياس الضغط في دارات التزييت والهدروليك، إضافة إلى مقاييس ضغط الهواء والأكسجين ومراقبة الدارات الكهربائية الرئيسية والاحتياطية.
ب ـ عدادات الطيران: وتشمل عدادات السرعة الهوائية والارتفاع والتسلق والنزول والميل والدوران والأفق الصناعي، لتحديد وضع الطائرة في أثناء الطيران، وكذلك البوصلة المغنطيسية والعدادات الخاصة بتحديد الموقع اعتماداً على الإشارات الصادرة من المحطات الأرضية. يضاف إلى ذلك العدادات الخاصة بتسليح الطائرة في الطائرات الحربية (الشكل 8 آ ـ ب).
ويختلف شكل عدادات الطيران وأداؤها باختلاف نوع الطائرة ومهمتها. فيؤشر عداد السرعة الهوائية في الطائرات العادية مثلاً بالميل/ سا أوكم/ سا، في حين يضاف الرقم «الماك» (أي ما يعادل سرعة الصوت) في الطائرات الحربية السريعة التي تتجاوز سرعة الصوت.
قيادة الطائرة تبعاً لتصميمها
تتم قيادة الطائرة بمساعدة عصا القيادة التي تحرك الجنيحات والروافع، وبالبدالات (المداوس) التي تحرك الدفة، إضافة إلى بدالة الوقود التي تتحكم بقوة الجر أو الدفع، ويشمل هذا معظم أنواع الطائرات، وخصوصاً الطائرات الحربية منها. أما الطائرات المدنية سواء الكبيرة الخاصة بالركاب أم الشحن، والطائرات الصغيرة المستخدمة للأغراض الخاصة أو البحث والإنقاذ، فتستخدم مقودا يشبه مقود السيارة لتحريك الجنيحات والروافع. أما البدالات فهي متشابهة في أنواع الطائرات جميعها.
تتصل وسائط القيادة بأسطح التحكم المذكورة بوساطة عتلات وأسلاك ناقلة للحركة. ومع تقدم الطيران وتطوره وزيادة سرعة الطائرات، زودت هذه العتلات والأسلاك بدارات وأجهزة هدروليكية مساعدة لتقليل الجهد المبذول من قبل الطيار لتحريك أسطح القيادة (الشكل 8).
ولاتختلف قيادة الطائرات من حيث المبدأ مهما اختلفت أنواعها وتفاوتت سرعاتها وأوزانها والغرض من استخدامها، سواء كانت مدنية أم حربية. فالطائرة تحلق في الجوبعد الإقلاع تحت تأثير القوى الأربعة المشار إليها. إذ تتوزع هذه القوى وتتغير نقاط تأثيرها حسب تصميم الطائرة والغرض من استخدامها، ولكنها تتغير زيادةً أو نقصاناً تبعاً لتحريك أسطح القيادة المتصلة بعصا أو عجلة القيادة والبدالات التي يتحكم بها الطيار، إضافة إلى عمليتي الإقلاع والهبوط اللتين تتطلبان استخداماً خاصاً لأجهزة القيادة، لتستطيع الطائرة مغادرة الأرض والعودة إليها بأمان.
وينطبق هذا القول على الطائرات العاملة على المطارات الأرضية وعلى سطح الماء وعلى حاملات الطائرات، أما الطائرة الحوامة [ر] فتختلف جزئياً في قيادتها نظراً لقوى الرفع المتولدة من جناحها العلوي الدوار الذي يمكّنها من التعلق في الجو، وهذا مالا تستطيعه بقية أنواع الطائرات، وما عدا ذلك فقيادتها تماثل قيادة بقية أنواع الطائرات.
الطيار الآلي ومبدأ عمله
يستطيع الطيار في أثناء الطيران تحديد موقعه وبعده عن نقطة الوصول أو الانطلاق بالاعتماد على مراقبة نقاط العلام الأرضية والمحطات اللاسلكية التي ترسل إشارات دائمة في النهار أو الليل وفي أنواع الأحوال الجوية المختلفة، وهذا ما يُدعى بالملاحة الجوية. إذ يستطيع الطيار بمساعدة الأجهزة الملاحية المختلفة الموجودة في الطائرة، مثل البوصلة المغنطيسية وجهاز تحديد الموقع، أن يحدد موقعه وتوجيه الطائرة بالاتجاه المناسب، ومن ثم التحكم بالسرعة والارتفاع اللازمين لبلوغه هدفه. وفي سبيل ذلك يجب على الطيار معرفة أصول استخدام هذه الأجهزة ومبادئ الاعتماد على الملاحة الجوية إضافة إلى مهارته في قيادة الطائرة.
ومع تقدم الطيران وتطوره في النصف الثاني من القرن العشرين؛ وصلت الأجهزة المساعدة في علم الملاحة الجوية إلى مستوى تقني متطور جداً، باستخدام الأجهزة الالكترونية والحاسوب، ومكنَّت الطيار من الحصول على المعطيات المطلوبة بدقة وسرعة متناهية تتناسب مع تطور الطيران وسرعته ومداه.
ينطبق ما ذكر كله على طائرات التدريب، وطائرات القتال الحربية، والطائرات ذات الاستخدام الخاص، أما طائرات النقل المدني والعسكري وطائرات الركاب والقاذفات البعيدة المدى فيتولى الملاح الجوي في طاقم قيادة الطائرة كل أعمال الملاحة الجوية الخاصة بتحديد موقع الطائرة وحساب المسافات والقرب من نقطة الوصول والبعد عنها، ويمررها إلى قائد الطائرة لاستخدامها في تعديل وضع الطائرة.
أما الطيار الآلي automatic pilot فهو مجموعة أجهزة ملاحة إلكترونية معقدة تستقبل المعلومات الصادرة عن الأجهزة الأرضية في شكل إشارات راديوية، وتحولها إلى أوامر موجهة إلى أجهزة التحكم بالطائرة، للمحافظة على وضعها المحدد مسبقاً، فتبقي على الارتفاع والسرعة والاتجاه بدقة متناهية، وخصوصاً في الأحوال الجوية الصعبة والرؤية السيئة. وقد تطور استخدام الطيار الآلي تطوراً كبيراً، وخصوصاً في الطائرات الكبيرة كطائرات الركاب. ويمكن للطيار الآلي اليوم أن يتحكم بنزول الطائرة، وتنفيذ عملية الهبوط، ولمس الأرض من دون تدخل الطيار نهائيا اعتماداً على الإشارات اللاسلكية الصادرة عن محطة الهبوط.
أنظر أيضاً
- Flight envelope protection
- Flight with disabled controls
- HOTAS
- نظام التحكم في المروحية
- Kite control systems
- فقدان التحكم
- Variable-Response Research Aircraft
- Weight-shift control
المصادر
ملاحظات
المراجع
- Spitzer, Cary R. The Avionics Handbook, CRC Press, ISBN 0-8493-8348-X
- Stengel, R. F. Toward Intelligent Flight Control, IEEE Trans. Systems, Man, and Cybernetics, Vol. 23, No. 6, November-December 1993, pp. 1699–1717.
- Taylor, John W.R. The Lore of Flight, London: Universal Books Ltd., 1990. ISBN 0-9509620-15.
- Thom, Trevor. The Air Pilot's Manual 4-The Aeroplane-Technical. 1988. Shrewsbury, Shropshire, England. Airlife Publishing Ltd. ISBN 1-85310-017-X
- USAF & NATO Report RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001).