حصري الديناميكا الهوائية تقود الطائرات المقاتلة والمروحيات المستقبلية إلى آفاق جديدة

ابن تاشفين

التحالف يجمعنا🏅🎖
كتاب المنتدى
إنضم
15/1/19
المشاركات
38,022
التفاعلات
116,198
الديناميكا الهوائية تقود الطائرات المقاتلة والمروحيات المستقبلية إلى آفاق جديدة

يعمل الجيش الأمريكي وجامعة بوردو على تطوير مبادئ التحديث الرئيسية


(واشنطن العاصمة)

لماذا تُظهر التصاميم المتوفرة للطائرات المقاتلة وطائرات الهليكوبتر من الجيل السادس عددًا أقل من الهياكل الرأسية ، أو الهياكل الممزوجة لجسم الجناح ، أو الزعانف ، أو التكوينات البارزة؟ هل هناك طرق للعلماء والمهندسين ومطوري الأسلحة الخبراء للكشف عن التطورات الديناميكية الهوائية الجديدة التي من المحتمل أن تعمل على تحسين تكوينات تصميم الطائرات لتعزيز الأداء بشكل كبير؟

طائرات المقاتلات الشبحية​

في حين أنه من المحتمل أن لا تتوفر تفاصيل بالطبع فيما يتعلق بتكوين التصميم الأيروديناميكي الجديد للطائرات المقاتلة الشبحية أو طائرات الهليكوبتر لأسباب أمنية واضحة ، إلا أن هناك بعض الأبحاث الديناميكية الهوائية المتطورة الجارية مع الأوساط الأكاديمية و مكتب ابحاث الجيش لاستكشاف جيل جديد من الابتكارات القادرة على تحسين بشكل كبير من الأداء الديناميكي الهوائي للطائرات المستقبلية.

من المؤكد أن مقاتلات من الجيل السادس تبدو أفقية أكثر ، وغياب الهياكل البارزة مثل زعانف الذيل ، وأبراج الأسلحة ، أو هياكل جسم الطائرة ذات الزاوية الحادة ستجعل الطائرة أكثر شبحية ، لأن الأصوات الكهرومغناطيسية سيكون لها أشكال أقل للارتداد وبالتالي أقل احتمالية لإنتاج تقديم دقيق.

عدد أقل من الهياكل الخارجية الممتدة والتكوينات الممزوجة لجسم الجناح تعمل جميعها بشكل طبيعي على تحسين خصائص أداء التخفي ، لذلك ربما اكتشف المهندسون طرقًا للالتفاف أو المناورة أو التوجيه أو العمل في الجو دون الحاجة إلى العديد من زعانف الذيل أو هياكل الجناح المنفصلة بوضوح، ما هي بعض العوامل التقنية التي تجعل هذه الأنواع من التحسينات الهوائية ممكنة؟ اختراقات في مجال الديناميكا الهوائية المتعلقة بإدارة "الطبقة الحدودية" أو "تدفق الهواء".

طائرات الرفع العمودي المستقبلية​

تنطبق العديد من هذه المبادئ بشكل متساوٍ على جهود الجيش المستمرة لتصميم وهندسة وبحث إمكانيات تصميمات طائرات هليكوبتر جديدة ومواصلة ترقية طائرات الرفع العمودية المستقبلية الأكثر تطورًا .

من المؤكد أن نماذج الرفع العمودي المستقبلية المتاحة من كل من Bell helicopter و Lockheed-Sikorsky-Boeing تبدو مصممة لتوليد توقيع رادار منخفض بحكم التكوينات الخاصة بكل منهما و من المحتمل أن يتعلق الكثير من هذا بالتطورات المتطورة في التصاميم الديناميكية الهوائية.

الديناميكا الهوائية​

عندما تصطدم الدوامات سريعة الحركة ، أو "كتل من الهواء الدوامي" ، يمكن أن تتولد كميات كبيرة من الاضطراب ، وغالبًا ما تكون كافية لإخراج المناورات الجوية المقصودة عن مسارها بالكامل و تعتبر إدارة هذه الاصطدامات بين كتل تدفق الهواء عاملاً في تصميم الطائرات الديناميكية الهوائية ، مثل الهياكل ، الأجنحة أو الزعانف الموضوعة في منطقة معينة في شكل معين ، و يمكن أن تساعد الطائرة بشكل فعال.

ومع ذلك ، وبغض النظر عن مسألة تعزيز خصائص التخفي ، هناك سبب رئيسي آخر وراء نجاح المهندسين في إنشاء طائرات أكثر فاعلية وذات أداء أعلى ؛ يواصل المصممون اكتشاف طرق جديدة لتوجيه وإدارة أو التحكم في "تدفق الهواء" المحيط بالمركبة الهوائية ، وهي ظاهرة بالطبع حاسمة لاستقرار الرحلة، في حالة توجيه تدفق الهواء المحيط بالطائرة أو "الطبقة الحدودية" أو إدارتها لتحقيق الأداء الأمثل ، يمكن للطائرة أن تطير بشكل أسرع وأكثر سلاسة مع اضطراب أقل بكثير.

هذا أمر بالغ الأهمية لعلماء الجيش الذين يعملون مع الأوساط الأكاديمية لاكتشاف تقنيات محاكاة الكمبيوتر المتطورة القادرة على تكرار الظواهر الديناميكية الهوائية بدقة مثل الطريقة التي يمكن أن يؤثر بها تدفق الهواء على الاضطرابات.

الاضطراب أثناء الطيران شائع بقدر ما هو معقد وغامض إلى حد ما ، حيث يمكن أن يزعزع بشكل كبير استقرار مسار رحلة الطائرة بل ويتسبب في "فقدانها للرفع" وتحطمها و تعد إدارة تدفق الهواء أمرًا حيويًا لاستقرار الرحلة والأداء الجوي في المجالات الرئيسية مثل المناورة عالية السرعة أو توجيه الزوايا الحادة في القتال.

يمكن أن يؤدي ما يسمى "الاحتكاك" أو الاضطراب في "الطبقة الحدودية" إلى انحراف الطائرة عن مسارها و يمكن أن تؤدي الطبقة الحدودية "الصفائحية" أو الملساء لتدفق الهواء إلى تحسين أداء الطيران ، في حين أن الطبقة الحدودية المضطربة يمكن أن تسبب برامج استقرار طيران مهمة للطائرة.

تهدف مجالات البحث الحالية هذه ، من بين أمور أخرى ، إلى توليد إمكانيات جديدة في مجال تصميم المركبات الجوية بما يكفي لتحقيق جيل جديد من الطائرات ذات الأداء العالي الأقل تأثرًا بالاضطرابات.

مكتب أبحاث الجيش وجامعة بوردو​

قام مكتب ابحاث الجيش بتمويل باحثين في جامعة بوردو لتطوير نموذج الاضطراب المعروف باسم محاكاة الدوامة الكبيرة المتماسكة للحفاظ على الدوامة الكبيرة ، والمعروفة باسم CvP LES، نُشر في مجلة ميكانيكا الموائع ، المنهجية الجديدة تحاكي العملية الكاملة لحدث اصطدام الدوامة حتى 100 مرة أسرع من تقنيات المحاكاة الحالية.

الباحثون مع الجيش وجامعة بيرديو قادرون على محاكاة هذا النوع من الاصطدامات ، حيث تتقاطع الدوامات أو "تصطدم" ببعضها البعض وتصطدم ، وهي عملية تمكنهم من دراسة أنواع الظواهر الديناميكية الهوائية الأساسية عن كثب لتوليد سلسة أو "" " تدفق الهواء.

وقال أحد المهندسين الدكتور ماثيو مونسون مدير برنامج Fluid Dynamics "عندما يتم تصميم أحدث و أكبر طائرة نقل، طائرة مقاتلة أو هليكوبتر، لديهم نماذج لإستخدام حاسوبية في محاولة لفهم تدفق حول التصميم ..... وعليهم تقديم بعض الخيارات حول كيفية حساب الإضطراب .

وصفه مونسون بأنه بناء لفهم تدفق الهواء المحيط بالمركبة بأكملها لتحليل أو تحسين متغيرات الأداء الديناميكي الهوائي و
"بمجرد أن أفهم التدفق فوق المركبة بأكملها ، يمكنني البدء في القيام بأشياء مثل حساب" الرفع "و" السحب ".. ويمكنني حساب الدفع المطلوب ويمكنني حساب مقدار الوزن الذي يمكن أن تزنه الطائرة، وأوضح مونسون أنه يمكنني حساب أنواع القوات المطلوبة لتحويل الطائرة من موقع مستقيم ومستوى إلى موقع غوص أو تسلق في الإرتفاع "كل من هذه الأشياء تتطلب بعض العلاج للتدفق المضطرب."

ماذا يمكن أن تكون النتيجة النهائية لكل هذا؟ ببساطة .. مركبات جوية جديدة و قد يدفع هذا النوع من البحث والابتكار المهندسين إلى تصميم استنتاجات لطائرة من الجيل السابع يومًا ما أو إنشاء نوع جديد تمامًا من طائرات الهليكوبتر الهجومية عالية السرعة ، و هذا البحث يعني احتمالية أكبر لرحلة أكثر سلاسة وأسرع وأكثر شبحية.

و قال كارلو سكالو ، أستاذ الهندسة الميكانيكية في جامعة بيرديو ، في تقرير لمختبر أبحاث الجيش: "إذا كنت قادرًا على محاكاة آلاف الأحداث في التدفق بدقة مثل تلك التي تأتي من شفرة مروحية ، فيمكنك هندسة أنظمة أكثر تعقيدًا ".
 
أعلى