الطائرة (الجمع: طَائِرَات) هي مركبة جوية أثقل من الهواء، وهي من وسائل النقل الجوي. تحلق إما شراعياً أوبمحرك واحد أوبعدة محركات، تستطيع الطيران في الهواء اعتماداً على قوة الحمل المتولدة على أجنحتها، أوعن طريق قوة سحب الهواء.

بعض الطائرات يتم التحكم بها إلكترونياً عن بعد وتسمى بطائرات التحكم عن بعد، والأغلبية يتم التحكم بها بواسطة طاقم أفراد كان قديماً مكون من أربع أشخاص القائد والمساعد والملاح ومهندس ميكانيكي ومع التقدم التكنولوجي تم الإستغناء عن الملاح ومهندس الميكانيكي ليقتصر الفريق المتحكم في الطائرة علي فردين القائد والمساعد، والقائد فقط في الطائرات الصغيرة.

يمكن تصنيف الطائرات طبقا لمعايير متعددة مثل نوع قوة الحمل، نظام الدفع، الاستخدام...إلخ.

تاريخ الطيران

يرجع تاريخ الطيران لعدة قرون مضت ولكن القرن التاسع عشر يعدّ البداية لأول رحلة طيران ناجحة وآمنه وتمت بواسطة المنطاد الهوائي وفي الفترة من الحرب العالمية الأولى إلى الثانية وما بعدها وقع تطور تكنولوجي أدى لظهور الطائرات ذات محركات الدفع واستمر التطور حتى يومنا هذا.

ويمكن تقسيم تاريخ الطيران إلي خمس حقب:
•رواد الطيران: من بداية التجارب الأولى وحتى عام 1934.

•الحرب العالمية الأولى: من 1914 إلى 1918.

•الطيران بين الحربين العالميتين: من 1918 إلى 1939.

•الحرب العالمية الثانية: من 1939 إلى 1945.

• ما بعد الحرب: وتسمى أيضا بحقبة الطائرات النفاثة، من 1945 وحتى يومنا هذا.

طرق الحمل (التحليق)

• البالونات الأخف من الهواء:

تستخدم المناطيد مبدأ الطفولكي تطفوا في الهواء بنفس الطريقة_المبدأ_ الذي تطفوا به السفن على الماء. وتعتمد على استخدام بالون أوعدة بالونات كبيرة الحجم مملوء بغاز كثافته منخفضة بالنسبة للهواء _ كي يساعدها على التحليق اعتمادا على فرق الكثافات_ مثل الهليوم [الأكثر انتشارا] أوالهيدروجين [خطير لسرعة اشتعاله] أوالهواء الساخن [أثقل من الهليوم].

ويتساوى وزن حجم الهواء المزاح بواسطة المنطاد مع وزن المنطاد الكلي [وزن الغاز الذي يحتويه + وزن الأجزاء الثابتة من مكونات المنطاد + أي حمولات على متن المنطاد].

تُسمى البالونات الهوائية الصغيرة بفوانيس السماء ويرجع ذلك للقرن الثالث ق.م وتعتبر النوع الثاني من الطائرات التي نجحت بعد الطائرات الورقية. ويطلق مصطلح سفينة هواء علي المناطيد القابلة للتحكم وتكون ذات أجنحة ثابته وتعمل بمحرك.

•الطائرات الأثقل من الهواء

هذا النوع من الطائرات يجب حتى يستخدم وسيلة لدفع هواء أوغاز في الاتجاه المعاكس لاتجاه الحركة كي تحصل على قوة دفع تمكنها من التحرك والتحليق -طبقا لقانون نيوتن الثالث-.

وتقسم حركة الطائرة لجزئين:

• حركة أمامية ناتجة عن قوة دفع المحرك.

• الارتفاع لأعلى نتيجة تصميم الأجنحة -التي تكون ثابتة عادة-، وتُسمى بالحمل الهوائي (aerodynamic lift) وتكون ثابتة في معظم الطائرات ما عدا الحوامات (Helicopters) تستخدم ريش دواره تعمل على استخدام طاقة المحرك في التحليق.

أغلب الطائرات بحاجة حتى تسير مسافة معينة بسرعة معينة حتي تحقق فرق الضغط اللازم علي الأجنحة للإقلاع ولكن هناك بعض الطائرات الحربية تحلق بشكل رأسي عن طريق استخدام طاقة الغازات الخارجة من المحرك وتوجيهها لأسفل فتحصل على رد عمل لأعلى يمكنها من الارتفاع وتسمى هذه الطريقة powered lift، ومثال على ذلك طائرة Harrier Jump Jet كما في مبتر الصوت والصورة التالي.

الإقلاع الرأسي ل Harrier Jump Jet

تعريف جناح الطائرة وطريقة عمله:

الجناح تعبير عن سطح أفقي مستوي له شكل ومساحة مبتر انسيابي، ولكي تحدث عملية التحليق يجب حتى تكون سرعة الهواء أعلى الجناح أكبر من أسفله، حيث تتولد منطقة ضغط منخفض أعلى الجناح ومنطقة ضغط مرتفع أسفله، فترتفع الطائرة نتيجة فرق الضغط على الأجنحة (aerodynamic lift).

•الطائرات ثابتة الأجنحة

تعتمد الطائرة ثابتة الأجنحة على سرعتها لخلق فرق ضغط على الأجنحة يمكنها من التحليق، وتعتبر الطائرة الورقية أول طائرة ذات أجنحة وتعتمد على سرعة الرياح اللقاءة لها في خلق فرق الضغط عليها. واخترعت في الصين منذ حوالي 500 سنة قبل الميلاد، وكانت تستخدم في التجارب والأبحاث قبل تواجد أنظمة المحاكاة.

أما أول طائرة أثقل من الهواء يمكن التحكم في طيرانها كانت الطائرة الشراعية، ونجحت واحدة صممها المهندس الإنجليزي جورج كايلي في الطيران عام 1853.

ويعدّ الأخوان رايت أول من نجح في اختراع طائرة أثقل من الهواء ثابتة ثابتة الأجنحة ذات محرك.
وبجانب طرق توليد قوة الدفع تميز الطائرات ثابتة الأجنحة بخصائص جناحيها ومن أهمها:

• عدد الأجنحة: ذات سطح واحد Monoplane أوسطحين biplane(زوجين من الأجنحة فوق بعض).

• نادىئم الجناح.

• سطح الجناح وخصائصه الهوائية.

• موضع الموازن الأفقي.

• زاوية ديهردل.

الطائرات العمودية

تستخدم الطائرات العمودية ريش دوارة لتوليد قوة الحمل اللازمة، حيث يتحقق فرق الضغط اللازم للحمل نتيجة دوران الريش وتحريكها للهواء.

أنواعها:

•Helicopters: تُدار الريش الدوارة بواسطة العمود الدوار للمحرك فتقوم بدفع الهواء لأسفل لتوليد الحمل. وتتحرك الطائرة هنا للأمام عن طريق إمالة الريش الدوارة للأمام فيمضى الهواء المدفوع لأسفل إلى الخلف مولدا قوة دفع تحرك الطائرة للأمام.

•Autogyros: يختلف هذا النوع عن المروحية في حتى الريش الدوارة لا تكون متصلة بالعمود الدوار للمحرك.

عندما تتحرك الطائرة للأمام يقابل الهواء الريش بنفس سرعة الطائرة فيجعلها تدور وعند سرعة معينة يتحقق عندها فرق الضغط اللازم على الريش ترتفع الطائرة لأعلى.

فيديويوضح إقلاع Autogyro

•Cyclogyros: يعدّ هذا النوع من أحدث الطائرات وفيه تدور الأجنحة حول محور أفقي مولدة جميع من قوة الحمل وقوة الدفع ويحدث الإقلاع والهبوط بشكل رأسي ومازالت تحت التطوير والاختبار.

ويوضح هذا الصوت والصورة فكرة عمل الـ Cyclogyros

الأسس الفهمية لصناعة الطائرات

تستخدم في صناعة الطائرات أحدث أنواع التكنولوجيا التي توصل إليها الفهم على الإطلاق كان ذلك في مجال خلط المعادن المرتبط بالهيكل الخارجي للطائرة أوبالعلوم الإلكتروميكانيكية المتعلقة بنظام التحليق والهبوط في الطائرة. أما جسم الطائرة الخارجي فهومصنوع من سبيكة من الفولاذ والألمنيوم وهي سبيكة تعطي قوة الفولاذ وخفة الألمنيوم، وجسم الطائرة يتكون من صفائح من هذه السبيكة متصلة بعضها ببعض عن طريق وصلات اسفينية رباعية أوسداسية الصفوف كالمستخدمة في بناء المراجل البخارية مما يعطي لهذه الوصلات قوة شد كبيرة وقوة تحمل ضغط أكبر. يمنع عادة المهندسون والعاملون في صناعة هياكل الطائرات من استخدام أقلام الرصاص لاحتوائها على الكربون الذي يتفاعل بدوره مع الألمنيوم مشكلا ثقوبا وفجوات في جسم الطائرة وقد دخلت معادن كثيرة حديثا في خلق هياكل الطائرات خاصة إذا كنا نتحدث عن هياكل الطائرات الحربية التي أدخل على هياكلها تعديلات كثيرة لامتصاص موجات الرادارات والتخفي وتحمل القذائف الصاروخية.

أما المحركات في الطائرة فتعتمد مبدأ الدفع النفاث في الطائرات الأفقية وتتكون عادة من عدة مراوح ضخمة تصطف خلف بعضها البعض معضلة المحرك الذي يعمل على مادة الكيروسين المشتقة من البترول. أما في الطائرات العمودية فتعتمد على أربعة شفرات تقوم بالدوران وسحب الهواء نحوالأسفل ليرتفع الجسم بدوره نحوالأعلى، اما تقدمها للأمام والخلف فيكون ذلك بميل الشفرات الدوراة بكلا الاتجاهين.

قوانين:

• أرخميدس
• قوانين نيوتن
• طفو
• معادلات نافيير ستوكس
• ظاهرة كواندا
• قانون بيرنولي

مكونات الطائرة

علوم متصلة

الطائرات آلات معقدة جدا لذلك تتدخل في صناعتها الكثير من العلوم العلوم الهندسية عملوم الإلكتروميكانيك تدخل مثلا في نظام الملاحة في الطائرة أوما يعهد ب Avionic الذي يضم أيضا الرادارات بأنواعها في حين تدخل علوم الديناميكية الحرارية في دراسة تأثير المحيط على الطائرة وتأثير الطائرة في محيطها وقضايا تتعلق بالدفع والوقود إلخ. أما علوم السريان فتنظر إلى خصوصيات الطائرة في تدفقها في الهواء. أما في العصر الحالي فأصبحت الطائرة هي منتج لأكثر من هذه العلوم. فهم الديناميكا الهوائية.

مؤاثرات القوة:

وتؤثر على الطائرة أربع قوى:

أولًا: قوة الدفع trusht force.

ثانيًا: قوة المقاومة الهوائية drag force وكلا التأثيرين الأول والثاني أفقيين.

ثالثًا: قوة الحمل lift force.

رابعًا: قوة الجاذبية gravity force وكلا التأثيرين الثالث والرابع عاموديين.

المراجع

1.Aircraft - Define Aircraft at Dictionary.com". Dictionary.com. Retrieved 1 April 2015"

2.US patent 467069 "Air-ship" referring to a compound aerostat/rotorcraft

3.Ezekiel Airship (1902) wright-brothers.orgaltereddimensions.net "airship,"- referring to an HTA aeroplan

وصلات خارجية

• فيديويبين طريقة عمل الطائرة على يوتيوب

انظر أيضا

• ذات المراوح الأربع
• ذيل الطائرة
• طائرة نفاثة
• مولد الزوابع

طائرة في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز