المروحية أو(الحوامة) أوالطوافة أوالهليكوبتر helicopter إعتماداً على اللفظة الغربية هي تعبير عن آلة ميكانيكية لديها القدرة على الطيران والإرتفاع عن الأرض بمساعدة 2 أوأكثر من الريش المثبتة أعلى بدن الآلة تمنحها القدر بدورانها حول محورها, على الإرتفاع والتحليق في الجو. هي طائرة ترتفع وتـُدفـَع بواحد أوأكثر من الدوارات الأفقي، جميع دوار يتكون من ريشتين أوأكثر. المروحيات يتمن تصنيفهم كrotorcraft أوطائرات ذات جناح دوار لتمييزها عن طائرات ذات جناح ثابت وذلك لأن المروحية تستمد قدرتها على التحليق من ريش الدوار حول عمود. الحدثة 'هليكوپتر helicopter' مأخوذة من الحدثة الفرنسية hélicoptère، التي صاغها گوستاڤ ده پونتون داميكور سنة 1861. وهي ترتبط بالحدثات اليونانية helix/helik- (ἕλικ-) = "لولب" أو"دوران" وpteron (πτερόν) = "جناح".

تصنف هذه الطائرة علي أنها طائره عموديه لكي تميز عن الطائرات ذات الجناح الثابت ،واصل حدثه هليكوبتر مشتقه من اللغة اليونانية التي تعني "الجناح أوالريش" الميزة الاساسيه لللمروحية تكونت بسبب الدوار الذي منحها إمكانيه التحليق العمودي والثبات في الجوحول هدف معين والهبوط في أراضي غير ممهده تعجز الطائرات الاخري عن الهبوط فيها،تطورت استخدامات المروحيات وأصبحت تستخدم في المدن المزدحمة والأماكن البعيدة بغرض الإنقاذ والإخلاء الطبي ومراقبه المسطحات ومكافحه الحرائق والنقل الشخصي ولإغراض عسكريه ومن اجل المتعة أيضا.

بالرغم من حتى المروحيات طورت وبنيت في بداية النصف الأول من قرن الطيران، لكنها لم تنتج إلا بأعداد محدودة حتي عام 1942 حيث صممت طائرة إيجور سيكورسكي وأصبحت أول مروحية تنتج على نطاق واسع بحوالي 400 نسخة. وحتى التصميمات القديمة فقد كانت تستخدم أكثر من دوار رئيسي، لكن هنا تستخدم بالإضافة للرئيسي دوار ذيلي مانع للدوران. وهذا التصميم اعترف به عالميا واستخدم كمروحية (Helicopter).

تاريخ الطائرة المروحية

منذ عام 400 ميلادي، والأطفال الصينيون يلعبون بلعبة تسمى ألعاب البامبوالخشبية. وقد وجدت تلك الألعاب ورسومها طريقها إلى أوروبا عام 1463.

وقد شرح كتاب صيني قديم (من القرن الرابع) يسمى باوفوتاو(抱朴子) بعض الأفكار الأم لعمل طائرة ذات محرك دوار.

رسم ليوناردودا فينشي عدة رسوم لطائرة مروحية أسماها اللولب الطائر، وذلك عام 1500 م. وخط بأنه عمل انماط طيران صغيرة ولكن لم يستطع إيقاف الدوار لمنع العربة من الدوران.

عام 1754 أظهر ميخائيل لومونوسوف من للأكاديمية الروسية للعلوم دوار متحد المحور يعمل بواسطة زنبرك ملفوف، وكان سيستخدم كآلة لأغراض الأرصاد الجوية.

في عام 1783 عمل كريستين دي لوني مع الفني بونيفيه نمط يتكون من دوارين متعاكسين الدوران وليس متحدي المحور باستخدام ريش الديك الرومي كريش للدوار وقد عرضها بالأكاديمية الفرنسية للعلوم عام 1784.

ظهرت حدثة هليوكبتر لأول مرة عام 1861 بواسطة غوستاف دي بونتون داميكورت وقد عرض نمط يعمل بطاقة البخار.

خلال الفترة من 1860 إلى 1880 ظهرت أنماط عديدة من المروحيات الصغيرة. النوع الذي عمله الفونس بيناود كان دوارات متحدة المحور تعمل بلي الأحزمة المطاطية (1870). انريكوفورلانيني عمل مروحية بدون طيار تعمل بمحرك بخاري، وهوأول نمط من نوعه ارتفع لمسافة 13 متر وبقي 20 ثانية وقد أقلعت عموديا في حديقة بميلانو(1877). أظهر تصميم إيمانويل ديويد دوارات متعاكسة وتعمل ببخار آت من أنبوب من سخان بالأرض (1877). تصميم داندريوبه دواران متعاكسان الدوران ذا وزن 3.5 كغم وتعمل بالبخار، وقد ارتفعت لمسافة 12 متر وبقيت بالجومدة 20 ثانية (1878). في عام 1880 عمل توماس إديسون تجربة بمروحية صغيرة باستخدام محرك يعمل بمادة نيتروسيليلوز ولكنها خربت بسبب التفجير وقد توقف عن اكمال التجربة، ومن ثم استخدم محرك كهربي. وقد اظهرت التجارب بأن مدى الحاجة لدوار الكبير ذونطاق أصغر للريش. طور المخترع السلوفاكي جان بايل نمط من المروحيات يعمل بواسطة محرك احتراق داخلي وارتفعت لنصف متر عام 1901. ولكن بتاريخخمسة مايو1905 ارتفعت مروحيته لمسافة أربعة امتار وحلقت لمسافة 1500 متر بالجو.

الرحلات الأولى

بدأ الأخوة الفرنسيان جاك ولويس بريكوتجربتهم بوضع أسطح انسيابية على المروحية عام 1906، وقد انتجت تجاربهم عن طائرة الجيروسكوبية عام 1907. - وإن كان غير معروف التاريخ بالضبط إلا إنه مابين 14 اغسطس و29 سبتمبر - فقد ارتفعت بطائرها في الهواء لقدمين لمدة دقيقة. ولكنها كانت غير ثابتة وغير متوازنة وقد تتطلب رجلا يمسكها بكل زاوية من زواياها لجعلها متوازنة. ولأجل ارتفاعها فقد اعتبر ذلك أول رحلة بمروحية يقودها طيار وإن كانت غير متوازنة وغير حرة.

بنفس العام تم بناء مروحية من تصميم المخترع الفرنسي بول كورنووقد استخدم فيها دواران متعاكسا الدوران طولهماستة امتار ويداران بواسطة محرك بنزين قدرته 24 حصان (18 ك وات). وبدأ التجربة بتاريخ 13 نوفمبر من نفس العام، وقد ارتفعت به مقدار قدم واحد وبقيت ثابتة بالجول20 ثانية، وقد اعتبرت أول رحلة حرة وتقاد بطيار. وقد استمر كورنوبتجاربه على نفس الطائرة مما مكنه من جعلها ترتفع بمقدار 2 متر، ولكن لم تكن ثابتة مما تسبب بإلغاء المشروع.

البدايات الأولى للتطوير

بالعشرينات من القرن الماضي، تمكن الأرجنتيني راؤول بسكارا خلال عمله بأوربا من عمل أول تطبيقات ناجحة للميلان الدائري (cyclic pitch) ، والدوارات المحورية متعاكسة الإتجاه. وتمكن من استعمال مراوح الطائرة ثنائية الجناح لزيادة الحمل الدائري أوخفضه، وأيضا تحريك قاعدة الدوار لجعل الطائرة تتحرك أفقيا دون الحاجة لمروحة أخرى لعمل ذلك. وقد منح بسكارا أسس الدوران الذاتي (autorotation) لجعل المروحية تهبط بأمان عند فشل المحرك. بحلول عام 1924 تمت تجربة للمروحية الثالثة لبسكارا فاستطاعت الطيران لمدةعشرة دقائق. العجيب بالأمر حتى عالم الطيران الإيطالي جوليودوهت كان قد سخر من فكرة الطائرة التي تستطيع الثبات بالجودون حركة ووصفها بأنها سخيفة.

عمل الفرنسي ايتيان اومشن وهوممن عاصروا بسكارا أول رقم قياسي لمروحية في 14 ابريل 1924 حيث طار بالمروحية لمسافة 360 متر وقد كسر بسكارا ذلك الرقم بتاريخ 18 ابريل 1924 حيث طار لمسافة 736 متر (نصف ميل تقريبا) لمدة أربعة دقايق و11 ثانية (بسرعةثمانية ميل بالساعة أو13 كم بالساعة) وارتفاعستة أقدام (2 متر). ولكن ذلك كسره اومشن في أربعة مايو، عندما طار بالمروحية الأخرى لمدة 14 دقيقة لمسافة 5,550 قدم وارتفع لعلو50 قدم (15متر). وقد تمكن أيضا من الطيران بدائرة عرضها 1 كم لمدةسبعة دقائق و40 ثانية.

خلال تلك المدة طور خوان ديلا سيرفا أول مروحية دوارة عملية بإسبانيا. وفي عام 1923 أضحت تلك الطائرة الأساس للمروحيات الحديثة حيث بدأت تأخذ شكل الأوتوجيرو(autogyro) وسميت ب (C.4). اكتشف سيرفا الديناميكية الهوائية والعيوب بالهيكل بالتصاميم الأولى مما جعلت آلة الأوتوجيروتقفز عند الإقلاع. فمفاصل التصفيق (flapping hinges) والتي صممها سيرفا لطائرته تسمح للدوار لخلق كمية حمل مساوية لكلا جهتي السطح من اليمين واليسار. قاد حادث اصطدام عام 1927 إلى تطوير مشروح السحب (drag hinge) لتخفيف عبئ حركة الصفاقات على الدوار. وقد زادت كلا عمليتي التطوير تلك من ثبات نظام الدوران، ليس للرفرفة فقط ولكن لعملية الطيران للأمام.

بدأ مهندس الملاحة الجوية الهولندي البرت جيليس فون بامهاور بدراسة تصميم الآلة الدوارة عام 1923. بتاريخ 24 سبتمبر 1925 طار النمط الجديد الذي عمله (بالواقع وثبت ثم تأرجحت بمكانها) ويقودها ضابط بسلاح الجوالهولندي، وآلة التحكم التي يقود بها الضابط كانت من اختراع بامهاور، وهي قيادة أوتوجيه الطيران للمروحية (Helicopter flight controls) وقد اعطيت له براءة اختراع بتاريخ 31 يناير 1927 بواسطة وزارة الطيران البريطانية.

في عام 1930 بنى المهندس الإيطالي كورادينودسكانيومروحيته مركزية المحور المسماة ب (D'AT3). وهي آلة ضخمة نسبيا وبها دواران متعاكسا الدوران، والتحكم بها عن طريق أجنحة إضافية أوسطيح موازن على الحافة الخلفية من الشفرات، هذا المفهوم قد اعتمد لاحقا بواسطة مصممي مروحيات آخرين، بمن فيهم بليكر وكامان. ثلاث مراوح توضع على هيكل الطائرة للتحكم بالإنعراج YAW والإلتفاف ROLL والإنحدار PITCH. وقد ضربت رقما قياسيا جديدا مضافا لها الارتفاع (18 متر) ولمدةثمانية دقائق و45 ثانية ولمسافة طيران (1,078 متر).

خلال تلك المدة كان مهندسا الملاحة الجوية السوفييت بوريس يوريف وأليكسي شيرموخين عملا بناء تصميم مروحية في معهد (TsAGI) وهي مروحية ذات دوار واحد، وتستخدم اطار انبوبي، والدوار الرئيسي له أربعة شفرات ومجموعتين من مراوح مانعة الإنحراف ذات قطر 1.8 متر (6 قدم) وتعمل بمحركين، كلا المحركين كانا نسخة من محرك فرنسي قديم (منذ الحرب العالمية الأولى)، وقد تم عمل عدة محاولات طيران ناجحة ذات ازدياد منخفض. لكن بتاريخ 14 اغسطس 1932 أقدم شيرموخين على جعل الطائرة ترتفع إلى مستوى قياسي وهو605 متر (1985 قدم) ولكن لم يتم الإعتراف بهذا الرقم القياسي[2][3].

ثم بنى المهندس الروسي نيكولاس فلورين أول مروحية ذات مكائن دوارة مزدوجة لعمل طيران حر، وقد طارت مروحيته بمدينة في بلجيكا بتاريخ ابريل 1933 بارتفاعستة امتار وبقيت ثابتة لمدةثمانية دقائق. وقد رغب فلورين بتنظيم دوران مشهجر لأن نظام حفظ التوازن الجيروسكوبي للدوارات لم يلغ بعد. لذلك فالدوارات يجب حتىقد يكون لهم ميلان قليل بإتجاه معاكس لعزم الدوران. وقد تم استخدام دوارات عديمة المفصل ودوران مشهجر مما قلل من الضغط على الهيكل. وقد اعتبرت تلك المروحية بذلك الوقت من أكثر المروحيات ثباتا.

اتم بريجيه - دوران أول طائرة مروحية وهي (Gyroplane Laboratoire) عام 1933 بعد الكثير من الإختبارات والفحوص والحوادث المتكررة. وطارت تلك الطائرة بتاريخ 26 يونيو1935. وخلال مدة بسيطة كانت تلك الطائرة قد اعطت ارقام قياسية بالطيران. بتاريخ 14 ديسمبر 1935 سجل رقما جديدا باالتحليق حول دائرة قطرها 500 متر. وبعدها بسنة في 26 سبتمبر 1936 اعطت تلك الطائرة اقصى ازدياد وهو158 م, واستمرت تلك الطائرة بالأرقام الجديدة حيث حلقت بتاريخ 24 نوفمبر 1936 لمدة ساعة ودقيقتين وخمس ثواني وبدائرة طولها 44 كم بسرعة 44.7 كم/ساعة. لكن تلك الطائرة كان مصيرها الدمار بقصف جوي من جانب الحلفاء على المطار التي كانت به عام 1944.

ميلاد تلك الصناعة

بالرغم من نجاح مروحية (Gyroplane Laboratoire) إلا ان المروحية الألمانية المسماة (Focke-Wulf Fw 61) قد تفوقت عليها بالإنجازات. وتمت أول عملية طيران عام 1936. حيث حطمت جميع الأرقام القياسية التي سبقتها وذلك في عام 1937، اثبت حتى اشكال الطيران التي كانت تتم بالسابق كان بالإعتماد فقط على الأوتوجيرو(autogyro). وقد تم عرضها في فبراير 1938 وبقيادة أول امراة تطير بالمروحية واسمها هانا ريتش.

استخدام الألمان النازيين لتلك المروحيات في مهمات قليلة خلال الحرب العالمية الثانية للمراقبة والنقل ومهمات الإخلاء الطبي، وبسبب كثرة قصف الحلفاء للألمان لم يتم انتاج كميات كبيرة لتلك المروحيات في ألمانيا.

بدأ انتاج المروحيات في أمريكا من خلال إيجور سيكورسكي ولورانس ليباج، حيث كانا يتنافسان لإنتاج أول مروحية للجيش الأمريكي قبل الحرب، وقد اخذ ليباج حقوق براءة الإختراع لتطوير مروحيات على غرار النسخ الأولى من الطائرة الألمانية Fw 61 وقد تم انتاج طائرة XR-1. خلال تلك المدة كان سيكورسكي اعتمد تصميم ابسط للدوار واحد وهوVS-300. وبعد عدة تجارب مع اشكال مختلفة وذلك للقاءة عزم الدوران الناتج من الدوار الرئيسي، فاستقر على تصميم لدوار مفرد واصغر ويكون عموديا بالنسبة للرئيسي ويوضع بنهاية الذيل.

تم تطوير نسخة سيكورسكي VS-300 بنسخة مطورة وهي R-4 والتي اضحت أول طائرة تنتج وبكميات كبيرة - 100 طائرة كأول طلب لها- وتعتبر R-4 المروحية الوحيدة التي عملت لخدمة الحلفاء خلال الحرب العالمية الثانية، واستخدمت بشكل أساسي لعمليات الإنقاذ في بورما وألاسكا وفي مناطق اخرى وعرة. تم انتاج 131 طائرة من تلك النسخة قبل ان يتم استبدالها بالنسخ الأخرى ك R-5 وR-6، وبالإجمال فقد تم انتاج 400 مروحية من نوع سيكورسكي قبل نهاية الحرب.

وكما بنى ليباج وسيكورسكي طائراتهم المروحية لخدمة الجيش، فإن شركة بيل للطائرات استأجرت شخصا اسمه ارثر يونغ للمساعدة في خلق مروحية باستخدام تصميم يونغ لدوار ذوالشفرات متأرجحة شبه صلبة، والتي تتمايل بشكل خفيف للمحافظة على حمل عمود الموازن. نسخة 30 من المروحية أظهرت بساطة وسهولة التصميم، وقد تطور لاحقا إلى نسخة بيل 47 (Bell 47) والتي اصبحت أول طائرة معتمدة للإستعمال المدني بالولايات المتحدة. وانتجت في عدة دول وقد أضحت أشهر مروحية للإستخدام المدني لقرابة ال30 عاما.

عصر التوربين

في عام 1951 وبطلب استعجال من وزارة البحرية طور تشارلز كامان مروحيته المسماة (Kaman K-225) بنوع حديث من المحركات، وهوالمحرك التوربيني، هذا المحرك الجديد يعطي كمية ضخمة من القوة الحصانية horsepower للمروحية وبوزن أقل عن محرك المكبس ببتره الضخمة مع أجهزته المساندة، كان ذلك بتاريخ 11 ديسمبر 1954 مما جعلها أول مروحية ذوبمحرك توربيني بالعالم. بعدها بسنتين، أي 26 مارس 1954 ظهرت طائرة كامان المسماة (HTK-1) المطورة للبحرية وهي أول مروحية تطير بمحرك توربيني ثنائي. لكن أول طائرة تم انتاجها بمحرك توربيني كانت الويتي II من انتاج سود افياسيون.

تطورت تلك المروحيات المستقرة وهي بوضع الطيران بعقود بعد ظهور الطائرات ثابتة المراوح. ذلك بسبب ازدياد كثافة الطلب للمحرك من الطائرات العادية. تطوير الوقود والمحركات خلال النصف الأول من القرن ال20 كان عاملا مهما لتطوير المروحيات. وتوفر المحرك التوربيني الخفيف الوزن بالنصف الثاني من القرن ال20 أدى إلى تطوير المروحيات لتعطي قدرة أقوى وأسرع وكفاءة أفضل. بينما المروحيات الصغيرة وذات كلفة أقل فإنها لاتزال تستخدم محرك المكبس، وإن كان لايزال المحرك التوربيني هوالمحرك الأكثر طلبا للمروحيات بالوقت الحالي.

استخدامات

خلال الخصائص التشغيلية للمروحية حيث قدرتها من الإقلاع والهبوط عموديا، والبقاء ثابتة بالجولفترات طويلة من الوقت، فضلا عن قدرة الطائرة على التعامل بحالات السرعة الجوية المنخفضة وقد تم اختيارها لإجراء مهام كانت غير ممكنة مع الطائرات الأخرى أوحتى عامل الوقت أوصعوبة إتمامها على الأرض. استخدامات المروحية حاليا تضم النقل والبناء ومكافحة الحرائق والبحث والإنقاذ والاستخدامات العسكرية.

الرافعة الجوية هي مروحية تكون مرتبطة بأسلاك قوية وطويلة لحمل الحمولات الكبيرة مثل الأجهزة الضخمة كأبراج الاتصالات ووحدات التكييف التابعة للبنايات الكبيرة، وكذلك في صناعة بتر الأشجار كنقل الأشجار من أراضِِ لا تستطيع الشاحنات الوصول لها..

هناك مروحيات متخصصة لإطفاء حرائق البرية الكبيرة (Helitack)، وهي تعمل كمضخات تحمل ماء بخزانات مثبتة داخلها، أوتحمل دلاء فترميها على الحريق (تسمى الواحدة بدلوبامبي)، تعبأ تلك الخزانات أوالدلاء عن طريق غمرها من أي خزان مائي سواءا طبيعي كالنهر أوالبحر أوصناعي كخزانات المياه أوشاحنات مياه الشرب. ويكون هناك أنبوب أوخرطوم موصل بالخزانات المحمولة داخل المروحية فيسحب المياه من المصدر بينما تكون المروحية ثابتة بالجو. وتستخدم أيضا لنقل الإطفائيين إلى أماكن لا مجال للوصول لها بالأساليب التقليدية حيث ينطون منها إلى تلك الأماكن مع إمكانية إمدادهم بتجهيزات الممكنة. أشهر تلك المروحيات هي (بيل 205) بنسخها المتعددة وأيضا الرافعة الجوية (سيكورسكي S-64) المتخصصة لإطفاء الحرائق

هناك مروحيات تستخدم كإسعاف جوي للمساعدة في حالات الطوارئ الطبية فتصل إلى أماكن لايمكن للإسعاف العادي الوصول لها فتصل للمسقط بسهولة. أولنقل السقمى ما بين نطاقين طبيين بحيثقد يكون النقل الجوي هوالطريقة الأكثر أمان للسقمى. تجهز مروحية الإسعاف الجوي بالمعدات الطبية لمساعدة المريض خلال نقله جوا. وتوصف عملية نقل السقمى بالإخلاء الطبي أوMEDEVAC .

تستأجر شركات النفط المروحيات لنقل العاملين لديها أومعداتها بسرعة من وإلى أماكن الحفر البعيدة عن المناطق المأهولة كالصحراء أوالبحر. بما أنها أسرع من القوارب فذلك يجعل من كلفة التشغيل العالية للمروحيات مفيدة لتضمن حتى منصات النفط مستمرة بالتدفق. وهناك شركات عالمية متخصصة للنقل بواسطة المروحيات مثل (CHC Helicopter) الكندية و(Bristow Helicopters) البريطانية.

تستخدم الشرطة وغيرها من إدارات تطبيق القانون مروحيات خاصة لمتابعة المشتبه بهم. وبما حتى للمروحية خاصية الحصول على منظر جوي متكامل، فإنها تكون على اتصال مع الشرطة بالأرض لتتبع مواقع المشتبه بهم وتحركاتهم. وهجرب بها كشافات ضوئية وحساسات حرارية للكشف الليلي.

تستخدم الجيوش مروحيات هجومية لتكثيف الغارات الجوية على الأهداف الأرضية. ومثل تلك المروحيات تكون مزودة بقاذفة صواريخ ورشاش خفيف. أما مروحيات النقل فهي تنقل الجنود والإمدادات في حالة انعدام وجود مطارات للهبوط مما يجعل من الاستحالة نقلهم بواسطة الطائرات. ويسمى نقل الجنود بالمروحية بالهجوم الجوى.

مميزات التصميم

نظام الدوار

نظام الدوار أوالدوار كتسمية بسيطة, وهوالجزء الذي يدور حول نفسه بالمروحية لإنتاج قوة الحمل، ويركب هذا النظام أفقيا لكي يعطي الحمل بشكل عمودي كالدوار الرئيسي، أويثبت بشكل عمودي لإعطاء قوة الحمل بشكل أفقي (كأنه قوة دفع) كما بالدوار الخلفي ليعادل تأثير اللي المعاكس. وفي حالة طائرات ذات الدوار المائل (tiltrotor)قد يكون الدوار موجودا في غرفة على طرف جناح الطائرة لنقل الدوار من الوضع الأفقي معطيا حمل أفقي كدفع إلى الوضع العمودي معطيا قوة حمل تماما كالمروحية.

هذا النظام يحتوي على عمود أوسارية (Mast) والمحور (Hub) والريش أوالشفرات (Blades)، السارية هي من معدن اسطواني الشكل وتتمد بالأعلى وتتحرك بواسطة ناقل الحركة (transmission). وفي أعلى السارية يوجد مركز الإلتقاء مع ريش الدوار وتسمى تلك النقطة بالمحور. تثبيت الريش بالمحورقد يكون بعدة طرق، تلك الطرق يصنف بها نظام الدوار -كيفية تثبيت الريش وتحركها مقارنة مع المحور الرئيسي-. ويوجد لها ثلاث تصنيفات أساسية: ثابتة وشبه ثابتة ومفصلية بالكامل، بالرغم من حتى الأنظمة الحديثة للدوارات تستخدم مزيج هندسي لتلك الأنواع.

الثابت

نظام الدوار الثابتقد يكون المحور والسارية والريش ثابتة rigid (عكس مرنة flexible) مع بعضها البعض، لذلك فنظامها الميكانيكي ابسط من نظام الدوار المفصلي. فلا يوجد لديها مفاصل أفقية أوعمودية حتى تتمكن الريش من السحب اوالتموج. وأحمال التشغيل الناتجة من الخفقان والقوى -التابع أوالمتبوع- ستُمتص بإمالة الريش أكثر مما لوحتى بها مفصل. بالإنحناء تعادل الريش نفسها مع القوى التي تتطلب مفاصل قوية. فالنتيجة حتى ردة عمل التحكم بنظام الدوارقد يكون أقل تباطئاً لأن الدوار نفسه أقل تمايلا. يلغي النظام الثابت خطورة اهتزاز السارية المتأصلة بالدوارات شبه الثابتة. ويسمى هذا الدوار أيضا بإسم دوار لامفصلي.

شبه ثابتة

يعطي نظام شبه الدوار حركتين مختلفتين، التمايل والتجديف. ويحتوي على عدد 2 من الريش الملتصقة بثبات على المحور الدوار والذي بدورهقد يكون ملتصقا بالسارية بواسطة حامل المبرم مرتكز الدوران أومشروح متأرجح ويكون حر الميلان على عمود الدوران الرئيسي. تلك الكيفية تجعل الريش تتأرجح معا، فإذا إحداهما تأرجحت للأعلى فإن الأخرى تخفق للأسفل. أما التجديف فإنه يكتمل مع فصالات التجديف، والتي تغير من زاوية التأرجح للشفرة، بما أنه لا يوجد مشروح للسحب العمودي، لذلك فالقوى (تابع ومتبوع) ستُمتص بإمالة الريشة.

المروحية ذات الدوار شبه الثابت تكون عرضة لحالة تعهد بإهتزاز السارية والتي تسبب بتوقف تأرجح الدوار فيبتر السارية. تحصل حالة اهتزاز السارية خلال حالة (low-G) وهي حالة انعدام الوزن للطائرة كالسقوط أوعملية مناورة أفقية سريعة، لذلك فكتيب التشغيل يعطي تعليمات لتجنب جميع حالات انعدام الوزن (low-G).

مفصلية بالكامل

بنظام المفصلي الكامل، تكون جميع ريشة متصلة بمحور الدوار من خلال مجموعة من المفاصل، مما يسمح لكل شفرة بحرية حركتها عن الشفرات الأخرى. ويتكون هذا النظام من ثلاث شفرات فما فوق. تلك الشفرات تستطيع التمايل والتجديف وتكون تابع ومتبوع بشكل منفصل عن الأخرى. يسمى المفصل الأفقي بمفصل التموج ويسمح الشفرة بالحركة العمودية (فوق وتحت) وتلك الحركة التموجية تعمل لمعادلة مايسمى (الحمل غير المتجانس) ويثبت مشروح التموج بمسافات مختلفة من محور الدوار وقد يحدث هناك أكثر من مفصل. أما المفصل العمودي ويسمى تابع-متبوع أومشروح السحب، ويسمح بالحركة الأفقية (أمام وخلف أوالسحب). ويوجد بها المنظم لكي يمنع زيادة بالحركة الخلفية أوالأمامية حول مشروح السحب. وميزة هذا المنظم ومفصل السحب لكي يعادل مابين تزايد السرعة وتناقصها التي تحصل بسبب تأثير كوريوليس. بإمكان جميع ريشة التجديف وذلك بدورانها حول محورها الطولي. فالتجديف يعني تغيير بزاوية التأرجح للريشة, فالتغيير بزاوية التأرجح للريش يفترض أن يسيطر على الدفع وإتجاه قرص الدوار الرئيسي.

الموحد

بعض أنظمة الدوار الحديثة تستخدم كلا من أساسيات أنظمة الدوار المذكورة أعلاه. بعض محاور الدوار تشكل كمحور متحرك، مما يسمح بميلان الشفرة (تجعلها مرنة) بدون الحاجة إلى قواعد ارتكاز (سنادات) أوفصالات. وتسمى تلك الأنظمة بالمتمازج flexture أي Flex-mixture، وتكون مصنعة من خليط خامات. تكون قواعد الإرتكاز المرنة مصنوعة من المطاط ولها محدودية الحركة، وهي صالحة وبشكل مناسب بتطبيقات المروحية، وقد تستعمل كبديل عن قواعد الإرتكاز التقليدية. لاتحتاج تلك قواعد الإرتكاز المرنة أوالمتمازجة إلى تشحيم، لهذا فهي سهلة الصيانة، بالإضافة إلى امتصاصها للإهتزازات مما يعني مجهود أقل وعمر أطول لصيانة بتر المروحية.

أشكال مانع عزم الدوران

معظم المروحيات تستخدم دوار مفرد، لكن عزم الدوران يجعل المحرك كأنما يحرك الدوار باتجاه معاكس لسحب الهواء مسببا لجسم المروحية بالدوران في اتجاه معاكس لإتجاه الدوار نفسه. ولمنع ذلك يجب ان يوضع تحكم لمانع عزم الدوران، وهوكما وضعه إيجور سيكورسكي لطائرته VS-300 كدوار عمودي صغير على الذيل، فدوار الذيل إما حتى يسحب أويدفع الذيل باتجاه معاكس لتأثير عزم الدوران، فأقر بذلك العهد على المروحيات. وإن كان هناك بعض المروحيات تستخدم أنظمة بديلة لمعاكسة عزم الدوران بدلا عن دوار الذيل، مثال على ذلك:

• نظام فنسترون (Fenestron) أومروحية قناتية الذيل (FANTAIL).
• نظام عديمة دوار الذيل (NOTAR) ويعطي معاكس لعزم الدوران مشابه لطريقة انتاج الحمل عن طريق الجناح خلال ظاهرة كواندا (Coandă effect) على انبوب الذيل.

هناك نظام يستخدم أكثر من دوار أفقي بحيث تكون الدوارات متعاكسة الدوران، فكل دوار يلغي عزم دوران الآخر. فريش تلك الدوارات لن تصطدم ببعضها البعض في حالة دخولها طريق الأخري، فذلك يلغي الحاجة إلى دوار خلفي. لذلك فالطاقة المستخدمة لإدارة الدوار الخلفي يفترض أن يستخدمها الدوار الرئيسي، مما يزيد من قدرة الحمل للطائرة. وهناك ثلاث أنواع من هذا النظام:

• نظام الدوارات المترادفة (Tandem rotors) ويستخدم دواران أحدهما خلف الآخر.
• نظام الدوارات المحورية (Coaxial rotors) ويستخدم دواران أحدهما فوق الآخر وبعمود واحد.
• نظام الدوارات المتشابكة (Intermeshing rotors) ويستخدم دواران يدوران بإتجاهين متعاكسين لبعضهما، بحيث حتى كليهما متقاربان بزاوية مناسبة بينهما للسماح بتشابكهما فوق الطائرة دون حتى يتماسا.

أنواع المحركات

نوع وحجم المحرك يتحدد حسب حجم وخاصية المروحية. وتضم أنواع المحركات على التالي:

• المحركات الكهربائية: ويستخدم للمروحيات بدون طيار التي تعمل بمحركات كهربائية ذات بطاريات.
• محرك نتروميثان: نوع من محركات ذات احتراق داخلي يستخدم نتروميثان - ميثانول ويستخدم للمروحيات التي تعمل بالريموت كنترول.
• محرك بنزين: محرك احتراق داخلي ويستخدم أيضا للمروحيات التي تعمل بالريموت كنترول.
• محرك عمود دوران توربيني: أحد أنواع التوربين الغازي التي تنتج قدرة للعمود الدوار عوضا عن الدفع النفاث. وهوالمحرك الأشهر الذي يستخدم للمروحيات التي تقاد بطيار.
• الطرف النفاث: وهونظام قديم لم يخط له النجاح، واستخدم بالمروحيات فقط. بحيث يوضع خرطوش نفاث على طرف ريشة الدوار، مما ينتج منه دفع نفاث.

أدوات التحكم

يوجد للمروحية أربع أدوات تحكم، وهي التدوير والمجمع ودواسات مضادة لعزم الدوران وداعس الوقود. ذراع تحكم يدة التدويرقد يكون بالعادة مابين أرجل الطيار ويسمى بالإنگليزية: cyclic stick أومجرد cyclic. وهومقبض القيادة للطائرة وهوذراع سهل التمايل والتحريك. وقد سمي بهذا الإسم لأنه يغير التأرجح لريش الدوار بشكل دائري. فيغير من تمايل القرص الدوار إلى اتجاه محدد فيغير اتجاه المروحية، فمثلا عندما يحرك الطيار ذراع التدوير للأمام، فإن قرص الدوار يميل للأمام، مما ينتج عن الدوار دفع للأمام. وعندما يدفع الطيار ذراع التدوير لليمين، فإن قرص الدوار يميل لليمين منتجا دفع لنفس الإتجاه، مسببا للمروحية بان تحوم باتجاه الجانبي أولليمين خلال رحلتها للأمام.

يوجد تحكم مجمع التأرجح بالإنگليزية: collective pitch control أوالمجمع collective على الجانب الأيسر من مقعد الطيار ويكون بوضع يمنع أي حركة غير مقصودة. وهويغير من زاوية التأرجح لجميع الشفرات بشكل جماعي (بمعنى جميع الشفرات بنفس الوقت) وبصرف النظر عن مسقط الريش. لهذا فعندما يرسل المجمع أي إشارة فإن الشفرات تتغير بشكل متساو، مما ينتج عن المروحية زيادة أونقصان بالارتفاع.

توجد تلك الدواسات بالإنگليزية: Anti-torque pedals بنفس موضع دواسات الدفة للطائرات، وتعطي نفس الغرض، وهي تنظيم اتجاه مقدمة الطائرة خلال الطيران. فتطبيق الدواسة بالجهة المعطاة يفترض أن يغير من التأرجح لشفرات دوار الذيل فتزداد أوتقل قوة الدفع الناشئة من دوار الذيل مما يسبب بمقدمة الطائرة بالإنعراج (YAW) يمينا أوشمالا حسب الدواسة المضغوطة. فالدواسة تغير من تأرجح دوار الذيل ميكانيكيا مما يغير من كمية الدفع الناشئ منها.

دوار المروحية مصمم بالعمل على عدد محدد من الدورات بالدقيقة (RPM). فداعس الوقود (throttle) يتحكم بالطاقة الناتجة من المحرك، ويكون متصل بالدوار عن طريق ناقل الحركة. فأهمية داعس الوقود هوالمحافظة على قوة المحرك لإبقاء عدد الدورات بالدقيقة (RPM) للدوار ثابتة حسب الحدود الدنيا المطلوبة لإنتاج كمية كافية من الحمل خلال الطيران.قد يكون داعس الوقود بالمروحية ذات المحرك المفرد على ذراع المجمع ويحرك بلوي القبضة الدائرية، أما المروحية ثنائية المحرك فيكون لها ذراع خاص للتحكم بالوقود. يرسل القرص المتراوح تعليمات الطيار إلى شفرات الدوار لعمل الدوران المطلوب تطبيقه.

حالات الطيران

هناك حالتان للطيران للمروحية: التحويم (hover) والطيران (forward flight)

• التحويم

يعتبر التحويم أكثر اللحظات خطورة خلال طيران المروحية. وذلك حتى المروحية تنتج الرياح الخاصة بها خلال تحويمها، والتي تعاكس الهيكل وأسطح توجيه الطيران. ويجب حتى تكون المحصلة هي ثبات المروحية عن طريق تواصل الطيار بادخال الأوامر لتعديل المروحية، بالرغم من صعوبة المهمة، إلا حتى أدوات التحكم بالتحويم تكون بسيطة. فأداة التدوير تستخدم لمنع الانحراف الأفقي للطائرة، وهي تحكم الأمامي والخلفي، اليمين واليسار، والمجمع يستخدم للمحافظة على الارتفاع. والدواسات للمحافظة على الإتجاه. فالتداخل بين تلك الأدوات للتحكم يصعب من مهمة التحويم، فعندما يحتاج أي من أدوات التحكم إلى تسليم، فإنه يجعل من الضروري تسليم باقي أدوات التحكم فيجعل دورة ثابتة من التعديل.

• الطيران الأمامي

أدوات التوجيه للمروحية خلال الطيران الأمامي هي شبيهة للطائرات ذات الجناح الثابت. فإزاحة عصا التدوير للأمام يجعل من مقدمة الطائرة تتأرجح للأسفل مما يحمل من السرعة الجوية ويخفض بالارتفاع. تحريك عصا التدوير للخلف يجعل مقدمة الطائرة تتأرجح للأعلى، فتنخفض السرعة ويزداد الارتفاع. أما الزيادة بقوة المجمع خلال المحافظة على السرعة الجوية ثابتة يفترض أن ينشأ الصعود، بينما تقليل المجمع فسينشأ الهبوط. تنسيق هذه المدخلات، ترجيع المجمع مع عصا التدوير للخلف أومجمع للأعلى مع عصا التدوير للأمام، فالنتيجة هي التغيير بالسرعة بينما الارتفاعقد يكون ثابتا. الدواسات تعمل نفس العمل بالمروحية والطائرة وهي المحافظة على ثبات الطيران. ويكون ذلك بتفعيل الدواسات حينماقد يكون الإتجاه ضروريا للمحافظة عليه.

الأمان

القيود

يعتبر بطء المروحية من أكبر القيود التي تحدها. وهناك أسبابا كثيرة تحد من سرعة المروحية ولا تجعل سرعتها كسرعة طائرة ثابتة الأجنحة. فعندما تكون المروحة بحالة التحويم، فإن الأطراف الخارجية لريش الدوار تسير بسرعة يحددها طول الريشة وعدد الدورات بالدقيقة، وعندما تكون بحالة الحركة تتناسب سرعة الريشة مع الهواء الذي يعتمد على سرعة المروحية إضافة إلى سرعة الدوران للريشة. لذلك فالسرعة الجوية لريشة الدوار المتقدمة تكون أعلى بكثير من سرعة المروحية نفسها. وقد تتخطى سرعة الريشة سرعة الصوت، وهذا يسبب بظهور كمية كبيرة من السحب (drag) والإهتزازات (vibration).

ولأن السرعة الجوية للريشة المتقدمة تكون أعلى من سرعة الريشة الراجعة مما ينتج عدم تجانس بالحمل، فريش الدوار مصممة لعمل تصافق Flap، بمعنى تلتوي وترتفع للأعلى عند حالة الريشة المتقدمة فتنتج زاوية لقاءة بسيطة. وبالعكس مع الريشة الراجعة، فإن الصفاق ينخفض مسببا زاوية لقاءة أكبر مما يعطى قوة حمل أكبر. فقدرة الدوار عند السرعات العالية تسبب بزيادة مفرطة بالتصافق وتكون زاوية الريشة الراجعة عالية مماقد يسبب بالإنهيار. لهذا السبب فإن اقصى سرعة جوية آمنة للمروحيةقد يكون مصمم بقيمة تسمى V_NEVelocity, Never Exceed أوعدم تخطي تلك السرعة. علاوة على ذلك فقد يسبب بحالة الطيران بأقصى سرعة حتى تصبح سرعة المروحية أسرع من سرعة الريشة الراجعة مما يسبب بما يسمى إنهيار الريشة فتفقد زاوية اللقاءة قدرتها.

خلال السنوات الأخيرة من القرن العشرين بدأ المصممون العمل بما يسمى خفض ضجيج المروحية. فالتجمعات الحضرية تبدي دائما عن استيائها من ضجيج تلك الطائرات بما فيها التابعة للشرطة أوالمدنية. فإعادة التصميم نشأ بعد اغلاق بعض المنافذ للمروحيات داخل المدن وتقييد الحكومة لمسارها في المنتزهات الوطنية ومايشابهها.

المروحية بشكل عام تهتز، خاصة إذا كانت ليست معيَّرة لتوائم الاهتزازات مما يجعل اهتزازها قوي. ولتقليل ذلك يوضع للدوار عيارات معدلة للارتفاع والتأرجح، ومعظم المروحيات لديها جهاز منظم الإهتزاز (vibration dampers) خاص للارتفاع والتأرجح. وبعض المروحيات لديها مايسمى أنظمة التغذية الميكانيكية الراجعة (mechanical feedback systems) لإستشعار ومعاكسة الإهتزاز. وتستخدم أنظمة التغذية الراجعة كتل تكون كمصدر تثبيت وتكون متصلة بالصفاق لتعادل زاوية لقاءة الدوار لمقاومة الإهتزاز.

المخاطر

كما هوالحال عند جميع مركبة متحركة، فعملية التشغيل غير الآمنة قد تسبب فقدان السيطرة أوأضرار هيكلية أوحتى فقد الأرواح. فهنا لائحة لبعض الأخطار المحتملة للمروحيات:

• الهبوط مع تشغيل المراوح: وتسمى بحالة الدوامة الحلقية (vortex ring)، وهوعندما تكون المروحية غير قادرة وقف هبوطها وذلك بتداخل انجراف الدوار للأسفل مع الديناميكية الهوائية للدوار.
• انهيار الريشة الراجعة: تظهر تلك الحالة بالسرعات العالية وهومن أشهر العوامل المقيدة للسرعة الأمامية للمروحية.
• رنين أرضي يؤثر بشكل واضح على دوار المروحية عند الهبوط أوعندما تكون على الأرض، وذلك عندماقد يكون تردد المتقدم والمتاخر الطبيعي أقل من تردد دوران الريشة. فيحدث صدمات تؤثر على القرص الدوار فيختل توازن نظام الدوار.
• عدد الدورات بالدقيقة (RPM) أقل من المطلوب فيعجز المحرك من المحافظة على الطيران.
• الخوف من اصطدام بالأسلاك المعلقة أوالأشجار عند الطيران بارتفاع منخفض أوالإقلاع والهبوط بالأماكن البعيدة.
• فشل تأثير الدوار الخلفي ويكون بسبب خطأ ميكانيكي أوضعف بالدفع لدى هذا الدوار.
• انخفاض بقوة التسارع (Low G force) لدى دوار المروحية ذوالريشتين، خصوصا المروحيات خفيفة الوزن.
• الخروج الديناميكي للمروحية حيث تدور حول إحدى المحاور المنزلقة ثم تسحب إلى جانبها.
• حالة الغبار البني وحالة البياض عند تساقط الثلج.

انظر أيضا

• مطار مروحيات
• طائرة بدون طيار
• مهبط مروحية
• مروحية هجومية
• مروحية عسكرية

مراجع

• ويكيبيديا العربية

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع [[commons: Category:Helicopters | Helicopters ]].

• جمعية المروحيات الأمريكية
• هيئة طيران الجيش الأمريكي
• وصلات خاصة بالمروحيات - شركات، منظمات، متاحف، عروض جوية
• جمعية المروحيات العالمية
• تاريخ المروحيات
• معرض صور مروحيات
• إرشاد للمروحيات في الأفلام والتلفزيون
• برائات الإختراع الأمريكية #1848389 - براءات إختراعات سيكورسكي للمروحيات (يتطلب برنامج كويك تايم)
• أرشيف فيديو1953 حول إستخدامات ووظائف فزياء المروحيات. نشر بواسطة الموسوعة البريطانية، ولكنه الآن تحت رخصة التشارك الإبداعي (Prelinger Archives).