التوقف (ديناميكيات السوائل)

في ديناميكا الموائع ، الانهيار هو انخفاض في معامل الرفع الناتج عن الرقاقة عندما تتجاوز زاوية الهجوم قيمتها الحرجة . ^[1] عادة ما تكون زاوية الهجوم الحرجة حوالي 15 درجة، ولكنها قد تختلف بشكل كبير اعتمادًا على السائل والرقاقة - بما في ذلك شكلها وحجمها وتشطيبها - ورقم رينولدز .

غالبًا ما يتم تجربة حالات التوقف المفاجئ في الطائرات ذات الأجنحة الثابتة على أنها انخفاض مفاجئ في الرفع. قد يكون سبب ذلك إما زيادة الطيار لزاوية هجوم الجناح أو انخفاض في زاوية الهجوم الحرجة. قد يكون الأخير بسبب التباطؤ (أقل من سرعة التوقف) أو تراكم الجليد على الأجنحة (خاصة إذا كان الجليد خشنًا). لا يعني التوقف المفاجئ أن المحرك (المحركات) توقف عن العمل، أو أن الطائرة توقفت عن الحركة - يكون التأثير هو نفسه حتى في طائرة شراعية غير مزودة بمحركات . يتم استخدام الدفع المتجه في الطائرات للحفاظ على الارتفاع أو الطيران المتحكم فيه مع توقف الأجنحة عن طريق استبدال رفع الجناح المفقود بدفع المحرك أو المروحة ، مما يؤدي إلى ظهور تقنية ما بعد التوقف المفاجئ. ^{[2] [3]}

نظرًا لأن عمليات التوقف تحدث عادةً فيما يتعلق بالطيران ، فإن هذه المقالة تناقش عمليات التوقف فيما يتعلق بالطائرات بشكل أساسي، وخاصة الطائرات ذات الأجنحة الثابتة. تنطبق مبادئ التوقف التي تمت مناقشتها هنا على الرقائق في السوائل الأخرى أيضًا.

الانهيار هو حالة في الديناميكا الهوائية والطيران بحيث إذا زادت زاوية الهجوم على الطائرة إلى ما بعد نقطة معينة، يبدأ الرفع في الانخفاض. تسمى الزاوية التي يحدث عندها هذا بزاوية الهجوم الحرجة . إذا زادت زاوية الهجوم إلى ما بعد القيمة الحرجة، ينخفض ​​الرفع وتهبط الطائرة، مما يزيد من زاوية الهجوم ويسبب المزيد من فقدان الرفع. تعتمد زاوية الهجوم الحرجة على مقطع الجناح أو ملف تعريف الجناح، وشكل مخططه، ونسبة أبعاده ، وعوامل أخرى، ولكنها عادة ما تكون في نطاق من 8 إلى 20 درجة بالنسبة للرياح القادمة ( الرياح النسبية ) لمعظم الأجنحة دون الصوتية. زاوية الهجوم الحرجة هي زاوية الهجوم على معامل الرفع مقابل منحنى زاوية الهجوم (Cl ~ alpha) الذي يحدث عنده أقصى معامل رفع. ^[4]

يحدث الانهيار بسبب انفصال التدفق ، والذي يحدث بدوره بسبب تدفق الهواء ضد الضغط المتزايد. يصف ويتفورد ^[5] ثلاثة أنواع من الانهيار: الحافة الخلفية والحافة الأمامية والجناح الرقيق، ولكل منها سمات Cl ~ alpha مميزة. بالنسبة لانهيار الحافة الخلفية، يبدأ الانفصال عند زوايا هجوم صغيرة بالقرب من الحافة الخلفية للجناح بينما يظل بقية التدفق فوق الجناح متصلًا. مع زيادة زاوية الهجوم، تزداد المناطق المنفصلة في الجزء العلوي من الجناح في الحجم مع تحرك فصل التدفق للأمام، وهذا يعيق قدرة الجناح على خلق الرفع. يتضح هذا من خلال الانخفاض في منحدر الرفع على منحنى Cl ~ alpha مع اقتراب الرفع من قيمته القصوى. يتسبب التدفق المنفصل عادةً في حدوث اهتزازات. ^[6] بعد زاوية الهجوم الحرجة، يكون التدفق المنفصل مهيمنًا لدرجة أن الزيادات الإضافية في زاوية الهجوم تتسبب في انخفاض الرفع من قيمته القصوى.

كانت محركات المكبس وطائرات النقل النفاثة المبكرة تتمتع بسلوك توقف جيد للغاية مع تحذير من الانهيار قبل التوقف، وإذا تم تجاهلها، فإنها تهبط بشكل مستقيم من أجل التعافي الطبيعي. أدخلت تطورات الأجنحة التي جاءت مع تقديم محركات الدفع التوربيني سلوك توقف غير مقبول. كما أدخلت التطورات الرائدة في الأجنحة عالية الرفع، وإدخال المحركات المثبتة في الخلف والذيل المرتفع في الجيل التالي من طائرات النقل النفاثة، سلوك توقف غير مقبول أيضًا. تم حساب احتمالية تحقيق سرعة التوقف عن غير قصد، وهو حدث خطير محتمل، في عام 1965، بمعدل مرة واحدة تقريبًا لكل 100000 رحلة، ^[7] غالبًا ما يكفي لتبرير تكلفة تطوير أجهزة التحذير، مثل اهتزازات العصا، والأجهزة لتوفير ميل مناسب للأنف لأسفل تلقائيًا، مثل دافعات العصا. ^[8]

عندما تكون زاوية الهجوم المتوسطة للأجنحة أبعد من التعطل ، فقد يتطور الدوران ، وهو دوران تلقائي للجناح المتعطل. يتبع الدوران الانحرافات في التدحرج والانحراف والانحدار من الطيران المتوازن. على سبيل المثال، يتم تخميد التدحرج بشكل طبيعي مع جناح غير متعطل، ولكن مع الأجنحة المتوقفة يتم استبدال عزم التخميد بعزم دفع. ^{[9] [10]}

يوضح الرسم البياني أن أكبر قدر من الرفع يتم إنتاجه عند الوصول إلى زاوية الهجوم الحرجة (والتي كانت تسمى في الطيران في أوائل القرن العشرين "نقطة الفقاعة"). تبلغ هذه الزاوية 17.5 درجة في هذه الحالة، لكنها تختلف من جناح إلى آخر. على وجه الخصوص، بالنسبة للأجنحة السميكة ديناميكيًا هوائيًا (نسبة السُمك إلى الوتر حوالي 10٪)، تكون الزاوية الحرجة أعلى من تلك الموجودة في الجناح الرقيق من نفس الانحناء . الأجنحة المتماثلة لها زوايا حرجة أقل (ولكنها تعمل أيضًا بكفاءة في الطيران المقلوب). يوضح الرسم البياني أنه عندما تتجاوز زاوية الهجوم الزاوية الحرجة، ينخفض ​​الرفع الناتج عن الجناح.

يتم جمع المعلومات في رسم بياني من هذا النوع باستخدام نموذج للجناح في نفق الرياح . نظرًا لاستخدام نماذج الطائرات عادةً، بدلاً من الآلات ذات الحجم الكامل، يلزم توخي عناية خاصة للتأكد من أخذ البيانات بنفس نظام رقم رينولدز (أو سرعة المقياس) كما هو الحال في الطيران الحر. يختلف فصل التدفق عن سطح الجناح العلوي عند زوايا هجوم عالية تمامًا عند رقم رينولدز المنخفض عن ذلك عند أرقام رينولدز العالية للطائرات الحقيقية. وبشكل خاص عند أرقام رينولدز العالية، يميل التدفق إلى البقاء متصلًا بالجناح لفترة أطول لأن القوى القصورية مهيمنة فيما يتعلق بالقوى اللزجة المسؤولة عن فصل التدفق مما يؤدي في النهاية إلى الانهيار الديناميكي الهوائي. لهذا السبب غالبًا ما تميل نتائج نفق الرياح التي يتم إجراؤها بسرعات أقل وعلى نماذج أصغر حجمًا من نظيراتها في الحياة الواقعية إلى المبالغة في تقدير زاوية هجوم الانهيار الديناميكي الهوائي. ^[11] تعد أنفاق الرياح ذات الضغط العالي أحد الحلول لهذه المشكلة.

بشكل عام، لا يمكن تشغيل طائرة بشكل ثابت عند زاوية هجوم أعلى من الزاوية الحرجة، لأنه بعد تجاوز الزاوية الحرجة، يتسبب فقدان الرفع من الجناح في سقوط مقدمة الطائرة، مما يقلل من زاوية الهجوم مرة أخرى. يشير هذا الانخفاض في المقدمة، بغض النظر عن مدخلات التحكم، إلى أن الطيار أوقف الطائرة بالفعل. ^{[12] [13]}

يوضح هذا الرسم البياني زاوية الانهيار، ولكن في الممارسة العملية تصف معظم كتيبات التشغيل للطيارين (POH) أو كتيبات الطيران العامة الانهيار من حيث السرعة الجوية . وذلك لأن جميع الطائرات مجهزة بمؤشر سرعة جوية ، ولكن عدد الطائرات التي تحتوي على مؤشر زاوية هجوم أقل. يتم نشر سرعة انهيار الطائرة من قبل الشركة المصنعة (وهي مطلوبة للشهادة من خلال اختبار الطيران) لمجموعة من الأوزان ومواضع اللوحات، ولكن زاوية هجوم الانهيار لا يتم نشرها.

مع انخفاض السرعة، يجب زيادة زاوية الهجوم للحفاظ على ثبات الرفع حتى الوصول إلى الزاوية الحرجة. السرعة الجوية التي يتم بها الوصول إلى هذه الزاوية هي سرعة التوقف (1g، غير متسارعة) للطائرة في هذا التكوين المعين. يؤدي نشر اللوحات /الشرائح إلى تقليل سرعة التوقف للسماح للطائرة بالإقلاع والهبوط بسرعة أقل.

يمكن جعل الطائرة ذات الأجنحة الثابتة تتوقف عند أي وضع ميل أو زاوية ميل أو عند أي سرعة جوية، ولكن التوقف المتعمد يُمارس عادةً عن طريق تقليل السرعة إلى سرعة التوقف غير المتسارعة، على ارتفاع آمن. تختلف سرعة التوقف غير المتسارعة (1 جرام) على الطائرات ذات الأجنحة الثابتة المختلفة ويتم تمثيلها برموز الألوان على مؤشر السرعة الجوية . عندما تحلق الطائرة بهذه السرعة، يجب زيادة زاوية الهجوم لمنع أي فقدان للارتفاع أو اكتساب في السرعة الجوية (وهو ما يتوافق مع زاوية التوقف الموضحة أعلاه). سيلاحظ الطيار أن أدوات التحكم في الطيران أصبحت أقل استجابة وقد يلاحظ أيضًا بعض الاهتزازات، نتيجة للهواء المضطرب المنفصل عن الجناح الذي يضرب ذيل الطائرة.

في معظم الطائرات الخفيفة ، عندما يتم الوصول إلى حالة الانهيار، تبدأ الطائرة في الهبوط (لأن الجناح لم يعد ينتج ما يكفي من الرفع لدعم وزن الطائرة) ويميل الأنف للأسفل. يتضمن التعافي من حالة الانهيار خفض أنف الطائرة لتقليل زاوية الهجوم وزيادة سرعة الهواء، حتى يتم استعادة تدفق الهواء السلس فوق الجناح. يمكن استئناف الرحلة الطبيعية بمجرد اكتمال التعافي. ^[14] تكون المناورة آمنة تمامًا عادةً، وإذا تم التعامل معها بشكل صحيح، فإنها تؤدي إلى خسارة صغيرة فقط في الارتفاع (20-30 مترًا / 66-98 قدمًا). يتم تدريسها وممارستها حتى يتمكن الطيارون من التعرف على توقف الطائرة وتجنبها والتعافي منها. ^[15] يُطلب من الطيار إثبات الكفاءة في التحكم في الطائرة أثناء وبعد حالة الانهيار للحصول على الشهادة في الولايات المتحدة، ^[16] وهي مناورة روتينية للطيارين عند التعرف على التعامل مع نوع طائرة غير مألوف. الجانب الخطير الوحيد في حالة الانهيار هو عدم وجود ارتفاع للتعافي.

شكل خاص من أشكال الانهيار غير المتماثل حيث تدور الطائرة أيضًا حول محور الانحراف يسمى الدوران . يمكن أن يحدث الدوران إذا توقفت الطائرة وكان هناك عزم انحراف غير متماثل مطبق عليها. ^[17] يمكن أن يكون عزم الانحراف هذا ديناميكيًا هوائيًا (زاوية الانزلاق الجانبي، الدفة، الانحراف المعاكس من الجنيحات)، أو مرتبطًا بالدفع (عامل p، محرك واحد معطل في طائرة متعددة المحركات غير ذات دفع مركزي)، أو من مصادر أقل احتمالية مثل الاضطرابات الشديدة. التأثير الصافي هو أن أحد الأجنحة يتوقف قبل الآخر وتهبط الطائرة بسرعة أثناء الدوران، ولا يمكن لبعض الطائرات التعافي من هذه الحالة بدون مدخلات التحكم الصحيحة للطيار (التي يجب أن توقف الانحراف) والتحميل. ^[18] يتم توفير حل جديد لمشكلة التعافي من الانهيار والدوران الصعب (أو المستحيل) من خلال نظام استرداد المظلة الباليستية .

تحدث أكثر سيناريوهات التوقف والدوران شيوعًا عند الإقلاع ( توقف المغادرة ) وأثناء الهبوط (من القاعدة إلى المنعطف النهائي) بسبب عدم كفاية سرعة الهواء أثناء هذه المناورات. تحدث حالات التوقف أيضًا أثناء مناورة الدوران إذا لم يستجب الطيار بشكل صحيح لموقف الخروج عن المسار الناتج عن الانتقال من إعداد الطاقة المنخفضة إلى إعداد الطاقة العالية بسرعة منخفضة. ^[19] تزداد سرعة التوقف عندما تتلوث أسطح الأجنحة بالجليد أو الصقيع مما يخلق سطحًا أكثر خشونة وهيكل طائرة أثقل بسبب تراكم الجليد.

لا تحدث حالات التوقف عند سرعة الهواء البطيئة فحسب، بل تحدث أيضًا عند أي سرعة تتجاوز فيها الأجنحة زاوية هجومها الحرجة. عادةً ما تتسبب محاولة زيادة زاوية الهجوم عند 1g عن طريق تحريك عمود التحكم للخلف في صعود الطائرة. ومع ذلك، غالبًا ما تتعرض الطائرات لقوى جي أعلى، مثل عند الانعطاف بشكل حاد أو الانسحاب من الغطس. في هذه الحالات، تعمل الأجنحة بالفعل بزاوية هجوم أعلى لإنشاء القوة اللازمة (المستمدة من الرفع) للتسارع في الاتجاه المطلوب. يمكن أن تتسبب زيادة تحميل جي بشكل أكبر، عن طريق سحب أدوات التحكم للخلف، في تجاوز زاوية التوقف، حتى لو كانت الطائرة تحلق بسرعة عالية. ^[20] تنتج "حالات التوقف عالية السرعة" هذه نفس خصائص الارتعاش مثل حالات التوقف عند 1g ويمكنها أيضًا أن تبدأ الدوران إذا كان هناك أي انحراف أيضًا.

تتميز أنواع الطائرات المختلفة بخصائص توقف مختلفة، ولكن يجب أن تكون جيدة بما يكفي لإرضاء سلطة صلاحية الطيران الخاصة بها. على سبيل المثال، كانت طائرة الشحن الثقيلة Short Belfast ذات انخفاض طفيف في الأنف كان مقبولًا لدى سلاح الجو الملكي . عندما تم بيع الطائرة لمشغل مدني، كان لا بد من تزويدها بدافع عصا لتلبية المتطلبات المدنية. ^[21] قد يكون لبعض الطائرات سلوك جيد جدًا بشكل طبيعي يتجاوز بكثير ما هو مطلوب. على سبيل المثال، تم وصف طائرات النقل النفاثة من الجيل الأول بأنها ذات انخفاض مثالي في الأنف عند التوقف. ^[22] يعد فقدان الرفع في أحد الأجنحة مقبولًا طالما أن الانقلاب، بما في ذلك أثناء استعادة التوقف، لا يتجاوز حوالي 20 درجة، أو في رحلة الدوران يجب ألا يتجاوز الانقلاب 90 درجة. ^[23] إذا لم يكن تحذير ما قبل التوقف متبوعًا بانخفاض الأنف وانخفاض الجناح المحدود موجودًا بشكل طبيعي أو اعتبرته سلطة صلاحية الطيران هامشيًا بشكل غير مقبول، فيجب جعل سلوك التوقف جيدًا بما يكفي من خلال تعديلات هيكل الطائرة أو أجهزة مثل هزاز العصا والدافع. يتم وصفها في "أجهزة التحذير والسلامة".

تعتمد حالات الانهيار على زاوية الهجوم فقط، وليس سرعة الهواء . ^[24] ومع ذلك، كلما كانت الطائرة تحلق بشكل أبطأ، كلما زادت زاوية الهجوم التي تحتاجها لإنتاج رفع يساوي وزن الطائرة. ^[25] ومع انخفاض السرعة أكثر، ستكون هذه الزاوية في مرحلة ما مساوية لزاوية الهجوم الحرجة (الانهيار) . تسمى هذه السرعة "سرعة الانهيار". لا يمكن للطائرة التي تحلق بسرعة الانهيار أن تصعد، ولا يمكن للطائرة التي تحلق بسرعة أقل من سرعة الانهيار أن تتوقف عن الهبوط. ستؤدي أي محاولة للقيام بذلك عن طريق زيادة زاوية الهجوم، دون زيادة سرعة الهواء أولاً، إلى حدوث انهيار.

تختلف سرعة الانهيار الفعلية حسب وزن الطائرة وارتفاعها وتكوينها والتسارع الرأسي والجانبي. يقلل تيار المروحة من سرعة الانهيار عن طريق تنشيط التدفق فوق الأجنحة. ^{[26] : 61}

تتنوع تعريفات السرعة وتشمل:

• V _S : سرعة الانهيار: السرعة التي تظهر بها الطائرة تلك الصفات المقبولة على أنها تحدد الانهيار. ^{[26] : 8}
• V _S0 : سرعة التوقف أو أدنى سرعة طيران ثابتة في وضع الهبوط. ^[27] سرعة التوقف عند الدفع الصفري عند أقصى إعداد لغطاء الهبوط الممتد. ^{[26] : 8}
• V _S1 : سرعة التوقف أو الحد الأدنى لسرعة الطيران الثابتة التي تم الحصول عليها في تكوين محدد. ^[27] سرعة التوقف عند الدفع الصفري عند إعداد رفرف محدد. ^{[26] : 8}

قد يكون لمؤشر سرعة الهواء، لغرض اختبار الطيران، العلامات التالية: يشير الجزء السفلي من القوس الأبيض إلى V _S0 عند أقصى وزن، بينما يشير الجزء السفلي من القوس الأخضر إلى V _S1 عند أقصى وزن. وبينما يتم حساب سرعة الطائرة V _S حسب التصميم، يجب إثبات سرعاتها V _S0 وV _{S1 تجريبيًا من خلال اختبار الطيران.} ^[28]

تشير سرعة الانهيار العادية، المحددة بقيم V _S أعلاه، دائمًا إلى الطيران المستقيم والمستوي، حيث يكون عامل الحمل مساويًا لـ 1g. ومع ذلك، إذا كانت الطائرة تدور أو تسحب للأعلى من هبوط، يلزم رفع إضافي لتوفير التسارع الرأسي أو الجانبي، وبالتالي تكون سرعة الانهيار أعلى. الانهيار المتسارع هو الانهيار الذي يحدث في ظل مثل هذه الظروف. ^[29]

في الدوران المائل ، يكون الرفع المطلوب مساويًا لوزن الطائرة بالإضافة إلى الرفع الإضافي لتوفير القوة المركزية اللازمة لأداء الدوران: ^{[30] [31]}

${\displaystyle L=nW}$

أين:

${\displaystyle L}$= رفع

${\displaystyle n}$= عامل التحميل (أكبر من 1 في الدورة)

${\displaystyle W}$= وزن الطائرة

لتحقيق الرفع الإضافي، يجب أن يكون معامل الرفع ، وبالتالي زاوية الهجوم، أعلى مما سيكون عليه في الطيران المستقيم والمستوي بنفس السرعة. لذلك، نظرًا لأن التوقف يحدث دائمًا بنفس زاوية الهجوم الحرجة، ^[32] من خلال زيادة عامل الحمل (على سبيل المثال عن طريق شد المنعطف) سيتم الوصول إلى الزاوية الحرجة بسرعة جوية أعلى: ^{[30] [33] [34] [35]}

${\displaystyle V_{\text{st}}=V_{\text{s}}{\sqrt {n}}}$

أين:

${\displaystyle V_{\text{st}}}$= سرعة التوقف

${\displaystyle V_{\text{s}}}$= سرعة توقف الطائرة في الطيران المستقيم والمستوي

${\displaystyle n}$= عامل التحميل

يقدم الجدول التالي بعض الأمثلة على العلاقة بين زاوية الميل والجذر التربيعي لعامل الحمل. وهو مستمد من العلاقة المثلثية ( القاطع ) بين و . ${\displaystyle L}$${\displaystyle W}$

زاوية البنك	${\displaystyle {\sqrt {n}}}$
30 درجة	1.07
45 درجة	1.19
60 درجة	1.41

على سبيل المثال، في منعطف بزاوية ميل 45 درجة، تكون V _st أعلى من V _s بنسبة 19% .

وفقًا لمصطلحات إدارة الطيران الفيدرالية (FAA)، يوضح المثال أعلاه ما يسمى بانهيار الطيران المنعطف ، بينما يستخدم مصطلح "متسارع" للإشارة إلى انهيار الطيران المنعطف المتسارع فقط، أي انهيار الطيران المنعطف حيث تنخفض سرعة الهواء بمعدل معين. ^[36]

إن ميل الطائرات ذات المراوح القوية إلى الدوران كرد فعل لعزم دوران المحرك يخلق خطر التعطل المتسارع. فعندما تحلق طائرة مثل ميتسوبيشي MU-2 بالقرب من سرعة التعطل الخاصة بها، فإن التطبيق المفاجئ للقوة الكاملة قد يتسبب في دورانها، مما يخلق نفس الظروف الديناميكية الهوائية التي تسبب التعطل المتسارع في الطيران المنعطف حتى لو لم يبدأ الطيار الدوران عمدًا. يتم تدريب طياري مثل هذه الطائرات على تجنب الزيادات المفاجئة والجذرية في الطاقة على ارتفاع منخفض وسرعة جوية منخفضة لأنه قد يكون من الصعب التعافي من التعطل المتسارع في ظل هذه الظروف. ^[37]

من الأمثلة البارزة لحوادث الطيران التي تتضمن توقف الطائرة عند ارتفاع منخفض هو حادث تحطم طائرة B-52 في قاعدة فيرتشايلد الجوية عام 1994 .

الانهيار الديناميكي هو تأثير ديناميكي هوائي غير ثابت غير خطي يحدث عندما تغير الأجنحة بسرعة زاوية الهجوم. يمكن أن يتسبب التغيير السريع في تساقط دوامة قوية من الحافة الأمامية للجناح، وتنتقل للخلف فوق الجناح. ^{[38] [39] تعمل} الدوامة، التي تحتوي على تدفقات هواء عالية السرعة، على زيادة الرفع الناتج عن الجناح لفترة وجيزة. ومع ذلك، بمجرد مرورها خلف الحافة الخلفية، ينخفض ​​الرفع بشكل كبير، ويصبح الجناح في حالة انهيار طبيعية. ^[40]

الانهيار الديناميكي هو تأثير يرتبط بشكل كبير بالطائرات المروحية والأجنحة المرفرفة، على الرغم من حدوثه أيضًا في توربينات الرياح، ^[41] وبسبب تدفق الهواء العاصف. أثناء الطيران للأمام، قد تتعرض بعض مناطق شفرة المروحية لتدفق ينعكس (مقارنة باتجاه حركة الشفرة)، وبالتالي يتضمن زوايا هجوم متغيرة بسرعة. قد تعتمد الأجنحة المتذبذبة (المرتجفة)، مثل أجنحة الحشرات مثل النحلة الطنانة - بشكل شبه كامل على الانهيار الديناميكي لإنتاج الرفع، بشرط أن تكون التذبذبات سريعة مقارنة بسرعة الطيران، وتتغير زاوية الجناح بسرعة مقارنة باتجاه تدفق الهواء. ^[40]

يمكن أن يحدث تأخير التوقف على الأجنحة المعرضة لزاوية هجوم عالية وتدفق ثلاثي الأبعاد. عندما تتزايد زاوية الهجوم على الجناح بسرعة، سيظل التدفق مرتبطًا بشكل كبير بالجناح بزاوية هجوم أعلى بكثير مما يمكن تحقيقه في ظروف الحالة المستقرة. ونتيجة لذلك، يتأخر التوقف مؤقتًا ويتم تحقيق معامل رفع أعلى بكثير من الحد الأقصى للحالة المستقرة. لوحظ التأثير لأول مرة على المراوح . [ ^42]

الانهيار العميق (أو الانهيار الفائق ) هو نوع خطير من الانهيار يؤثر على بعض تصميمات الطائرات ، وخاصة الطائرات النفاثة ذات الذيل على شكل حرف T والمحركات المثبتة في الخلف. ^[43] في هذه التصميمات، فإن أعقاب الجناح الرئيسي المتوقف، وعمود المحرك، والاستيقاظ من جسم الطائرة ^[44] "يغطي" المثبت الأفقي، مما يجعل المصاعد غير فعالة ويمنع الطائرة من التعافي من الانهيار. قد تظهر الطائرات ذات المحركات المثبتة في الخلف أيضًا فقدانًا للدفع . ^{[45] تكون} الطائرات ذات الذيل على شكل حرف T مقاومة بشكل عام للانهيار العميق، لأن تدفق المروحة يزيد من تدفق الهواء فوق جذر الجناح، ^[46] ولكن يمكن تزويدها بمعزز ذيل عمودي احترازي أثناء اختبار الطيران ، كما حدث مع A400M . ^[47]

يقدم تروبشو ^[48] تعريفًا واسعًا للانهيار العميق باعتباره اختراقًا لمثل هذه الزوايا من الهجوم بحيث تقل فعالية التحكم في الميلان بسبب استيقاظ الجناح ومحرك الطائرة. كما يقدم تعريفًا يربط بين الانهيار العميق وحالة القفل حيث يكون الاسترداد مستحيلًا. هذه قيمة واحدة لـ ، لتكوين طائرة معين، حيث لا يوجد عزم ميل، أي نقطة تقليم. ${\textstyle \alpha }$${\textstyle \alpha }$

تم إعطاء القيم النموذجية لكل من نطاق الانهيار العميق، كما هو محدد أعلاه، ونقطة القطع المقفولة لسلسلة دوغلاس دي سي-9 10 بواسطة شركة شوفيل. ^[49] هذه القيم مأخوذة من اختبارات نفق الرياح لتصميم مبكر. لم يكن للتصميم النهائي نقطة قطع مقفولة، لذا كان التعافي من منطقة الانهيار العميق ممكنًا، كما هو مطلوب لتلبية قواعد الاعتماد. كان الانهيار الطبيعي الذي يبدأ عند "كسر الجاذبية" (انخفاض مفاجئ في عامل الحمل الرأسي ^[47] ) عند ، وبدأ الانهيار العميق عند حوالي 30 درجة، وكانت نقطة القطع المقفولة غير القابلة للتعافي عند 47 درجة. ${\textstyle \alpha =18^{\circ }}$

يحدث الارتفاع الشديد لحالة التوقف العميق المقفل بعد فترة طويلة من التوقف الطبيعي ولكن يمكن الوصول إليه بسرعة كبيرة، حيث تكون الطائرة غير مستقرة بعد التوقف الطبيعي وتتطلب إجراءً فوريًا لإيقافها. يتسبب فقدان الرفع في معدلات هبوط عالية، والتي، جنبًا إلى جنب مع السرعة الأمامية المنخفضة في التوقف الطبيعي، تعطي ارتفاعًا مع دوران ضئيل أو بدون دوران للطائرة. ^{[50] هبطت} BAC 1-11 G-ASHG، أثناء اختبارات الطيران في التوقف قبل تعديل النوع لمنع حالة التوقف العميق المقفل، بسرعة تزيد عن 10000 قدم في الدقيقة (50 مترًا في الثانية) وضربت الأرض في وضع مسطح وتحركت 70 قدمًا (20 مترًا) فقط إلى الأمام بعد الاصطدام الأولي. ^[50] قد تكون الرسومات التي توضح كيف تغطي موجة الجناح الذيل مضللة إذا كانت تعني أن التوقف العميق يتطلب زاوية جسم عالية. يوضح تايلور وراي ^[51] كيف يكون موقف الطائرة في التوقف العميق مسطحًا نسبيًا، حتى أقل مما كان عليه أثناء التوقف الطبيعي، مع زوايا مسار طيران سلبية عالية جدًا. ${\textstyle \alpha }$${\textstyle \alpha }$

كان من المعروف حدوث تأثيرات مماثلة للانهيار العميق على بعض تصميمات الطائرات قبل صياغة المصطلح. فقد فقد نموذج أولي لطائرة جلوستر جافلين ( الرقم التسلسلي WD808 ) في حادث تحطم في 11 يونيو 1953 بسبب انهيار "مقفل". ^[52] ومع ذلك، ذكر واترتون ^[53] أنه تبين أن ذيل التشذيب هو الطريقة الخاطئة للاسترداد. تم إجراء اختبارات المناولة بسرعة منخفضة لتقييم جناح جديد. ^[53] فقدت طائرة هاندلي بيج فيكتور XL159 بسبب "انهيار مستقر" في 23 مارس 1962. ^[54] كانت تتخطى الحافة الأمامية الثابتة المتدلية مع اختبار نهج الانهيار وتكوين الهبوط ومركز الجاذبية في الخلف. لم يتم تشغيل مظلة الفرامل، حيث ربما أعاقت هروب طاقم المؤخرة. ^[55]

ظهر اسم "الانهيار العميق" لأول مرة على نطاق واسع بعد تحطم النموذج الأولي BAC 1-11 G-ASHG في 22 أكتوبر 1963، مما أدى إلى مقتل طاقمها. ^[56] أدى هذا إلى تغييرات في الطائرة، بما في ذلك تركيب هزاز عصا (انظر أدناه) لتحذير الطيار بوضوح من انهيار وشيك. أصبحت هزازات العصا الآن جزءًا قياسيًا من طائرات الركاب التجارية. ومع ذلك، لا تزال المشكلة تسبب الحوادث؛ في 3 يونيو 1966، فقدت طائرة هوكر سيدلي ترايدنت (G-ARPY) بسبب انهيار عميق ؛ ^[57] يُشتبه في أن الانهيار العميق كان سببًا لتحطم طائرة ترايدنت أخرى ( رحلة الخطوط الجوية البريطانية الأوروبية رقم 548 G-ARPI ) - المعروفة باسم "كارثة ستينز" - في 18 يونيو 1972، عندما فشل الطاقم في ملاحظة الظروف وقام بتعطيل نظام استعادة الانهيار. ^[58] في 3 أبريل 1980، تحطم نموذج أولي لطائرة رجال الأعمال كندير تشالنجر بعد دخولها في حالة توقف عميق من ارتفاع 17000 قدم واشتعال محركيها. تعافت من حالة التوقف العميق بعد نشر المظلة المضادة للدوران ولكنها تحطمت بعد عدم تمكنها من التخلص من المظلة أو إعادة إشعال المحركات. لم يتمكن أحد طياري الاختبار من الهروب من الطائرة في الوقت المناسب وقُتل. ^[59] في 26 يوليو 1993، فقدت طائرة كندير سي آر جيه-100 في اختبار الطيران بسبب حالة توقف عميق. ^[60] تم الإبلاغ عن دخول طائرة بوينج 727 في حالة توقف عميق في اختبار طيران، لكن الطيار تمكن من هز الطائرة إلى زوايا ميل أعلى بشكل متزايد حتى سقط الأنف أخيرًا وتم استعادة استجابة التحكم الطبيعية. ^[61] كما نُسب تحطم رحلة ويست كاريبيان إيروايز رقم 708 في عام 2005 إلى حالة توقف عميق.

يمكن أن تحدث حالات توقف عميقة في مواقف ميل طبيعية ظاهريًا، إذا كانت الطائرة تهبط بسرعة كافية. ^[62] يأتي تدفق الهواء من الأسفل، لذا تزداد زاوية الهجوم. ألقت التكهنات المبكرة حول أسباب تحطم طائرة الخطوط الجوية الفرنسية الرحلة 447 باللوم على توقف عميق لا يمكن إصلاحه، حيث هبطت في وضع مسطح تقريبًا (15 درجة) بزاوية هجوم تبلغ 35 درجة أو أكثر. ومع ذلك، فقد تم إيقافها في انزلاق متوقف من قبل الطيارين، الذين رفعوا مقدمة الطائرة وسط كل الارتباك حول ما كان يحدث بالفعل للطائرة. ^[63]

تتعرض الطائرات ذات التصميم المائل أيضًا لخطر الوقوع في حالة توقف عميق. تحطمت طائرتان من طراز Velocity بسبب توقف عميق مقفل. ^[64] كشفت الاختبارات أن إضافة أصفاد الحافة الأمامية للجناح الخارجي منعت الطائرة من الوقوع في حالة توقف عميق. تحطمت طائرة Piper Advanced Technologies PAT-1، N15PT، وهي طائرة أخرى ذات تصميم مائل، في حادث يُعزى إلى توقف عميق. ^[65] أظهر اختبار نفق الرياح للتصميم في مركز أبحاث ناسا لانغلي أنه كان عرضة لتوقف عميق. ^[66]

في أوائل الثمانينيات من القرن العشرين، تم تعديل طائرة شراعية من طراز Schweizer SGS 1-36 لتتناسب مع برنامج الطيران العميق الخاضع للرقابة التابع لوكالة ناسا . ^[67]

يتسبب انحناء الجناح وانحرافه في توقف الطائرة عند طرف الجناح قبل الجذر. يجب أن يكون موضع الجناح المائل على طول جسم الطائرة بحيث يكون الرفع من جذر الجناح، أمام مركز ثقل الطائرة (cg)، متوازنًا مع طرف الجناح، خلف مركز الثقل ^[68] إذا توقف الطرف أولاً، فإن توازن الطائرة يختل مما يتسبب في ارتفاع الأنف بشكل خطير . يجب أن تتضمن الأجنحة المائلة ميزات تمنع الارتفاع الناتج عن توقف الطرف المبكر.

يتمتع الجناح المكنوس بمعامل رفع أعلى على الألواح الخارجية منه على الجناح الداخلي، مما يتسبب في وصولها إلى أقصى قدرة رفع لها أولاً ثم توقفها أولاً. يحدث هذا بسبب نمط الغسل السفلي المرتبط بالأجنحة المكنوسة/المدببة. ^[69] لتأخير توقف الطرف، يتم غسل الجناح الخارجي لتقليل زاوية هجومه. يمكن أيضًا تعديل الجذر بحافة أمامية مناسبة وقسم جناح للتأكد من توقفه قبل الطرف. ومع ذلك، عند تجاوز معدل توقف الطرف، قد تظل الأطراف متوقفة تمامًا قبل الجناح الداخلي على الرغم من حدوث الانفصال الأولي في الداخل. يتسبب هذا في ارتفاع الانحدار بعد التوقف والدخول في توقف فائق على تلك الطائرات ذات خصائص التوقف الفائق. ^[70] يوجد أيضًا تدفق محسوب للطبقة الحدودية على الأجنحة المكنوسة ويسبب توقف الطرف. يمكن تقليل كمية الهواء المتدفق من الطبقة الحدودية إلى الخارج عن طريق توليد دوامات بجهاز حافة أمامية مثل سياج أو شق أو سن منشار أو مجموعة من مولدات الدوامات خلف الحافة الأمامية. ^[71]

يمكن تجهيز الطائرات ذات الأجنحة الثابتة بأجهزة لمنع أو تأجيل التوقف أو جعله أقل (أو في بعض الحالات أكثر) حدة، أو جعل الاسترداد أسهل.

• يمكن إدخال التواء ديناميكي هوائي على الجناح مع لف الحافة الأمامية بالقرب من طرف الجناح لأسفل. يُطلق على هذا الانحراف ويتسبب في توقف جذر الجناح قبل طرف الجناح. هذا يجعل التوقف لطيفًا وتدريجيًا. نظرًا لأن التوقف يتأخر عند أطراف الجناح، حيث توجد الجنيحات ، يتم الحفاظ على التحكم في التدحرج عندما يبدأ التوقف.
• شريط التوقف هو جهاز صغير ذو حافة حادة، عندما يتم تثبيته على الحافة الأمامية للجناح، فإنه يشجع التوقف على البدء من هناك بدلاً من أي مكان آخر على الجناح. إذا تم تثبيته بالقرب من جذر الجناح، فإنه يجعل التوقف لطيفًا وتقدميًا؛ إذا تم تثبيته بالقرب من طرف الجناح، فإنه يشجع الطائرة على إسقاط جناح عند التوقف.
• سياج الحظيرة عبارة عن لوحة مسطحة في اتجاه الوتر لمنع التدفق المنفصل من التقدم على طول الجناح ^[72]
• مولدات الدوامات ، شرائح صغيرة من المعدن أو البلاستيك توضع أعلى الجناح بالقرب من الحافة الأمامية وتبرز بعد الطبقة الحدودية إلى التيار الحر. وكما يوحي الاسم، فإنها تعمل على تنشيط الطبقة الحدودية عن طريق خلط تدفق الهواء الحر مع تدفق الطبقة الحدودية، وبالتالي إنشاء دوامات، وهذا يزيد من الزخم في الطبقة الحدودية. من خلال زيادة زخم الطبقة الحدودية، يمكن تأخير فصل تدفق الهواء والتوقف الناتج.
• إن اللوح المضاد للتوقف هو امتداد للحافة الأمامية يعمل على توليد دوامة على السطح العلوي للجناح لتأجيل التوقف.
• دافع العصا هو جهاز ميكانيكي يمنع الطيار من إيقاف الطائرة. فهو يدفع التحكم في المصعد للأمام عند اقتراب الطائرة من التوقف، مما يتسبب في تقليل زاوية الهجوم. وبعبارات عامة، يُعرف دافع العصا بجهاز تحديد التوقف أو نظام تحديد التوقف . ^[73]
• اهتزاز العصا هو جهاز ميكانيكي يهز أدوات التحكم في الطيار للتحذير من بداية التوقف.
• تحذير التوقف هو جهاز إلكتروني أو ميكانيكي يصدر تحذيرًا صوتيًا عند اقتراب سرعة التوقف. تحتوي غالبية الطائرات على شكل من أشكال هذا الجهاز الذي يحذر الطيار من توقف وشيك. أبسط جهاز من هذا القبيل هو بوق تحذير التوقف ، والذي يتكون إما من مستشعر ضغط أو علامة تبويب معدنية متحركة تعمل على تشغيل مفتاح وتصدر تحذيرًا صوتيًا استجابة لذلك.
• إن مؤشر زاوية الهجوم للطائرات الخفيفة، "AlphaSystemsAOA" و" مؤشر احتياطي الرفع " المتطابق تقريبًا، كلاهما عبارة عن أدوات لفرق الضغط تعرض هامشًا أعلى من التوقف و/أو زاوية الهجوم على قراءة فورية مستمرة. يعرض جهاز General Technics CYA-100 زاوية الهجوم الحقيقية عبر ريشة مقترنة مغناطيسيًا. يوفر مؤشر زاوية الهجوم عرضًا مرئيًا لكمية الرفع المتاحة في جميع أنحاء الغلاف الخاص بالسرعة البطيئة بغض النظر عن العديد من المتغيرات التي تؤثر على الطائرة. يستجيب هذا المؤشر على الفور للتغيرات في السرعة وزاوية الهجوم وظروف الرياح، ويعوض تلقائيًا عن وزن الطائرة وارتفاعها ودرجة حرارتها.
• محدد زاوية الهجوم أو "محدد ألفا" هو كمبيوتر طيران يمنع تلقائيًا مدخلات الطيار من التسبب في ارتفاع الطائرة فوق زاوية التوقف. يمكن للطيار تعطيل بعض محددات ألفا.

غالبًا ما تتضمن أنظمة تحذير التوقف مدخلات من مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار والأنظمة لتشمل مستشعر زاوية هجوم مخصص.

يمكن أن يؤدي انسداد أو تلف أو عدم تشغيل مجسات التوقف وزاوية الهجوم (AOA) إلى عدم موثوقية تحذير التوقف ويتسبب في تعطل دافع العصا، وتحذير السرعة الزائدة، والطيار الآلي، ومثبط الانحراف. ^[74]

إذا تم استخدام جناح أمامي للتحكم في الميل، بدلاً من الذيل الخلفي، فإن الجناح مصمم لمقابلة تدفق الهواء بزاوية هجوم أكبر قليلاً من الجناح. لذلك، عندما يزداد ميل الطائرة بشكل غير طبيعي، فإن الجناح عادةً ما يتوقف أولاً، مما يتسبب في هبوط الأنف وبالتالي منع الجناح من الوصول إلى زاوية الهجوم الحرجة. وبالتالي، يتم تقليل خطر توقف الجناح الرئيسي بشكل كبير. ومع ذلك، إذا توقف الجناح الرئيسي، يصبح التعافي صعبًا، حيث يتوقف الجناح بشكل أعمق، وتزداد زاوية الهجوم بسرعة. ^[75]

إذا تم استخدام ذيل خلفي، يتم تصميم الجناح للتوقف قبل الذيل. في هذه الحالة، يمكن تحريك الجناح بمعامل رفع أعلى (أقرب إلى التوقف) لإنتاج المزيد من الرفع الإجمالي.

تحتوي أغلب الطائرات المقاتلة العسكرية على مؤشر زاوية الهجوم بين أجهزة الطيار، والذي يسمح للطيار بمعرفة مدى قرب الطائرة من نقطة التوقف. كما يمكن لأجهزة الطائرات الحديثة قياس زاوية الهجوم، على الرغم من أن هذه المعلومات قد لا تُعرض مباشرة على شاشة الطيار، بل تعمل بدلاً من ذلك على تشغيل مؤشر تحذير التوقف أو إعطاء معلومات الأداء إلى كمبيوتر الطيران (بالنسبة لأنظمة الطيران السلكية).

مع توقف الجناح، تقل فعالية الجنيحات ، مما يجعل التحكم في الطائرة صعبًا ويزيد من خطر الدوران. بعد التوقف، تتطلب الرحلة الثابتة بعد زاوية التوقف (حيث يكون معامل الرفع هو الأكبر) دفع المحرك لاستبدال الرفع، بالإضافة إلى أدوات تحكم بديلة لاستبدال فقدان فعالية الجنيحات. يتم تنفيذ عمليات التوقف قصيرة المدى عند 90-120 درجة (على سبيل المثال، كوبرا بوجاتشيف ) أحيانًا في العروض الجوية. ^[76] كانت أعلى زاوية هجوم في رحلة مستمرة تم إثباتها حتى الآن 70 درجة في X-31 في مركز درايدن لأبحاث الطيران . ^[77] الرحلة المستمرة بعد التوقف هي نوع من القدرة الفائقة على المناورة .

باستثناء التدريب على الطيران واختبار الطائرات والاستعراضات الجوية ، فإن التوقف المفاجئ عادة ما يكون حدثًا غير مرغوب فيه. ومع ذلك، فإن المفسدات (والتي تسمى أحيانًا قلابات الرفع) هي أجهزة يتم نشرها عمدًا لإنشاء فصل تدفق يتم التحكم فيه بعناية فوق جزء من جناح الطائرة لتقليل الرفع الذي يولد، وزيادة السحب، والسماح للطائرة بالنزول بشكل أسرع دون اكتساب السرعة. ^[78] يتم نشر المفسدات أيضًا بشكل غير متماثل (جناح واحد فقط) لتعزيز التحكم في الانقلاب. يمكن أيضًا استخدام المفسدات في عمليات الإقلاع الفاشلة وبعد ملامسة العجلة الرئيسية عند الهبوط لزيادة وزن الطائرة على عجلاتها لتحسين عمل الكبح.

على عكس الطائرات التي تعمل بالطاقة، والتي يمكنها التحكم في الهبوط عن طريق زيادة أو تقليل الدفع، يتعين على الطائرات الشراعية زيادة السحب لزيادة معدل الهبوط. في الطائرات الشراعية عالية الأداء، يتم استخدام نشر المفسد على نطاق واسع للتحكم في الاقتراب من الهبوط.

يمكن أيضًا اعتبار المفسدات بمثابة "مخفضات رفع" لأنها تقلل من رفع الجناح الذي يوجد فيه المفسد. على سبيل المثال، يمكن عكس الانقلاب غير المأذون به إلى اليسار عن طريق رفع مفسد الجناح الأيمن (أو عدد قليل فقط من المفسدات الموجودة في أجنحة الطائرات الكبيرة). يتمتع هذا بميزة تجنب الحاجة إلى زيادة الرفع في الجناح الذي ينخفض ​​(وهو ما قد يجعل هذا الجناح أقرب إلى التوقف).

توفي الطيار الألماني أوتو ليلينتال أثناء الطيران في عام 1896 نتيجة لتعطل الطائرة. واجه ويلبر رايت التعطل لأول مرة في عام 1901، أثناء تحليقه بطائرته الشراعية الثانية. أدى إدراك حادث ليلينتال وتجربة ويلبر إلى تحفيز الأخوين رايت لتصميم طائرتهما في شكل " كانارد ". يُزعم أن هذا جعل عمليات التعافي من التعطل أسهل وأكثر لطفًا. يُزعم أن التصميم أنقذ حياة الأخوين أكثر من مرة. ^[79] على الرغم من أن تكوينات كانارد، دون تصميم دقيق، يمكن أن تجعل التعطل غير قابل للتعافي. ^[80]

عمل مهندس الطائرات خوان دي لا سييرفا على مشروعه " أوتوجيرو " لتطوير طائرة ذات أجنحة دوارة ، والتي كان يأمل ألا تتوقف، وبالتالي تكون أكثر أمانًا من الطائرات العادية. وفي تطوير طائرة " أوتوجيرو " الناتجة، حل العديد من المشاكل الهندسية التي جعلت من الممكن تصنيع المروحية .

المقالات

• سلامة الطيران
• ركن التابوت (الديناميكا الهوائية)
• كشك الضاغط
• معامل الرفع
• الدوران (الطيران)
• المفسد (علم الطيران)
• التواء الجناح

حوادث بارزة

• حادث اختبار BAC One-Eleven عام 1963
• حادثة فيلثورب ترايدنت عام 1966
• رحلة رقم 548 للخطوط الجوية البريطانية الأوروبية
• رحلة الخطوط الجوية الصينية رقم 140
• رحلة الخطوط الجوية الصينية رقم 676
• رحلة رقم 691 لشركة طيران ييتي
• رحلة الخطوط الجوية الفرنسية رقم 447
• رحلة طيران كولجان رقم 3407
• رحلة الخطوط الجوية التركية رقم 1951
• طيران آسيا الإندونيسية الرحلة رقم 8501
• رحلة رقم 708 لشركة ويست كاريبيان للطيران
• حادثة تحطم طائرة ليرجيت تيتربورو 2017
• رحلة رقم 6231 لشركة نورث ويست أورينت إيرلاينز
• رحلة طيران لينهاس رقم 2283

• تقرير القوات الجوية الأمريكية وحلف شمال الأطلسي RTO-TR-015 AC/323/(HFM-015)/TP-1 (2001
• أندرسون، جيه دي، تاريخ الديناميكا الهوائية (1997). مطبعة جامعة كامبريدج. ISBN 0-521-66955-3 
• إدارة الطيران الفيدرالية (2007). "الطيران البطيء، والتوقف، والدوران". دليل طيران الطائرات (الطبعة الثانية). نيويورك: دار نشر سكاي هورس. ص 4-1 إلى 4-16. رقم ISBN 978-1-60239-003-4.
• LJ Clancy (1975)، الديناميكا الهوائية ، Pitman Publishing Limited، لندن. ISBN 0-273-01120-0 
• ستينجل، ر. (2004)، ديناميكيات الطيران ، مطبعة جامعة برينستون، ISBN 0-691-11407-2