الملخص:
حصلت شركة لوفتهانزا تكنيك الألمانية مؤخرا على موافقة من وكالة سلامة الطيران الأوروبية لتركيب المادة السطحية الإلكترونية "AeroSHARK" التي طورتها على طائرة ركاب من طراز إيرباص A330-300 وإجراء اختبارات الطيران. ويأمل فريق التطوير في استخدام الخصائص الهيكلية لجلد سمك القرش لمساعدة طائرات الركاب الكبيرة على التحرك في الهواء بكفاءة أكبر مثل سباحة سمك القرش.
بالنسبة لصناعة الطيران الحديثة، كانت مقاومة الهواء إحدى أكبر التحديات دائمًا.
على الرغم من أن جسم الطائرة الحديثة يبدو سلسًا جدًا، إلا أنه من المقياس المجهري، فإن سطحه المعدني يحتوي في الواقع على عدد كبير من الهياكل الصغيرة غير المستوية. عندما تطير طائرة بسرعة حوالي 890 كيلومترًا في الساعة، ستلتصق طبقة رقيقة من الهواء بسطح جسم الطائرة.
بين الجسم وهذه الطبقة من الهواء توجد منطقة يبلغ سمكها حوالي 1 ملم. هذه المنطقة، التي تسمى الطبقة الفرعية اللزجة، مليئة بكتلة فوضوية وغير منتظمة من الدوامات الصغيرة واضطرابات الهواء.
إن هذه الاضطرابات الصغيرة الحجم التي تبدو غير واضحة هي التي تشكل ما يسمى بـ "مقاومة الاحتكاك السطحي". وتظهر الأبحاث أن هذا النوع من المقاومة يمثل حوالي نصف مقاومة الهواء الإجمالية للطائرة، وبالتالي يصبح عاملاً مهمًا يؤثر على استهلاك الوقود وكفاءة الطيران.
لطالما بحث مهندسو الطيران عن طرق لإضعاف هذا السحب، وتأتي الإجابة في نهاية المطاف من الحيوانات المفترسة في المحيط.
على الرغم من أن الناس غالبًا ما يعتقدون أن أسماك القرش ناعمة جدًا، إلا أن جلدها مغطى في الواقع بقشور صغيرة للغاية. تشبه هذه القشور، التي تسمى الأسنان، أسنانًا صغيرة ذات هياكل مرتفعة متباعدة بشكل منتظم.
تحدد هذه الأنسجة الصغيرة اتجاه جسم القرش. عندما يتدفق الماء من خلاله، يتم أيضًا تشكيل عدد كبير من الدوامات الدقيقة. ومع ذلك، فإن النتوءات الموجودة على سطح الأسنان الجلدية يمكن أن تحصر هذه الدوامات بعيدًا عن الجلد، وبالتالي تقلل من الاضطراب المباشر لتدفق المياه على سطح الجسم.
وهذه الآلية هي التي تساعد أسماك القرش على السباحة بسرعات عالية في مياه البحر بكفاءة أكبر.
إن مفهوم تصميم AeroSHARK مستمد من هذه الظاهرة الطبيعية.
يتكون النظام في الأساس من طبقة من فيلم البوليمر الخاص مع عدد كبير من الأخاديد الدقيقة التي يبلغ عرضها حوالي 50 ميكرون فقط والمزخرفة على سطحها. ومن خلال تقليد الارتفاع والتباعد والشكل الهندسي لأسنان جلد سمك القرش، يأمل الباحثون في تحقيق تأثير تقليل السحب مماثل لتأثير أسماك القرش.
بعد التثبيت، سيغطي هذا الغشاء الجزء الخارجي من جسم الطائرة مثل فيلم كبير. عندما يتدفق الهواء عبر هذه الهياكل الدقيقة، يتم إعادة تنظيم الاضطرابات التي تكونت في الأصل على سطح الطائرة، وبالتالي تقليل مقاومة الهواء وتحسين كفاءة الطيران.
وفقًا لحسابات شركة Lufthansa Technik، يمكن للإصدار الحالي من AeroSHARK تقليل استهلاك الوقود وانبعاثات الكربون لرحلة واحدة بنسبة 1% تقريبًا. وإذا تم توسيعه ليشمل أجزاء مثل الأجنحة والذيل في المستقبل، فمن المتوقع أن يزيد تأثير خفض الانبعاثات إلى حوالي 2%.
لا تعني هذه الموافقة على الاختبار أن AeroSHARK قد تم وضعه موضع الاستخدام العملي لأول مرة.
في الواقع، تم اعتماد هذه التقنية للتشغيل التجاري على بعض طائرات الشحن وطائرات الركاب من طراز Boeing 777، وقد اكتسبت الكثير من الخبرة في عمليات المسار الحقيقي.
حتى الآن، تم تركيب نظام AeroSHARK على العديد من الطائرات طويلة المدى التابعة لمجموعة Lufthansa. ووفقا للبيانات الصادرة عن الشركة، فقد سجلت التقنيات ذات الصلة مئات الآلاف من سجلات التشغيل لساعات الطيران وساعدت شركات الطيران على توفير الكثير من استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون.
ومع ذلك، بالنسبة لطرز إيرباص، فإن شهادة A330 هذه لها أهمية خاصة.
باعتبارها ثاني أكثر طائرات الركاب طويلة المدى ذات الجسم العريض شيوعًا في العالم، ستستمر طائرة A330 في الخدمة في أسطول شركات الطيران العالمي لفترة طويلة في المستقبل. إذا حصلت AeroSHARK أخيرًا على شهادة رسمية وتم استخدامها على نطاق واسع، فإن حجمها المحتمل في السوق سيتجاوز نطاقها الحالي بكثير.
من أجل استكمال أعمال الاعتماد، أطلقت Lufthansa Technik خطط الاختبار ذات الصلة في مدينة دريسدن بألمانيا. ستخضع طائرة ركاب من طراز A330-300 تابعة لشركة Discover Airlines لتعديلات وستخضع لجولات متعددة من التحقق من الطيران لتقييم تأثير هذه التكنولوجيا على أداء الرحلة والسلامة والموثوقية التشغيلية.
في الوقت نفسه، يعمل فريق البحث والتطوير أيضًا على تطوير الجيل التالي من مادة AeroSHARK، على أمل ألا تغطي في المستقبل جسم الطائرة وهدية المحرك فحسب، بل سيتم تطبيقها أيضًا على المناطق التي تتحمل أحمالًا ديناميكية هوائية أكبر، مثل الأجنحة والذيول الأفقية والذيول الرأسية.
يعتقد المطلعون على الصناعة أنه في الوقت الذي تواجه فيه صناعة الطيران متطلبات صارمة بشكل متزايد للحد من الانبعاثات، فإن التقنيات الإلكترونية مثل AeroSHARK التي تعتمد بشكل مباشر على التصميم الطبيعي أصبحت اتجاهًا مهمًا لتحسين كفاءة الطيران. بالنسبة لشركات الطيران، حتى لو انخفض استهلاك الوقود بنسبة 1% فقط، فإن ذلك سيعني أيضًا توفيرًا كبيرًا في تكاليف التشغيل وتأثيرات خفض انبعاثات الكربون في شبكة المسارات العالمية الضخمة.
إن إضافة طائرة إيرباص A330 إلى برنامج الاختبار يعني أيضًا أن التكنولوجيا الإلكترونية المشتقة من جلد سمك القرش تتوسع لتشمل نطاقًا أوسع من أساطيل الطيران المدني.
التعليقات