books rotor system

نظام الدوار، أو الدوار كتسمية بسيطة، هو الجزء الذي يدور حول نفسه بالمروحية لإنتاج قوة الرفع، ويركب هذا النظام أفقيًا لكي يعطي الرفع بشكل عمودي كالدوار الرئيسي، أو يثبت بشكل عمودي لإعطاء قوة الرفع بشكل أفقي (كأنه قوة دفع) كما بالدوار الخلفي ليعادل تأثير اللي المعاكس. وفي حالة طائرات ذات الدوار المائل (بالإنجليزية: Tiltrotor)‏ يكون الدوار موجودًا في غرفة على طرف جناح الطائرة لنقل الدوار من الوضع الأفقي معطيًا رفعًا أفقيًا كدفع إلى الوضع العمودي معطيًا قوة رفع تمامًا كالمروحية.

يحتوي هذا النظام على عمود أو سارية، والمحور، والريش أو الشفرات. والسارية عبارة معدن اسطواني الشكل تتمد بالأعلى وتتحرك بواسطة ناقل الحركة. وفي أعلى السارية يوجد مركز الالتقاء مع ريش الدوار وتسمى تلك النقطة بالمحور. يمكن تثبيت الريش بالمحور بطرق عديدة، تُصنّف عن طريقها كيفية تثبيت الريش وتحركها مقارنة مع المحور الرئيسي، ويوجد لها ثلاث تصنيفات أساسية: ثابتة وشبه ثابتة ومفصلية بالكامل، بالرغم من أن الأنظمة الحديثة للدوارات تستخدم مزيج هندسي لتلك الأنواع.

الثابت

في نظام الدوار الثابت يكون كل من المحور والسارية والريش ثابتة مع بعضها البعض، لذلك فنظامها الميكانيكي يُعد في هذه الحالة أبسط من نظام الدوار المفصلي، فلا يوجد لديها مفاصل أفقية أو عمودية حتى تتمكن الريش من السحب أو التموج. كذلك فإن أحمال التشغيل الناتجة من الخفقان والقوى -التابع أو المتبوع- ستُمتص بإمالة الريش أكثر مما لو أن بها مفصل. تعادل الريش نفسها بالانحناء مع القوى التي تتطلب مفاصل قوية، وينجم عن ذلك جعل ردة فعل التحكم بنظام الدوار أقل بطأً لأن الدوار نفسه أقل يكون تمايلاً. يلغي النظام الثابت خطورة اهتزاز السارية المتأصلة بالدوارات شبه الثابتة، ويُسمى هذا الدوار أيضا باسم «دوار لامفصلي».

شبه ثابتة

يعطي نظام شبه الدوار حركتين مختلفتين: التمايل والتجديف، ويحتوي على ريشتين ملتصقتين بثبات على المحور الدوار والذي يكون ملتصقًا بدوره بالسارية بواسطة حامل المبرم مرتكز الدوران أو مفصل متأرجح ويكون حر الميلان على عمود الدوران الرئيسي. تجعل تلك الطريقة الريش قادرة على أن تتأرجح معًا، فإذا تأرجحت إحداهما للأعلى فإن الأخرى تخفق للأسفل. أما التجديف فإنه يكتمل مع فصالات التجديف، والتي تغير من زاوية التأرجح للشفرة، بما أنه لا يوجد مفصل للسحب العمودي، لذلك فالقوى (تابع ومتبوع) ستُمتص بإمالة الريشة.

تكون المروحية ذات الدوار شبه الثابت عرضة لحالة تعرف باهتزاز السارية والتي تسبب بتوقف تأرجح الدوار فيقطع السارية. تحصل حالة اهتزاز السارية خلال حالة «low-G» وهي حالة انعدام الوزن للطائرة كالسقوط أو عملية مناورة أفقية سريعة، لذلك تنص كتيبات التشغيل دومًا على عدّة تعليمات لتجنب جميع حالات انعدام الوزن.

مفصلية بالكامل

في النظام المفصلي الكامل، تتصل جميع الريش بمحور الدوار من خلال مجموعة من المفاصل، مما يسمح لكل شفرة أن تتحرك بحرية بمعزل عن الشفرات الأخرى. ويتكون هذا النظام من ثلاث شفرات فما فوق، قادرة على التمايل والتجديف وتشكّل تابعًا ومتبوعًا بشكل منفصل عن الأخرى. يسمى المفصل الأفقي بمفصل التموج ويسمح للشفرة بالحركة العمودية (فوق وتحت) وتلك الحركة التموجية تعمل لمعادلة ما يُسمى «بالرفع غير المتجانس» ويثبت مفصل التموج بمسافات مختلفة من محور الدوار، وقد يكون هناك أكثر من مفصل. أما المفصل العمودي، ويُسمى تابع-متبوع أو مفصل السحب، فهو يسمح بالحركة الأفقية (أمام وخلف أو السحب)، ويوجد به منظم كي يمنع زيادة الحركة الخلفية أو الأمامية حول مفصل السحب. وميزة هذا المنظم ومفصل السحب هي معادلته بين تزايد السرعة وتناقصها التي تحصل بسبب تأثير كوريوليس. بإمكان كل ريشة التجديف وذلك بدورانها حول محورها الطولي، فالتجديف يعني تغيير بزاوية التأرجح للريشة، حيث أن التغيير بزاوية التأرجح للريش من شأنه أن يسيطر على الدفع واتجاه قرص الدوار الرئيسي.

الموحد

بعض أنظمة الدوار الحديثة تستخدم كلا أساسيات أنظمة الدوار سالفة الذكر. بعض محاور الدوار تُشكل كمحور متحرك، مما يسمح بميلان الشفرة (تجعلها مرنة) دون حاجة إلى قواعد ارتكاز (سنادات) أو فصالات. وتسمى تلك الأنظمة بالمتمازج (بالإنجليزية: flexture؛ أي Flex-mixture)‏، وتكون مصنعة من خليط خامات. تُصنع قواعد الارتكاز المرنة من المطاط، وهي محدودية الحركة وتلائم تطبيقات المروحية، وقد تستعمل كبديل عن قواعد الارتكاز التقليدية. تعاني قطع المروحية من مجهود أقل وتستطيع أن تؤدي عملها لفترة أطول بسبب عدم احتياج قواعد الارتكاز المرنة أو المتمازجة إلى تشحيم، وسهولة صيانتها، بالإضافة إلى امتصاصها للاهتزازات.

أشكال مانع عزم الدوران

تستخدم معظم المروحيات دوارًا مفردًا، لكن عزم الدوران يجعل المحرك كأنما يحرك الدوار باتجاه معاكس لسحب الهواء مما يتسبب بدوران جسم المروحية في اتجاه معاكس لاتجاه الدوار نفسه. ولمنع ذلك يجب أن يوضع تحكم لمانع عزم الدوران، وهو كما وضعه إيجور سيكورسكي لطائرته VS-300 كدوار عمودي صغير على الذيل، فدوار الذيل إما أن يسحب أو يدفع الذيل باتجاه معاكس لتأثير عزم الدوران، فأقر بذلك العرف على المروحيات. وإن كان هناك بعض المروحيات تستخدم أنظمة بديلة لمعاكسة عزم الدوران بدلاً عن دوار الذيل، مثال على ذلك:

• نظام فنسترون أو المروحية قناتية الذيل (بالإنجليزية: FANTAIL)‏.
• نظام عديمة دوار الذيلK ويعطي معاكس لعزم الدوران مشابه لطريقة إنتاج الرفع عن طريق الجناح خلال ظاهرة كواندا (بالإنجليزية: Coandă effect)‏ على أنبوب الذيل.

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

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