فارنبورو، المملكة المتحدة – تعمل شركة إيرباص على إخراج برنامجها البحثي الخاص بجناح الغد من المختبر إلى الجو، حيث ستطلق حملة مدتها ثلاث سنوات لاختبار امتدادات الأجنحة على نطاق واسع على طائرة A321neo.
ستعيد الامتدادات، التي يبلغ طول كل منها عدة أمتار، الشكل الديناميكي الهوائي للجناح القابل للطي في وضع الطيران الممتد بالكامل. وقالت إيرباص إن الطائرة ستحمل أجهزة واسعة النطاق لقياس السلوك الهيكلي والأداء الديناميكي الهوائي والتغيرات في التعامل في ظل ظروف الطيران الحقيقية.
يمثل البرنامج خطوة مهمة نحو الجيل القادم من طائرات إيرباص ذات الممر الواحد، والتي تقوم الشركة المصنعة الأوروبية بفحص أجنحة أطول وأخف وزنا وأكثر رشاقة كواحدة من عدة طرق لتقليل حرق الوقود.
وسيتم تجميع الامتدادات في مركز تطوير تكنولوجيا أجنحة إيرباص في فيلتون، إنجلترا، مع إجراء اختبارات الطيران من تولوز، فرنسا. وقد قامت شركة إيرباص بالفعل ببناء ثلاثة نماذج أرضية يبلغ طولها 17 مترًا وتضم أكثر من 100 تقنية تصنيع وتجميع. منذ عام 2014، تلقى برنامج Wing of Tomorrow الأوسع تمويلًا بقيمة 227 مليون جنيه إسترليني من خلال برنامج معهد تكنولوجيا الفضاء الجوي في المملكة المتحدة.
وقالت سو بارتريدج، رئيسة برنامج جناح الغد: “الأهم من ذلك، أن الجناح هو أحد أكبر الروافع لدينا لتحسين كفاءة الطيران”. وقالت إن الحملة ستسمح لشركة إيرباص “بتحدي حدود التصميم التقليدي بأمان واستكشاف فوائد الأجنحة الأطول”.
ينطلق العرض التوضيحي لجناح الأداء eXtra
بعد النظر في كيفية عمل الأجنحة وكيفية تصنيعها من قبل شركة إيرباص، تركز الحلقة الثالثة من سلسلة أجنحة لدينا على عرض توضيحي لتكنولوجيا إيرباص الموجودة بالفعل
لماذا يمكن للأجنحة الأطول توفير الوقود؟
ينتج الجناح الطويل النحيف قوة رفع أكثر كفاءة من الجناح الأقصر ذي المساحة المماثلة. يمكن أن تؤدي زيادة طول الجناح إلى تقليل السحب الناتج عن الرفع – وهو التأثير الديناميكي الهوائي الناتج عن توليد الطائرة للرفع – وبالتالي تقليل الدفع والوقود المطلوب أثناء الطيران.
ويعتبر هذا المفهوم جذابًا بشكل خاص للطائرات ذات الممر الواحد، التي تقوم بتشغيل غالبية الرحلات التجارية في العالم. وتتوقع إيرباص أن تحتاج شركات الطيران إلى 33,920 طائرة جديدة ذات ممر واحد بين عامي 2026 و2045، مما يجعل التحسينات المتواضعة في استهلاك الوقود كبيرة عند ضربها عبر عشرات الآلاف من الطائرات وملايين الرحلات الجوية.
ولم تكشف إيرباص عن هدف محدد لتوفير الوقود لتمديدات جناح الغد. وأي تحسين نهائي سيعتمد على التصميم الكامل للطائرة، بما في ذلك الوزن الهيكلي والمحركات وأنظمة التحكم في الطيران والمهام الجوية.
توضح الأبحاث المستقلة لوكالة ناسا وبوينج الإمكانات بدلاً من إثبات أداء تصميم إيرباص. وقد توقعت الدراسات التي أجريت على جناح Transonic Truss-Braced ذو النسبة العالية من الارتفاع التابع لناسا وبوينغ تخفيضات في حرق الوقود لكل مقعد بنسبة 5٪ إلى 9٪ تقريبًا، اعتمادًا على افتراضات التصميم والمهمة. تستخدم هذه الطائرة جناحًا مدعومًا بأقواس هيكلية وليس هو نفس التكوين الذي تخطط شركة إيرباص لاختباره، لذلك لا ينبغي تطبيق هذه الأرقام مباشرة على جناح الغد.
تتمثل المقايضة الهندسية في أن الجناح الأطول يتعرض لأحمال انحناء أكبر. ولذلك قد يتطلب المزيد من التعزيز الهيكلي، مما يزيد الوزن ويمكن أن يمحو جزءًا من الفائدة الديناميكية الهوائية. ويمكن أن يتجاوز أيضًا حدود جناحي بوابات المطار وممراته الحالية.
يوفر القسم الخارجي القابل للطي حلاً ممكنًا: يمكن للجناح أن يمتد إلى كامل امتداده الديناميكي الهوائي أثناء الطيران ويمكن طيه بعد الهبوط ليناسب البنية التحتية الحالية للمطار.
هل شركة إيرباص هي أول شركة تحاول ذلك؟
لا، لقد تم استخدام الأجنحة القابلة للطي لعقود من الزمن في الطائرات العسكرية التي تعمل من حاملات الطائرات، وذلك في المقام الأول لتقليل مساحة التخزين بدلاً من استهلاك الوقود.
في مجال الطيران التجاري، ذهبت شركة بوينغ أبعد من أي شركة تصنيع كبرى أخرى نحو تقديم هذا المفهوم على طائرات الركاب المنتجة. تحتوي طائرة 777X على أطراف أجنحة قابلة للطي يبلغ طولها 3.5 مترًا، مما يمنح الطائرة مسافة 72 مترًا أثناء الطيران، بينما تسمح لها باستخدام العديد من بوابات المطار نفسها التي كانت تستخدم في طرازات 777 السابقة بعد طي الأطراف لأعلى. تصف بوينغ النظام بأنه طيران تجاري أولاً.
ومع ذلك، يختلف برنامج إيرباص في عدة جوانب. إن طائرة 777X عبارة عن طائرة كبيرة ذات ممرين، بينما تقوم شركة إيرباص باختبار التكنولوجيا المستخدمة في سوق الطائرات ذات الممر الواحد ذات الحجم الأكبر بكثير. تعتزم شركة إيرباص أيضًا اختبار الأشكال الهندسية المتعددة للأجنحة على طائرة A321neo الحالية بدلاً من التحقق من صحة تصميم الإنتاج النهائي على الفور.
لقد قامت شركة إيرباص نفسها باستكشاف الأجنحة المفصلية من قبل. تم اختبار متظاهر AlbatrossONE الصغير الذي يتم التحكم فيه عن بعد بأطراف أجنحته شبه المرنة التي ترفرف بحرية والتي تتفاعل مع العواصف. وصفتها شركة إيرباص بأنها أول طائرة تجريبية ترفرف بأطراف أجنحتها بحرية أثناء الطيران، على الرغم من أنها لم تكن طائرة ركاب كاملة الحجم.
وتقوم الشركة أيضًا بتجميع جناح eXtra Performance Wing الذي يتم توجيهه عن بعد. وعلى عكس الامتدادات الثابتة المخطط لها لطائرة الاختبار A321neo، يبحث هذا المشروع في جناح قادر على تغيير شكله أثناء الطيران. ومن المقرر القيام برحلة أولى قبل نهاية عام 2026.
وقد اتبعت وكالة ناسا وبوينج حلاً آخر من خلال جناح Transonic Truss-Braced، الذي يستخدم دعامات خارجية لدعم جناح طويل ورفيع بشكل استثنائي. يوضح هذا المفهوم أن البحث على مستوى الصناعة عن جناح أكبر لا يقتصر على الأطراف القابلة للطي أو على شركة إيرباص.
هل الأجنحة القابلة للطي آمنة؟
لا يعتبر الجناح القابل للطي غير آمن بطبيعته، ولكنه يسبب مخاطر غير موجودة في الجناح الثابت التقليدي. وتشمل هذه المشاكل التمديد غير الكامل، والقفل غير المناسب، والتشغيل غير المتماثل، وفشل المحرك أو المستشعر، والإجهاد الهيكلي حول المفصلة، والتلف أثناء المناولة الأرضية وأخطاء الصيانة.
لن تطير طائرة الاختبار Airbus A321neo في البداية بأطراف قابلة للطي أثناء التشغيل العادي. سوف تحاكي الامتدادات هندسة الجناح الممتدة بالكامل، مما يسمح لشركة إيرباص بدراسة الديناميكيات الهوائية والتحكم قبل إضافة تعقيد نظام الطي الكامل.
يتيح هذا النهج المرحلي للمهندسين جمع بيانات التحميل والتعامل مع العالم الحقيقي مع الحد من عدد المتغيرات الجديدة التي يتم تقديمها مرة واحدة. وتستخدم إيرباص أيضًا النمذجة الرقمية واختبار نفق الرياح لتحسين الامتدادات قبل الرحلة.
تُظهر متطلبات شهادة Boeing 777X كيف من المرجح أن يتعامل المنظمون مع أي نظام نهائي لأجنحة إيرباص القابلة للطي.
قررت إدارة الطيران الفيدرالية الأمريكية أن الطائرة التي تقلع وأطراف أجنحتها موضوعة بشكل غير صحيح أو غير آمنة قد تواجه حدثًا كارثيًا. تتطلب ظروفها الخاصة أن يتم منع مثل هذا التكوين بمستوى عالٍ للغاية من الموثوقية، ولا ينتج عن فشل واحد وينتج تحذيرات مناسبة للطاقم.
كما طلبت إدارة الطيران الفيدرالية أيضًا ضمانات ضد فتح الأطراف أثناء الطيران، والتقييم الهيكلي للمفصلات والآليات، وحماية الموظفين الأرضيين والتعامل المقبول أثناء عمليات الطي والتحريك والرياح المتقاطعة.
يقوم نظام التشغيل المخطط لشركة بوينغ بطي أطراف طائرة 777X تلقائيًا بعد الهبوط تحت سرعة أرضية محددة، بينما تظهر مؤشرات قمرة القيادة ما إذا كانت مطوية أو متحركة أو ممتدة. تكون الإجراءات مطلوبة أيضًا في حالة فشل أحد الطرفين أو كليهما في الطي أو التمدد.
وبالمثل، ستحتاج طائرة إنتاج إيرباص التي تشتمل على أجنحة قابلة للطي إلى اجتياز تقييمات شاملة للهيكل، والتحكم في الطيران، وسلامة النظام، والصواعق، والتعب، والتجمد، وعمليات المطار قبل التصديق من قبل وكالة سلامة الطيران التابعة للاتحاد الأوروبي وغيرها من الهيئات التنظيمية.
ما الذي يمكن أن يختبره الركاب؟
ولا ينبغي للمسافرين أن يتوقعوا رؤية فرق فوري خلال برنامج اختبار A321neo، وهو عبارة عن حملة تكنولوجية وليس إطلاق منتج لشركة طيران.
إذا دخلت الأجنحة عالية الامتداد في النهاية الخدمة التجارية، فإن الفائدة الرئيسية للركاب ستكون غير مباشرة: انخفاض استهلاك الوقود يمكن أن يقلل تكاليف تشغيل شركات الطيران والانبعاثات لكل راكب. وقد تساعد الكفاءة الديناميكية الهوائية الأكبر أيضًا الطائرات على التحليق لمسافات أبعد أو حمل المزيد من الحمولة، اعتمادًا على كيفية استخدام شركات الطيران والمصنعين لمكاسب الأداء.
تتطلب ادعاءات القيادة الأكثر سلاسة مزيدًا من الحذر.
الجناح الثابت الأطول لا يزيل الاضطراب تلقائيًا. في بعض الظروف، يمكن للجناح الأكثر مرونة أن يمتص ويعيد توزيع أحمال الرياح، لكن جودة الركوب تعتمد على الهيكل وبرنامج التحكم في الطيران ووزن الطائرة وسرعتها ونوع الاضطرابات الجوية.
تم تصميم مفهوم AlbatrossONE الذي يرفرف بحرية من إيرباص خصيصًا للاستجابة للرياح وتخفيف أحمال الأجنحة ومكافحة بعض تأثيرات الاضطرابات الجوية. تعتبر امتدادات جناح الغد الثابتة المخطط لها الآن لطائرة A321neo تجربة مختلفة، ولم تعد شركة إيرباص بأنها ستجعل مقصورة الركاب أكثر سلاسة بشكل ملحوظ.
قد يلاحظ الركاب الجالسين فوق أو خلف قسم الطي المستقبلي أيضًا حركة الجناح أثناء تحرك الطائرة. سيحتاج أي نظام إنتاج إلى إجراءات واضحة لمنع التأخير غير الضروري إذا فشل الطرف في الانتقال إلى الموضع المطلوب.
يمكن أن يكون التوافق مع المطارات في نهاية المطاف فائدة مهمة للركاب. قد تسمح الأطراف القابلة للطي لشركات الطيران باستخدام طائرات أكثر كفاءة دون إجبار المطارات على إعادة بناء البوابات أو توسيع الممرات أو تقييد العمليات. على العكس من ذلك، قد تتطلب أعطال النظام في بعض الأحيان طرق بديلة لسيارات الأجرة، أو تدخل الصيانة أو العودة إلى البوابة، كما هو متوقع في التخطيط التشغيلي المنشور لشركة Boeing لطائرة 777X.
مسألة الكفاءة أكبر من الجناح
يعد Wing of Tomorrow جزءًا من حزمة تقنية أوسع تدرسها شركة إيرباص لطائرتها القادمة ذات الممر الواحد.
تدرس الشركة المصنعة أيضًا أنظمة الدفع المتقدمة والمواد الأخف وزنًا والأكثر قابلية لإعادة التدوير وأنظمة الطيران الرقمية والتقنيات الكهربائية الهجينة. وتخطط إيرباص وCFM International لاختبار بنية محرك RISE ذي المروحة المفتوحة على طائرة A380 في وقت لاحق من هذا العقد، حيث يستهدف مفهوم الدفع خفض استهلاك الوقود وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون بنسبة 20٪ مقارنة بالمحركات ذات الممر الواحد الأكثر كفاءة اليوم.
وبالتالي فإن شركة إيرباص لا تحتاج إلى الجناح لتحقيق تحسين الكفاءة بالكامل. يمكن للطائرة النهائية أن تجمع بين مكاسب أصغر من الديناميكا الهوائية والدفع وتقليل الوزن والأنظمة.
وسيكون التحدي التجاري هو تحقيق هذه المكاسب دون إنتاج جناح باهظ الثمن أو ثقيل أو بطيء التصنيع. وتقول شركة إيرباص إن عروضها الأرضية السابقة اختبرت أساليب الإنتاج التي تهدف إلى تقليل أعمال تجميع الأجنحة بأكثر من 50%، مما يشير إلى أن قابلية التوسع الصناعي تعد عنصرًا أساسيًا في البرنامج مثل الأداء الديناميكي الهوائي.
اختبار مهم، ولكن ليس بعد طائرة جديدة
إن الإعلان في فارنبورو لا يعني إطلاق طراز جديد من طائرات إيرباص، ولا يؤكد أن طائرة إيرباص المستقبلية ذات الممر الواحد سيكون لها أجنحة قابلة للطي.
