الدفع الموجه والمناورة thrust vectoring and maneuver

اصبح
تقنية الدفع الموجه منتشرة على كثير من التطبيقات بدءا من الصواريخ الفضائية والصواريخ البالستية وصواريخ الجو-جو مرورا بالطائرات المقاتلة والتي ستكون جل حديثنا اليوم .

ظهرت اولى محركات الدفع الموجه في بداية التسعينات تحديدا حيث نضجت هذه التقنية وقتها بعد عقود من التجارب ومنذ ظهورها على ايدي الروس ومحركهم الAL-31FP والAL-37FU والامريكان مع محركهم الF-119 والF404-GE-400

واذا مااخذنا نموذجين لاعنف الطائرات مناورة (مثل SU-35 و F-22A ) فأنه من المعلوم انهما تستخدمان الدفع الموجه ، بل وتعتمدان عليه بشكل رئيسي . ميزة الدفع الموجه انها تعطي خصائص عديدة .. تقنية القرن ال21 هذه ستكون منشترة على


جميع الطائرات في الاعوام المقبلة ، وابتداءا من 2030 سنرى اغلب الطائرات في هذا العالم تستخدم الدفع الموجه سواء بالرافال او التايفون او الجربين او السوخوي-35 والسوخوي-50 والاف-22 رابتور وحتى الF-35A ومشروع المقاتلات المستقبلية الامريكي وكذلك المقاتلات الصينية J-10 و J-31 و J-20 .

وقبل المناقشة يجب ان نعلم ان المناورة العالية لاتحدث بمجرد استخدام الدفع الموجه وانما يجب ان تتحقق وفق الشروط التالية :

اولا : الوزن weight

ثانيا : الرفع lift

ثالثا : نسبة الدفع/وزن weight/Thrust 

رابعا : السحب : drag

تصميم الجناح : Wing design

الطائرة الثقيلة تستغرق وقت اطول للتبديل من مناورة الى مناورة اخرى وعند محاولة المناورة يؤدي ذلك الى تباطؤ الطائرة

خصوصا عند OODA - Lope (وتعني فهم جنسية الطيار المعادي وطريقة تفكيره ونوع تدريبه وتقاليده ) سيكون من الصعب على الطايار الحصول معلومات ومجريات عن الواقع وطبعا بسبب الضغط الشديد والغثيان الذي سيعانيه عند الجاذبية .

كذكلك عند قيام الطائرة بمحاولة التسلق ستتباطيء سرعتها كثيرا وقد تدخل في وضع الانهيار Stall طبعا ان كان في وضع السلم عليه ان يجد حلا ويعد الطائرة لوضعها وان كان في قتال تلاحمي فالافضل له ان يضع يده على مقبض الكرسي القاذف 

لذلك نرى اغلب المصممين حاليا يركزون كثيرا على موضوع الحمولة سواء حمولة الطائرة من الوقود او التسليح ودائما مايكون تسليح الطائرة لمهام الجو - جو خفيفا ( نموذج من مقاتلة التايفون مثلا يتسلح لمهام القتال الجوي ب6 صواريخ ميتور

و3 خزانات وقود وصاروخي ايريس-تي اي ان وزن الحمولة من الاسلحة وخزانات الوقود لن يزيد عن 3 طن )

الرفع : يسمح الرفع ببقاء الطائرة في الهواء من خلال مرور الهواء بين جناح الطائرة مولدا قوة الرفع وعندما تستخدم المقاتلة اسطح التحكم Flight control surfaces لتغيير الاتجاه يؤدي ذلك الى تصرف الرفع وزيادة في زاوية تدفق الهواء حول

الطائرة وتسمى هذه الزاوية بAngle of attack ، عندما تقوم المقاتلة باستخدام زاوية الهجوم سواء بالاتفاف او غيرها فان ذلك يولد السحب drag ، زيادة السحب تجعل الطائرة تفقد الطاقة الحركية تدريجيا . كلما كان مستوى دفع المحرك اقل

من الوزن فأن ذلك يؤدي الى بطيء المقاتلة تدريجيا ويجعل العدو يطبق على المقاتلة بسهولة .

نسبة الدفع بالوزن هي مهمة في عصرنا الحالي فالماقاتلة التي تزيد عن نسبة دفعها على وزنها تكون مناورتها اعلى

وبالرغم من ان نسبة الدفع/الوزن تختلف بحسب الارتفاع ودرجة حرارة الهواء وحمولة الاسلحة وكذلك مقدار دفع المحرك

الا اننا نستطيع ان نستنتج انه اذا كانت المقاتلة تمتلك نسبة دفع /وزن اقل من 0.8 فهي عند تحميلها باسلحة ستكون ذات مناورة سيئة

اذا كانت نسبة الدفع/وزن 1 وعند تحميلها باسلحة فهي ستكون ذات مناورة جيدة 

اذا كانت نسبة الدفع/وزن من 1 الى 1.5مع تسليحها ووقودها فهي ذات مناورة ممتازة

اما اذا كانت نسبة الدفع/وزن 1.5 فما فوق عند تحميلها باسلحة فهي ذات مناورة ممتازة جدا ومن الصعب هزيمتها

وعند حساب نسب الدفع / وزن لكل مقاتلة يجب قياس وزن المقاتلة بحمولتها الكاملة من الوقود والاسلحة مقسوم على نسبة الدفع للمحركات .

تصميم الجناح : هي من اهم النقاط التي يجب مراعاتها في تصميم الطائرة ، بدءا من توزيع الوقود وشكل الجناح وتصميم المقطع العرضي للجناح والاهم هو مراعاة تناسب طول الجناح مع بدن المقاتلة اي انه كلما كان جناح الطائرة طويل فانه قادر على حمل حمولات اكبر سواء من الاسلحة او استيعاب الوقود فضلا عن الاقلاع بمسافة اقصر ، لكن يعيب هذا التصميم من الاجنحه انه في القتال الجوي سيزداد السحب drag وعند القيام بمناورة او زاوية هجوم AOA فأن المقاتلة ستتباطيء واساسا ستكون زاوية الهجوم قليلة اي اقل من 20 درجة . 

اما اذا اخترت جناح قصير فانت ستصنع طائرة ذات مناورة عالية لكن ستحتاج الى مدرج طويل للاقلاع فضلا عن كونه سيؤثر على حمولة الطائرة من الوقود والاسلحة ولن يكون هنالك مجال لكثير من نقاط تعليق الاسلحة .

طبعا هنالك العديد من تصاميم الاجنحة اشهرها التصميم المثلثي ديلتا Δ والذي يتميز بقدرة استيعاب كبيرة لنقاط التعليق وخزانات الوقود فضلا عن تميزه في المناورة العالية على السرعات المنخفضة في الارتفاعات الشاهقة واستطاعة المقاتلة

اختراق حاجز الصوت دون الحاجة لمحركات قوية ولكن يعيبه انه لايستطيع المناورة بشكل جيد على الارتفاعات المنخفضة واحيانا يولد سحب Drag عالي .

هنالك العديد من الاجنحة مثل الديلتا المقصوصة والاحنحة المنزلقة Variable-sweep wing والاجنحة المنطوية 

Folding wing والاجنحة المجتاحة ..

الدفع الموجه thrust vectoring واختصارا TVC

الدفع الموجه يؤدي الى تحول توجه الطائرة بشكل اسرع (حوالي زيادة 30-40 درجة) نظرا لان المحرك يقع في مركز الطائرة وتغيير توجيه الفوهة يسمح لها بالدوران حول ثقلها وهذا يؤدي الى زيادة هائلة في زاوية الهجوم

وتكثر اهمية الدفع الموه عند الارتفاعات الشاهقة و السرعات العالية حيث يقل تأثير اسطح التحكم كثيرا ويكون من الصعب السيطرة على المقاتلة والمناورة عند ارتفاعات 50.000 قدم .

وكمثال عن الطائرات التي لاتحتوي الدفع الموجه الاف-16 يمكن لها تحقيق 32 درجة من زوايا الهجوم AOA لكن انظمة التحكم FCS لاتسمح بتجاوز ال25.5 درجة بسبب مخاوف خسارة الطاقة الحركية ، ويعود السبب ان بلوغ زوايا عالية مثل 35 درجة من المواجهة لايمكن لطائرة الاف-16 تحملها نظرا لقوة السحب الضخمة والتي تتسبب 

بقدان الطاقة الحركية .

ولو اخذنا نظير الفالكون الX-31 كمثال تستطيع تحقيق درجات عالية من زوايا الهجوم AOA بواسطة الTVC حيث تصل الى 70 درجة . اما المقاتلة الشبحية F-22A رابتور غتصل الى 60 درجة .

في حين حققت اجنحة الكانارد على رافال وجربين حتى 100 درجة واكثر ، جربين مثلا يمكنها الحفاظ على زوايا هجوم لحد 70-80 درجة دون مشاكل . 

وحتى الاف-22 بدون الTVC لاتزيد زويا هجومها عن 20 درجة ولكن ليس بسبب قضايا الرفع بل بالتحكم .

وكما اسلفنا فأن بلوغ السرعات العالية على علو شاهق بفقد سطوح التوجيه فائدتها فتكون غير فعالة وكذلك عند السرعات المنخفضة (150 عقدة واقل) تكون سطوح التوجيه غير فعالة ايضا بسبب السرعات المنخفضة وتحتاج لانحرافات كبيرة من اجل تحويل تدفق الهواء الضعيف ، يؤدي ذلك بالنهاية الى زيادة السحب Drag وهبوط المقاتلة تدريجيا بشكل غير مسيطر عليه .

وحتى عند استخدام سطوح التوجيه بشكل كامل فأن الطائرة تستجيب ببطيء ، وهذا يشمل الاقلاع والهبوط ايضا فالطائرات المزودة بمحركات ذات دفع موجه TVC تستطيع الاقلاع والهبوط بالسرعات البطيئة ومن مدارج قصيرة وهنا تكمن الفائدة حيث تفيد تقنية الدفع الموجه عند الاقلاع والهبوط من مدارج متضررة ومتعرضة للقصف .

في النهاية اصبحت تقنية الدفع الموجه مهمة كثيرا وتعد ثورة كبيرة في مجال الطيران العسكري فكما احدث المحرك النفاث ثورة في الثلاثينات من القرن العشرين على يد الالمان احدثث تقنية الدفع الموجه ثورة جديدة ايضا .

اثناء اختبار مشروع الدفع الموجه للمحرك الاوربي يورو جيت EJ-200

المحرك الروسي AL-41 والمزود بتقنية الدفع الموجه ، سيكون عاملا على كل من مقاتلة سوخوي-35 وسوخوي-50

المحرك الشبحي الامريكي PW F-119 والخاص بالمقاتلة اف-22 يعمل هذا المحرك بتقنية الدفع الموجه ويتميز بمبرد خاص لتبريد الحرارة والغازات الساخنة الخارجه من المحرك .