كيف تستخدم أسطح LEVCON للتحكم بالدوامات الهوائية وتعزيز المناورة؟
أسرار طائرة سو-57
تشكل الأسطح المتحركة المثبتة قرب مقدمة أجنحة المقاتلة الروسية «سو-57» موضع اهتمام وتساؤل لدى المتابعين، خصوصاً مع تشابهها الظاهري مع أسطح الـ«كانارد» المعروفة في عدد من الطائرات المقاتلة.
لكن هذا الوصف لا يعكس طبيعتها بدقة؛ فهذه الأسطح ليست كانارد تقليدية، وإنما تُعرف تقنياً باسم LEVCONS، وهي اختصار لعبارة Leading Edge Vortex Controllers، أي «متحكمات الدوامات الهوائية عند الحافة الأمامية».
وتؤدي هذه الأسطح دوراً في إدارة تدفق الهواء وتوليد الدوامات والتحكم بها حول الجناح، بما يُسهم بتحسين الخصائص الإيروديناميكية للطائرة وتعزيز قدرتها على المناورة، ولا سيما خلال الطيران بزوايا هجوم مرتفعة.
وعلى الرغم من تشابهها الظاهري مع بعض تصاميم الكانارد، فإن وظيفتها مختلفة بصورة جوهرية. فالكانارد يوضع عادة أمام الجناح الرئيس للمساعدة في موازنة الطائرة والتحكم في قوى الرفع والعزم، بينما صُممت أسطح LEVCONS في سو-57 أساساً للتحكم في الدوامات الهوائية المتولدة فوق الجناح وتحسين خصائص الطيران والمناورة.
وتعتمد سو-57 على جناح دلتا متعدد الزوايا، مع وجود أسطح متحركة عند الجزء الأمامي من الجناح. وتتميز هذه الأسطح بقدرتها على الحركة إلى أعلى وأسفل، والأهم أنها تستطيع التحرك بشكل تفاضلي، أي أن كل سطح يمكن أن يتحرك بدرجة مختلفة عن الآخر، وهو ما يمنح منظومة التحكم في الطيران خيارات إضافية لا توفرها الأسطح التقليدية التي تتحرك بصورة متزامنة.
ولفهم أهمية هذه الأسطح، لا بد من النظر إلى الطريقة التي يعمل بها الجناح الدلتا. فعندما تزداد زاوية الهجوم، تتشكل فوق الجناح دوامات هوائية مستقرة. وتساهم هذه الدوامات بتوليد قوة رفع إضافية، كما تسمح للطائرة بالوصول إلى زوايا هجوم مرتفعة دون فقدان الرفع بصورة مفاجئة.
وتكتسب هذه الخاصية أهمية كبيرة في الطائرات المقاتلة، لأن زيادة زاوية الهجوم تؤدي إلى زيادة الرفع، ما يسمح للطائرة بالمناورة وتغيير اتجاهها مع الحفاظ على الارتفاع.
ورغم أن الدوامات الناتجة عن الجناح الدلتا مفيدة، فإنها ليست دائماً مستقرة أو متوقعة. إذ يمكن أن يتغير موقع انفصالها مع تغير سرعة الطائرة أو وضعيتها، كما يمكن أن تتفاعل الدوامات المختلفة مع بعضها أو تنهار بصورة مفاجئة.
وقد تؤدي هذه التغيرات إلى اختلافات في الأداء الإيروديناميكي، وفي الحالات القصوى يمكن أن تتسبب في تغير مفاجئ بسلوك الطائرة أو تهديد استقرارها. وهنا يأتي الدور الأساس لأسطح LEVCONS.
فعند تحريك هذه الأسطح، تتولد دوامات إضافية تتفاعل مع الدوامات الرئيسة فوق الجناح، الأمر الذي يساعد على تنظيمها والتحكم في سلوكها. وبذلك لا تقتصر مهمة LEVCONS على زيادة قدرة سو-57 على المناورة، بل تمتد إلى تحسين استقرار التدفق الهوائي حول الجناح.
وتشير الدراسات المتعلقة بتأثير هذه الأسطح إلى أن الانحرافات المعتدلة، التي تتراوح تقريباً بين 10 و20 درجة، يمكن أن تزيد كلاً من الرفع ومقاومة الهواء، إلا أن الزيادة في الرفع تكون أكبر من الزيادة في السحب.
ويرتبط ذلك بقدرة الأسطح على تنظيم الدوامات وتأخير انهيارها، وهو ما يمكن أن يؤدي إلى تحسن ملحوظ في الكفاءة الإيروديناميكية. وتظهر الدراسات أن التحسن قد يصل في بعض الظروف، إلى نحو 20%، وإن كان غالباً أقل من ذلك.
وتنعكس هذه الكفاءة على أداء المقاتلة بصورة مباشرة، إذ تستطيع الطائرة تنفيذ المناورات بزاوية هجوم أقل، وبالتالي خسارة قدر أقل من السرعة والطاقة. كما تولد أسطح LEVCONS عزماً يساعد على خفض مقدمة الطائرة عند انحرافها، ما يساهم باستقرارها أثناء المناورة.
وبالتالي يمكن استخدام هذه الأسطح لتحقيق مناورة سريعة عند الحاجة، أو تنفيذ مناورة أكثر كفاءة عند السرعات العالية مع المحافظة بصورة أفضل على الطاقة الحركية. والأهم أن هذه الفوائد لا تقتصر على المناورات القصوى أو حالات ما بعد الانهيار الهوائي، وإنما تظهر أيضاً خلال الطيران والمناورات الاعتيادية.
من أبرز وظائف LEVCONS أيضاً قدرتها على العمل بشكل تفاضلي. فعندما تختلف حركة السطحين على جانبي الطائرة، يمكن استخدامهما لمعالجة بعض الحالات الإيروديناميكية غير المتناظرة، ومنها فقدان الرفع على الجزء الداخلي من الجناح أثناء الانعطاف.
ويمنح ذلك نظام التحكم في الطائرة وسيلة إضافية للتعامل مع حالات الانهيار غير المتناظر، من دون الحاجة بالضرورة إلى إضافة أسطح هوائية أخرى على الأجزاء الخارجية للجناح أو الاعتماد بصورة أكبر على تدخلات برمجية معقدة.
هذه الخاصية تساعد في الحد من خطر دخول الطائرة في دوران غير مسيطر عليه (Spin) عند حدوث انهيار غير متماثل. كما تنسب إلى طيارين روس مزاعم بأن سو-57 يصعب دفعها إلى حالة الدوران إلا بعد تعطيل بعض وظائف نظام التحكم في الطيران.
