גאומטריית כנף משתנה

גאומטריית כנף משתנה הוא תכנון הנדסי של כנפי כלי טיס המאפשר לכנפיים להתכוונן לאחור ולחזור למצבן ההתחלתי בעת טיסה. שינוי זווית נטיית הכנפיים ביחס לגוף המטוס משנה את מראה המטוס בעת טיס, ומשפיע על ביצועי הטיסה כתוצאה משינוי צורתו האווירודינמית של המטוס.
לרוב, מצב בו הכנפיים משוכות לאחור מתאים למצב המצריך טיסה במהיריות גדולות, ומצב בו הכנפיים משוכות קדימה (מצבן הרגיל) מתאים לטיסות במהירות נמוכות יותר בהן המטוס צריך לשאת מטען רב ולחסוך בצריכת הדלק שלו, וכן לשפר את מהירות ההמראה והנחיתה על המסלול. מטוס בעל גאומטריית כנף משתנה מאפשר לטיס לכוונן את הכנפיים למהירות הטיסה הרצויה כראותו לנכון. התכנון מתאים למטוסים שמצופה מהם לנוע במהירות יחסית נמוכה והן במהירות גבוהה, ולכן רוב המטוסים בעל מאפיין זה יהיו מטוסים צבאיים. חלק מן המטוסים הרב-תכליתיים המשמשים הן כמטוסי הפצצה והן כמטוסי יירוט או מטוסי קרב, הם מטוסים בעלי כנפיים בגאומטרייה משתנה.
מספר של מטוסים ניסויים בעלי גאומטריית כנף משתנה פותחו בשנות הארבעים ושנות השבעים. כיום, עם ההתפתחויות הטכנולוגיות בתחום התעופה וביניהן היכולת לייצר מטוס מחומרים מרוכבים וקלים יותר השימוש במאפיין זה נזנח. כדי להפחית או להגביר את כוח הגרר שמופעל על כנף המטוסים, משתמשים במחשב שמרים או מוריד את מדפי הכנף.

היסטוריה

המטוס הראשון שהיה בעל מאפיין של גאומטריית כנף משתנה, היה מטוס מדגם ווסטלנד-היל "פטרודקטילוס". היה זה מטוס ללא זנב שהיה ניתן לשנות במעט את זווית הכנפיים ביחס לגוף המטוס בעת טיסה, והוא יוצר כבר בשנת 1931.
בהמשך תוכננו ויוצרו מטוסים נוספים בעלי גאומטריית כנף משתנה. אחד מהראשונים שבהם היה מסרשמיט Me P.1101, שתוכנן כך שיהיה ניתן לכוונן את כנפיו בטרם המראה, אך לא באוויר. המטוס מעולם לא המריא לאוויר, עקב סיום מלחמת העולם השנייה ונפילת גרמניה הנאצית.
זמן קצר לאחר מכן, התכנון והדגם הראשוני של המסרשמיט P.1101 הועבר לארצות הברית ונחקר על ידי חברת בל. בשל פגמים וחוסר במסמכי התכנון, וכן נזק שנגרם לאבטיפוס, החברה החליטה לנטוש את הפרויקט. במקום להתבסס על התכנונים והדגם הגרמני, הוחלט לייצר גרסה חדשה לגמרי של המטוס וכך בא לעולם הדגם X-5, שאת כנפיו היה ניתן לכוונן בעת טיסה. כאשר כנפיו של מטוס זה נמשכו לאחור מרכז הכובד שלו הוסט לאחור וכתוצאה היה קשה לשלוט בו. כדי לפצות על כך, מהנדסי החברה נאלצו לבנות מערכת שמאזנת את מרכז הכובד בעת שינוי זווית הכנפיים.
במרוצת השנים נעשו ניסיונות נוספים כדי לקדם את הרעיון ולהשיג תמיכה ממשלתית לפיתוח מטוס מסוג זה. מהנדסים בריטים ואמריקאים עמלו על תכנון והנדסה תקינה של מטוס בעל גאומטריית כנף משתנה. הבולט שבהם היה מהנדס האווירונאוטיקה ל.א ביינס שרשם מספר פטנטים בארצות הברית של המצאותיו בתחום זה. הפטנטים והניסון ליצור עניין ממשלתי במיזם הולידו את תכנון ופיתוח המטוס גרומן XF10F ג'גואר בשנת 1952. מטוס זה מעולם לא נכנס לשירות מבצעי, מאחר שהוא היה בעל יכולת תמרון עלובה ביותר ונטייה להיקלע לסחרורים באוויר. הרעיון לשלוט בזווית הכנפיים נשכח עד לשנות השישים, וכאשר עלה מחדש הוביל לתכנון וייצור של דגם מוצלח, F-111 ארדוורק. היה זה המטוס הראשון בעל גאומטריית כנף משתנה שיוצר באופן סדרתי והוכנס לשירות מבצעי במספר מדינות.
מריגול צבאי ומתחרות בין המעצמות, הרעיון הגיע גם לברית המועצות. הסובייטים פיתחו שני סוגים של מטוסים בעלי גאומטריית כנף משתנה: אחד בו אחוז נטיית הכנף הוא קטן יחסית ושני בו הכנף נמשכת לאחור בזווית גדולה יותר. כוונון נמוך יותר של הכנף לאחור הקל על בעיות אווירודינמיות שהיו לדגמים אחרים, אך הוא גם הקטין את התועלת שבמשיכת כנף כזו לאחור. מטוס מהסוג זה שפותחו על ידי רוסיה היה סוחוי 17. לעומתו, מטוסים מתקדמים יותר בהם בכנף נמשכת לאחור בזווית גדולה יותר שפותחו הם מיג-23 וסוחוי Su-24. דגמי האבטיפוס של המטוסים שהוזכרו נוסו בשנות השישים ונכנסו לשירות מבצעי רק בשנות השבעים. נכון לשנת 2014, יותר מ-100 מטוסים מדגם טופולב Tu-22M, מטוס נוסף בעל כנפיים מתכוונות מתוצרת רוסית, היו בשירות מבצעי.
הבריטים ניסו לשתף פעולה עם הצרפתים כדי לתכנן ולייצר מטוס קרב בעל גאומטריית כנף משנתה, אך הצרפתים נסוגו מהרעיון והשותפות בוטלה. כתוצאה מכך הבריטים פנו לעמיתיהם האירופאיים האחרים וכך התהווה המיזם ליצירת המטוס פאנביה טורנדו, שהוא אף מטוס קרב רב-משימתי. מטוס זה דומה מאוד ביכולותיו לדגם F-111 אך קטן ממנו. לאחר שביטלו את השותפות עם הבריטים, החברה הצרפתית דאסו תעופה החלה לפתח מטוסי קרב בעל מאפיין של כנף משוכה, "דאסו מיראז' G". הם יצרו שני אבות טיפוס: G4 ו-G8 בשנת 1968. באותו פרק זמן הצי האמריקאי הציג לעולם את ה-F-14 טומקט, שבא להחליף את הדגם F-111 בתור מטוס הצי. שלא כמו בדגם שנועד להחליף, כנפי הטומקט תוכננו להתכוונן אוטומטית בהתאם למהירות ורום הטיסה. את כנפי המטוס ניתן לכוונן גם בעת תאוצה שלילית, ולא רק שהן מתקפלות לאחור אלא גם לפנים. חיל האוויר האמריקאי אימץ אף הוא דגם חדש בעל גאומטריית כנף משתנה, המטוס B-1 לנסר. מפציץ זה נועד להיות בעל שילוב מוצלח של טיסה במהירות על קולית בגובה נמוך וטיסה במהירות שיוט בגובה רם. המטוס האחרון בעל מאפיין כוונון הכנפיים, שתוכנן ונכנס לשירות מבצעי, היה המטוס הסובייטי טופולב Tu-160 שיוצר לראשונה בשנת 1980.
למטוס בעל גאומטריית כנף משנתה ישנם יתרונות רבים: קיצור מרחק ההמראה, יכולת לשאת יותר מטען וחימוש ויכולת חדירה לשטח אווירי במהירות גבוהה אך בגובה נמוך. אולם, למנגנון השליטה בזווית הכנפים יש חסרונות בולטים, ביניהם תוספת ניכרת למשקל המטוס עצמו ושנית מורכבות טכנית גבוהה. אף מטוס בעל מאפיין זה לא יוצר משנת 1992, הדגם האחרון שיוצר היה הטופולוב Tu-160. עם זאת, בשנת 2015 נמסר כי רוסיה תפתח במיזם PAK DA, מיזם שלפיו דגם משופר של הטופולוב 160 יפותח. לפי המיזם דגם חדש וראשוני יטוס לראשונה בשנת 2020, ויהיה המטוס החדש הראשון בעל גאומטריית כנף משנתה שעולה לאוויר מזה 28 שנים.