כנף מתקפלת

קיפול כנף, המכונה גם כנף מתקפלת, הוא מנגנון המאפשר הקטנת השטח שהמטוס תופס על הקרקע על ידי קיפול הכנף לקראת חנייה או אחסנה ופריסתה לקראת התנעה או המראה. המנגנון משמש בעיקר בכלי טיס המיועדים לשימוש בנושאות מטוסים שכן שטח שהמטוס תופס במהלך חנייתו משפיע על כמות כלי הטיס שנושאת המטוסים יכולה להפעיל. פחות שטח לכל מטוס משמעותו יותר מטוסים על סיפוני הספינה. מסוקים המיועדים לשימוש על גבי נושאות מטוסים או ספינות לרוב גם כוללים מנגנון רוטור מתקפל או להבים מתקפלים, כאשר ראש הרוטור כולל מנגנוני קיפול בנקודת החיבור של הלהבים, אם כי אלה לרוב דורשים תפעול ידני. למרות שלרוב המנגנון לא משמש לשיפור או שינוי ביצועים אווירודינמיים במהלך טיסה, ה-XB-70 ולקירי השתמש בקיפול הכנף לטובת כליאת גלי הלם במהלך שיוט על-קולי. לאחר הטיסה הראשונה של המטוס הימי עלתה האפשרות לשימוש בכלי טיס לסיור בקרבת ציי מלחמה, שיכלו לאתר ספינות אויב. ספינות הוסבו לשאת מטוסים אלו, להעבירם למים בעזרת מנוף ובסוף משימתם להעלות את המטוסים בחזרה לספינה. אבל בשונה מחניית מטוסים על הקרקע, שיכלו לחנות בסככות ואף להיכנס להאנגרים, על גבי ספינות אין מספיק מקום למטוסים כאלו, כמו כן אין אפשרות להכניסם לפתחי המטען בספינות, ולכן עלה הצורך הקטנת שטח הסיפון שכל מטוס תופס. לעיתים הסתפקו בפירוק הכנפיים לקראת אחסנת כלי הטיס, ובהרכבת הכנפיים לפני הורדה לים והוצאה לטיסה, אבל זה היה יכול לקחת שעות של עבודות הכנה. בשנת 1913 האחים שורט, אחת מיצרניות המטוסים הראשונות בעולם, רשמו פטנט על מנגנון קיפול כנפיים למטוס הסיור הימי הדו-כנפי שורט פולדר. המטוס כלל צירים בשורשי הכנפיים שאפשרו סיבובם אחורנית במקביל לגוף, כאשר במצב זה הכנפיים הוחזקו על ידי נועלים הבולטים מגוף המטוס. בתקופה שבין שתי מלחמות העולם, בתעופה אזרחית קיפול כנפיים שימש בעיקר למטוסים קלים בעיקר בשביל לאפשר לשנע אותם על גבי נגרר או משאית. ניסויים במכוניות מעופפות שהחלו בתקופה זאת עם דגם כגון וייטהד מספר 21 ו-וואטרמן ארומוביל גם כללו במקרים רבים יכולת קיפול כנפיים. ספינות מלחמה רבות דוגמת סיירות הכלו לכלול יכולת לשאת כמות מצומצמת של מטוסים ימיים לטובת סיור וסיוע בטיווח ארטילריה. חלק מהספינות הללו כללו גם מעוט לשיגור המטוס הצידה מסיפון הספינה עצמה. לאחר כניסה לשירות של ראשוני נושאות המטוסים לשירות, יכולת לקיפול כנפיים נהיו חשובות אף יותר. נושאות מטוסים לא נשאו מטוסי סיור בלבד, שנוטים לבצע משימות לבדם, אלא מטוסי קרב, מפציצים ומפציצי טורפדו שמבצעים משימות במבנים גדולים ככל הניתן. לכן יכולת קיפול הכנפיים מאפשרות לשים כמות גדולה של מטוסים על סיפון הטיסה ולהוציאם לטיסה בקצב גבוה, ולהפך, כאשר המטוסים חוזרים ממשימה עם מעט הדלק שנותר מאפשר נחיתה של המטוסים ואז חנייתם בחרטום לטובת פינוי מקום המטוס ועל ידי כך מאפשרים קצב נחיתות גבוה. באותה תקופה מטוסים הפכו לכבדים, ומורכבים יותר, ובמיוחד לאחר המעבר למטוסים חד-כנפיים בעלי כנפיים שלוחות מכלולי קיפול הכנף הפכו למורכבים יותר ולכן דרשו התאמות מבניות ומכניות שונות, דוגמת להתאמת מכלולי היגוי בכנף לקיפול ללא הצורך לניתוקם טרם הקיפול וכדומה. הדאגלס TBD דבסטייטור היה למטוס הראשון עם יכולת קיפול ופריסת כנפיים אוטומטית בעזרת מערכת מפעילים הידראוליים. לאחר מלחמת העולם השנייה כאשר, מסוקים החלו לפעול מנושאות מטוסים, דרישות דומות להקטנת השטח של הדיסקה על הקרקע הביאו להתאמת מנגנוני החיבור של הרוטורים לראשי הרוטורים לפירוק חלקי וקיפול לטובת חנייה ואחסנה אבל אלה נשארו ידניים מאז. כאמור, מנגנון קיפול כנפיים קיים בעיקר לטובת חנייה ואחסנה של כלי הטיס, בשנת 1964 המפציץ הכבד ה-XB-70 ולקירי עלה לאוויר. המטוס כלל מנגנון ייחודי בכנפי הדלתא שלו, בהן החלק החיצוני של הכנפיים יכלו לנטות מטה ב-65. במהלך טיסה במהירויות על קוליות מנגנון הכנף הנפולה הייתה כולאת גלי הלם מתחת לכנף ועל ידי כך מעלים עילוי ויעילות במצב זה. כתופעת לוואי, תנועת מרכז העילוי, הנוטה לנוע אחורה במהירויות על קוליות, הייתה מוגבלת בגלל הקטנה בשטח המעשי של הכנף. אבל המטוס לא נכנס לייצור סדרתי. כמו כן תוכנן מטוס קרב בעל מנגנון דומה ה-F-108 ראפייר. ה-V-22 אוספריי שהמריא לראשונה ב-1989 הותאם לכלול מכלול קיפול מורכב מאוד אשר מקפל בצורה אוטומטית את להבי הפרופלורים ומסובב את שתי הכנפיים ואת תיבת הכנף על גבי כלי הטיס 90 מעלות ככה שהן מתיישרות עם גוף המטוס. בשנת 2018 בתוכנית ניסוי משותפת עם בואינג, נאס"א הטיסה מטוס ניסוי בלתי מאויש המכונה PETRA שניסה יכולת קיפול כנף במהלך טיסה בעזרת חומרים חכמים, ספציפית סגסוגות זיכרון צורה שיכלו להטות את קצה הכנף מעלה או מטה לטובת שיפור ביצועים בתנאי טיסה שונים. הטכנולוגיה צפויה לעבור ניסויים במטוס F-18 של נאס"א בשלב כלשהו בעתיד. בשנת 2020 המריא לראשונה הבואינג 777X. המטוס כולל מוטת כנף גדולה במיוחד בשביל לשפר את ביצועי השיוט שלו, אבל בשל כך הוא גדול מדי בשביל להיכנס בשערים בשדות התעופה הגדולים. בשל כך הוסף מטוס מנגנון המקפל את קצה הכנף כלפי מעלה. התפקיד של מנגנון קיפול כנף הוא לאפשר למטוס להקטין את חותמתו ואת מוטת כנפיו ועל ידי כך להיכנס במקומות קטנים יותר, ללא הצורך בפירוק מלא של הכנפיים. חלק ממנגנוני קיפול הכנפיים מאפשרים קיפול רק כאשר הרכיבים המכניים המובילים לכנפיים, כגון מוטות או כבלים השולטים על המאזנות או המדפים מנותקים ומחוברים חזרה בהכנות לטיסה. זה אופייני למטוסים קלים בהם המכלולים הללו הם יותר פשוטים והדרישה להכנת המטוס לטיסה מאפשרים מספיק זמן לעשות זאת. המכלולים האחרים כוללים התאמות שלא דורשות פירוק מכלולים לטובת קיפול. אלה לרוב קיימים במטוסים שדרישות זמנים המשימה לא מאפשרים ניתוק וחיבור רכיבים במהלך הקיפול או הפריסה של הכנפיים. בעוד חלק ממכלולי הקיפול כוללים יכולת לקיפול ופריסה אוטומטיות (הידראולי או חשמלי), השאר נדרשים להיות מקופלים ידנית. היתרון של מכלולי הקיפול האוטומטיים היא שבעזרתן ניתן לקפל כנפיים שהן כבדות או גדולות מדי, או שנמצאות גבוה מדי בשביל צוותים לעשות זאת ידנית. לרוב מכלול הנעילה של הכנפיים למצב סגור יכלול כמה מכלולי בוכנה המוציאה שן וננעלת באוזן בחלק השני. מטוסים בעלי כנפיים מתקפלות לרוב לא כוללים תאי דלק בחלק המתקפל של הכנפיים, בגלל שאחרת מנגנון הקיפול עצמו, ושיטת התדלוק בהכנות לטיסה יהיו מורכבים הרבה יותר. זאת אומרת, שכל הדלק של המטוס נכלל בחלק הלא מתקפל של הכנפיים ובגוף המטוס עצמו. כמו כן, לרוב החלק המתקפל של הכנף לא נושאת מנשאים כגון טילים, פצצות או בידונים, אם כי יש יוצאים מהכלל. קיפול אחורנית מתאפשר על ידי נקודת חיבור בעלת מפרק לקראת שפת זרימה של הכנף ותאורטית מאפשר חסכון מקסימלי במקום. קיפול זה אופייני למטוסים דו-כנפיים עם סמוכות ביניהם הנדרשים להתקפל יחדיו. לרוב המכלול ידרוש התאמה גאומטרית דוגמת קיצור מיתר הכנף בחלק הקבוע של הכנף כדי לפנות מקום לחלק המתקפל. לעיתים קרובות צורת קיפול זאת תדרוש ניתוק כבלים או מוטות היגוי המובילים לתוך הכנף בגלל המרחק בין מרכיבי החלק המתקפל של הכנף לחלק הקבוע. מטוסים מסוימים כוללים ציר עם מפרק המאפשר סיבוב הכנף במהלך קיפול כדי שהכנפיים יהיו צמודות ככל הניתן לגוף המטוס לחיסכון מרבי בשטח. בתוכנית הפיתוח של ה-XF4F גראמן לראשונה התנסתה במכלול קיפול המשתמש בציר המותקן בזווית. ציר זה מסובב את הכנף במהלך הקיפול ככה שכשהכנף מגיעה למצב מקופל, שפת ההתקפה שלה נוטה מטה. פתרון זה הוכיח את עצמו כפשוט ויעיל למדי, אם כי לרוב מותקן במטוסים ישרי כנף. כמו כן החלק החיצוני של הכנף לרוב לא נושא דלק או מנשאים אחרים. פטרון זה אופייני למטוסים לנושאות מטוסים ישרי כנף תוצרת חברת גראמן, אם כי גם שולב בכלי טיס אחרים ובתצורות שונות. כנפיים מתקפלות מעלה הן נפוצות במיוחד במטוסים בעלי כנפיים משוכות ובמטוסים בהם החלק הקבוע של הכנפיים הוא רחב יחסית. המכלול של קיפול הכנף הוא לרוב פשוט יחסית עם ציר בשפה העליונה של הכנף ונועלים בתחתית. כאמור, לרוב החלק המתקפל של הכנפיים לא נושא דלק או מנשאים חיצוניים. במטוסים מסוימים הכנפיים מתוכננות להתקפל מעלה ומעל גוף המטוס, החלק המתקפל של הכנפיים ייתכן ויפגשו מעל לגוף המטוס. בשביל לאפשר קיפול זה, שתי הכנפיים יכללו צירים במקומות שונים בשפה העליונה של הכנף, ככה שהזווית של הקיפול של כנף אחת תהיה שונה במעט ככה שכנף אחת תחלוף לפני השנייה. קיפול כפול מאפיין מטוסים בהן הכנפיים מתקפלות למעלה, אבל מגבילות בגובה, מאפיין לרוב מטוסים ישרי כנף שתוכננו לשרת על גבי נושאות מטוסים בריטיות שהיו יותר קטנות ובעלות תקרה נמוכה יותר. בנוסף על הקיפול מעלה, ישנו חלק לקראת קצה הכנף שמתקפל פנימה או החוצה. הדוגמה הבולטת ביותר לזה הוא הפיירי גאנט. קיפול רוטור מתאפשר ברוטורים בהם הלהבים כוללים אוזניים בשתי צידי שורש הלהב. אם מנתקים את האוזניים בצד אחד, הלהב יכולה להסתובב לצד השני. במצב כזה לרוב תהיה התאמה לפירוק מהיר בצד אחד, וציר לסיבוב נוח בצד השני של שורש הלהב. ערך מורחב – מכונית מעופפת במכוניות מעופפות מטרת התכנון היא להנגיש טיסה וליצור כלי טיס שמסוגל לנסוע על כביש וכן לטוס. מטוסים, יחסית לכל כלי טיס אחר, הם היעילים ביותר מבחינת יכולת מטען, מהירות וטווח. לכן בהרבה מקרים מכוניות מעופפות מתוכננות לכלול כנפיים, אבל גם להתאים לכביש והחנייה. חלק מהמכוניות המעופפות כוללות כנפיים ומבני זנב ומייצב לפירוק ידני, אבל זה דורש זמן וכן יכולת לשאת את הרכיבים הללו ברכב או בנגרר, מה שמגביל את הרכב בנוחיות ויכולת התפעול. לכן בהרבה מקרים מכוניות מעופפות כוללות יכולת קיפול כנפיים בצורה אוטומטית או ידנית בהכנות לטיסה. חלק מהרכבים הללו כוללים גם מבנה זנב טלסקופי הנפתח אחורנית בהכנות לטיסה. חברת AeroMobil s.r.o מפתחת מכונית מעופפת עם כנפיים בהתקנה גבוהה המתקפלות אחורנית לטובת נסיעה בכביש. חברה סלובקית אחרת בשם Klein Vision פיתחה את ה-AirCar, מכונית מעופפת עם כנפיים מתקפלות ייחודיות וכוללות מספר שלבים. הכנפיים מתקפלות לחצי לאורך המוטה של הכנף, אז הכנפיים מוטות למעלה ככה שהן נכנסות בשורשן לתוך הרכב. בשלב האחרון הכנפיים מוטות אחורה ולמטה. מבנה הזנב הטלסקופי של הרכב אז מתקפל לתוך הרכב ומכסה את הכנפיים. חברת Terrafugia מפתחת שני דגמי מכונית מעופפת. המכונית הראשונה המכונה Transition נמצאת בשלב האב-טיפוס המכונית כוללת שתי כנפיים בהתקנת גחון עם קיפול כפול – מעלה ואז מטה. המכונית המעופפת השנייה המכונה TFX נמצאת בשלבי תכנון מוקדמים. המכונית מתוכנת לדמות לכלי טיס מטה רוטור וכוללת כנפיים עיליות בתצורה שחפית – מוטה בזווית מעלה ואז מטה. בקצה הכנפיים יותקנו שני רוטורים המופעלים בעזרת מנועים חשמליים. הרוטורים יכללו להבים מתקפלים. במהלך קיפול החלק החיצוני של הכנף (הנוטה מטה) יתקפלו מטה ולתוך מגרעת בגוף הרכב. חברה נוספת בשם PAL-V מפתחת מכונית עם רוטור מתקפל ומדחף באחורי הרכב שבתצורת הטיסה שלו מהווה אטוג'ירו. בהכנות לטיסה ישנו זנב טלסקופי לפריסה ידנית, אבל הרוטור עם התורן שלו נפרסים ומתקפלים אוטומטית. כנף ישרה כנף משוכה כנף מעופפת כנף בעלת גאומטריה משתנה כנף בעלת משיכה משתנה מדיה וקבצים בנושא כנף מתקפלת בוויקישיתוף NASA Tests New Alloy to Fold Wings in Flight, https://www.nasa.gov/, ‏19 בינואר 2018