القارب النفاث

القارب النَّفاث هو نوع من القوارب يعتمد في حركته على دفع مائي نفاث يُدفع من المؤخرة. ويتميّز عن القوارب المزودة بالمحركات التقليدية التي تستخدم مراوح خارجية مغمورة في الماء خلف القارب أو أسفله، يعمل القارب النَّفاث على سحب المياه من أسفل الهيكل عبر فتحة سفلية، ثم تمريرها داخل القارب إلى مضخة مائية تقوم بتسريع تدفقها، ليُعاد دفعها بقوة عبر منفث عند المؤخرة، مما يولّد قوة دفع تُحرك القارب وتمنحه قدرة عالية على المناورة.

طور القارب النَّفاث الحديث المهندس النيوزيلندي السير ويليام هاملتون في منتصف خمسينيات القرن العشرين، وجاء تطويره استجابةً للحاجة إلى وسيلة مائية قادرة على الملاحة في الأنهار السريعة والضحلة في نيوزيلندا، والتي لم تكن المراوح التقليدية صالحة للعمل فيها.

كانت المحاولات السابقة لتطوير الدفع بالماء النفاث قصيرة العمر، بسبب التصميم غير الفعال للوحدات وقلة المزايا التي كانت تقدمها مقارنة بالمراوح التقليدية. وعلى عكس هذه المحاولات، مثل محاولات كامبيني وهيدروجيت هانلي، كان لدى هاملتون حاجة محددة لنظام دفع قادر على العمل في المياه الضحلة جدًا، وأثبت الدفع بالماء النفاث أنه الحل الأمثل.

انتشرت الوحدة النفاثة والقارب النَّفاث بسرعة، وتبين أن الدفع بالماء النفاث يتفوق على المراوح في مجموعة واسعة من أنواع القوارب، ويُستخدم الآن على نطاق واسع في العديد من السفن عالية السرعة، وعبّارات الركاب، وقوارب الإنقاذ، وقوارب الدوريات، وسفن الإمداد البحرية.

تتميّز القوارب النَّفاثة بقدرتها الفائقة على المناورة، يمكن للعديد منها التراجع بسرعة كاملة والتوقف ضمن مسافة تقارب طول القارب نفسه، في عملية تُعرف باسم التوقف المفاجئ. ومن بين المناورات الشهيرة أيضًا دورة هاملتون أو الدوران النفاث، وهي مناورَة عالية السرعة تتم من خلال قطع دواسة الوقود، مع تحريك الدفة بشكل حاد، وإعادة فتح دواسة الوقود، ما يؤدي إلى دوران القارب بسرعة كبيرة مع رذاذ ماء كثيف.

لا يوجد حد هندسي لحجم القارب النَّفاث، غير أن جدوى استخدامه تتوقف على طبيعة الغرض منه. فالمراوح التقليدية تكون عادةً أكثر كفاءة وأقل تكلفة عند السرعات المنخفضة، حتى نحو 20 عقدة 37 كيلومترًا في الساعة، لكن مع ارتفاع السرعة تُولّد الدعامات والدفة والأعمدة مقاومة إضافية تجعل الدفع النفاث أكثر كفاءة حتى حدود 50 عقدة 93 كيلومترًا في الساعة. أمّا في حالة المراوح الضخمة التي تعمل بسرعات بطيئة، كما هو الحال في قوارب السحب، فإن حجم وحدة الدفع النفاث المكافئة سيكون بالغ الكِبَر بحيث يصبح غير عملي. ولهذا تُستخدم معظم وحدات الدفع النفاث في السفن السريعة، وفي البيئات التي تكون فيها قلة الغاطس، وسهولة المناورة، ومرونة الحمولة من المتطلبات الأساسية.

تُعَدّ أكبر السفن العاملة بالدفع النفاث تلك المستخدمة في المجال العسكري وفي العبارات السريعة المخصَّصة لنقل الركاب والمركبات. ومن أبرز الأمثلة فرقاطات فئة فالور في جنوب أفريقيا، التي يبلغ طولها نحو 120 مترًا، وسفينة القتال الساحلي التابعة للولايات المتحدة بطول 127 مترًا، وتُصنَّفان من بين أكبر السفن العاملة بالدفع النفاث عام 2020. وعلى الرغم من حجمها الكبير، فإن هذه السفن قادرة على تنفيذ مناورات التوقف المفاجئ.

 الوظيفة 
تعمل المروحة التقليدية أسفل هيكل القارب، فهي تدفعه إلى الأمام عبر توليد فرق في الضغط بين السطحين الأمامي والخلفي لشفراتها، إضافةً إلى تسريع كتلة من الماء باتجاه المؤخرة. أما وحدة الدفع النفاث فتولّد قوة دفع عالية من المؤخرة من خلال تسريع كمية من الماء أثناء مرورها عبر مضخة خاصة تُثبت داخل الهيكل فوق خط الماء. ويعتمد كلا النظامين في توليد الدفع على القانون الثالث لنيوتن، الذي ينص على أن لكل فعل رد فعل مساوٍ له ومعاكس في الاتجاه.

في القارب النَّفاث يُسحب الماء من أسفل الهيكل ليمر عبر سلسلة من الدوارات والموجِّهات، تُعرف بالمراحل، تعمل على زيادة سرعة تدفقه. وغالبية الوحدات الحديثة أحادية المرحلة، بينما قد تحتوي بعض الوحدات الأقدم على مرحلتين أو ثلاث. ويمتد الجزء الخلفي من وحدة الدفع النفاث عبر مؤخرة الهيكل فوق خط الماء، حيث يندفع تيار الماء منها عبر فوهة صغيرة بسرعة عالية ليدفع القارب إلى الأمام. ويتم التوجيه عادةً بتحريك هذه الفوهة إلى أحد الجانبين، أو في حالات أقل باستخدام بوابات جانبية صغيرة تحول مسار التدفق. وبما أنّ توجيه القارب النَّفاث يعتمد على اندفاع الماء عبر الفوهة، فلا يمكن التحكم به ما لم يكن المحرك في حالة تشغيل.

وعلى عكس أنظمة المراوح التقليدية التي يُعكَّس فيها دوران المروحة للحركة إلى الخلف، يستمر الدفع النفاث في العمل بشكل طبيعي بينما يُنزَّل حاجز اعتراضي في مجرى الماء بعد خروجه من الفوهة. يقوم هذا الحاجز بتحويل قوة الدفع نحو الأمام لتوليد الدفع العكسي. وتعمل معظم الحواجز المتطورة على توجيه تيار الماء نحو الأسفل وإلى الجانبين لتجنب إعادة دخول الماء إلى وحدة الدفع، الأمر الذي قد يسبب مشكلات في التهوية، كما يساهم في زيادة قوة الدفع العكسي. ويظل التوجيه متاحًا حتى مع إنزال الحاجز، مما يتيح للقارب القدرة الكاملة على المناورة. وعند خفض الحاجز إلى منتصف مجرى الماء تقريبًا، تتساوى قوة الدفع الأمامية والخلفية فيبقى القارب ثابتًا في مكانه، مع استمرار إمكانية التوجيه بحيث يمكن للقارب الدوران حول نفسه، وهو ما لا يمكن تحقيقه بالقوارب المزودة بمروحة تقليدية واحدة.

وعلى عكس القوارب المزودة بالأجنحة المائية، التي تستخدم دعامات أو أجنحة تحت الماء لرفع الهيكل عن السطح، تعتمد القوارب النَّفاثة التقليدية على هيكل انزلاقي عادي يركب فوق سطح الماء، بحيث يقوم الجزء الخلفي فقط من الهيكل بإزاحة الماء. ومع بقاء معظم الهيكل خارج الماء، يقل الاحتكاك بشكل كبير، مما يعزز السرعة وقدرة المناورة، لذلك يُشغّل القارب النَّفاث عادةً عند سرعة الانزلاق.

وعند السرعات المنخفضة، مع تدفق أقل للماء عبر وحدة الدفع النفاث، يفقد القارب بعض القدرة على التوجيه والمناورة، ويبطئ بسرعة مع توقف الهيكل عن حالة الانزلاق وزيادة مقاومته. لكن يمكن تجاوز فقدان السيطرة على التوجيه عند السرعات المنخفضة عن طريق خفض الحاجز العكسي قليلاً وزيادة قوة الدفع، ما يسمح للمشغّل بزيادة التحكم دون رفع سرعة القارب.

ويمتاز هيكل القارب النَّفاث النهرية التقليدية بزاوية ميلان طفيفة دون أن يكون مسطح القاع لتحسين الثبات والتحكم عند الانعطافات عالية السرعة، مع السماح أيضًا بالإبحار في مياه ضحلة جدًا. وعند السرعة، يمكن تشغيل القارب النَّفاث بأمان في مياه يقل عمقها عن 7.5 سنتيمترًا.

من أبرز الابتكارات في تطوير الدفع النفاث كان تعديل التصميم ليخرج تيار الماء فوق خط الماء، على عكس ما قد يتوقعه الكثيرون. فقد اكتشف هاملتون مبكرًا أن هذا التغيير يحسّن الأداء بشكل كبير مقارنةً بخروج التيار أسفل خط الماء، ويُبقي قاع الهيكل نظيفًا، أي دون أي أجزاء بارزة أسفله، وهو ما يسمح للقارب بالانزلاق في مياه ضحلة جدًا. ولا يؤثر موقع الفوهة، سواء فوق خط الماء أو أسفله، على كمية الدفع المولَّد، لكن وجودها فوق خط الماء يقلل مقاومة الهيكل ويخفف الغاطس.

وكان تصميم هاملتون الأولي يحتوي على فوهة أسفل الهيكل، أمام فتحة السحب، ما كان يؤدي على الأرجح إلى دخول ماء مضطرب إلى وحدة الدفع وتقليل كفاءتها، ويُعد هذا السبب الرئيس الذي جعل تغيير موقع الفوهة فوق خط الماء يحدث فرقًا كبيرًا.

 التطبيقات 
تشمل استخدامات القوارب النَّفاثة معظم الأنشطة التي تُستخدم فيها المراوح التقليدية، خصوصًا خدمات عبّارات الركاب، والدوريات الساحلية والشرطة البحرية، والخدمة العسكرية والبحرية، والسياحة المغامِرة التي أصبحت شائعة في مختلف أنحاء العالم، إضافةً إلى عمليات القوارب المرافقة للسفن، وإنقاذ ركاب الأمواج، والزراعة والصيد والاستكشاف، والتنزه بالقوارب وغيرها من الأنشطة المائية.

كما تُستخدم القارب النَّفاث في السباقات الرياضية، سواء على الأنهار، مثل ماراثون القارب النَّفاث العالمي الذي يُقام في المكسيك وكندا والولايات المتحدة ونيوزيلندا، او على مضامير سباق مخصصة تُعرف بـ مضامير السرعة. وشهدت السنوات الأخيرة زيادة في استخدام القوارب النَّفاثة على شكل قوارب صلبة قابلة للنفخ، وكذلك قوارب تابعة لليخوت الفاخرة. وغالبية القوارب النَّفاثة صغيرة بما يكفي ليتم نقلها على مقطورة وسحبها بواسطة السيارة.

نظرًا لعدم وجود أي أجزاء دوارة خارجية في القوارب النَّفاثة، فهي أكثر أمانًا للسباحين والكائنات البحرية، رغم أن الهيكل نفسه قد يتسبب أحيانًا في صدمات. ويُعد هذا العامل وحده سببًا كافيًا لاختيار هذا النوع من الدفع في بعض الحالات.

عام 1977، قاد السير إدمنت هيلاري رحلة استكشافية بالقارب النَّفاث أُطلق عليها اسم من المحيط إلى السماء، انطلقت من مصب نهر الغانج وصولًا إلى منبعه. وخلال الرحلة، غرقت إحدى القوارب النَّفاثة على يد أحد أصدقاء هيلاري.

 العيوب 
قد تتأثر كفاءة استهلاك الوقود وأداء القارب النَّفاث بأي عائق يعيق التدفق السلس للماء عبر وحدة الدفع النفاث. فعلى سبيل المثال، يمكن أن يؤدي التصاق كيس بلاستيكي بشبكة مدخل الوحدة إلى تدهور كبير في الأداء.

من العيوب الأخرى للقوارب النَّفاثة أنها أكثر حساسية لعدم التوافق بين المحرك ووحدة الدفع النفاث مقارنةً بمشكلة عدم التوافق بين المحرك والمروحة في القوارب المزودة بالمراوح التقليدية. فعند عدم توافق وحدة الدفع النفاث مع أداء المحرك، قد يؤدي ذلك إلى زيادة استهلاك الوقود وضعف الأداء العام للقارب.

 مواضيع ذات صلة 

 دباب بحر
 قائمة الرياضات المائية
 سباق القوارب النفاثة

 المراجع 

تصنيف:زوارق ألية
تصنيف:دفع بحري
تصنيف:اختراعات نيوزيلندية