جناح مجترف
تصميم ديناميكي هوائي > نظرية الاجتياح

نظرية الاجتياح هي وصف لهندسة الطيران لسلوك تدفق الهواء فوق الجناح عندما تواجه الحافة الأمامية للجناح تدفق الهواء بزاوية مائلة. أدى تطوير نظرية الاجتياح إلى تصميم الجناح المجترف الذي تستخدمه معظم الطائرات النفاثة الحديثة، حيث يعمل هذا التصميم بشكل أكثر فاعلية عند السرعات فوق الصوتية والسرعات فوق الصوتية. في شكلها المتقدم، أدت نظرية الاكتساح إلى مفهوم الجناح المجترف التجريبي.
قدم أدولف بوسمان مفهوم الجناح المكتسخ وقدم هذا في عام 1935 في 5. فولتا كونغرس في روما. كانت نظرية الاجتياح بشكل عام موضوعًا للتطوير والتحقيق طوال ثلاثينيات وأربعينيات القرن العشرين، لكن التعريف الرياضي الاختراق لنظرية الاجتياح يُنسب عمومًا إلى روبرت تي جونز من اللجنة الاستشارية الوطنية للملاحة الجوية (NACA) في عام 1945. تعتمد نظرية الاجتياح على نظريات رفع الجناح الأخرى. تصف نظرية خط الرفع الرفع الناتج عن الجناح المستقيم (الجناح الذي تكون فيه الحافة الأمامية متعامدة مع تدفق الهواء). تصف نظرية وايسنجر توزيع الرفع لجناح مكسوف، ولكن ليس لديها القدرة على تضمين توزيع الضغط الوترى. هناك طرق أخرى تصف التوزيعات الوترية، لكن لها قيودًا أخرى. توفر نظرية اكتساح جونز تحليلًا بسيطًا وشاملًا لأداء الجناح المجترف.
قدم روبرت تي جونز شرحًا لكيفية عمل الجناح المنفلت: «افترض أن الجناح عبارة عن أسطوانة ذات مقطع عرضي انسيابي موحد، وتوتر وسمك، ويتم وضعه في تيار هوائي بزاوية انعراج - أي أنه مجتاح إلى الخلف. الآن، حتى إذا أصبحت السرعة المحلية للهواء على السطح العلوي للجناح أسرع من الصوت، فلا يمكن لموجة الصدمة أن تتشكل هناك لأنها يجب أن تكون صدمة رجوعًا - اجرفت في نفس زاوية الجناح - أي أنها ستكون صدمة مائلة. لا يمكن أن تتشكل مثل هذه الصدمة المائلة حتى يصبح مكون السرعة الطبيعي بالنسبة لها أسرع من الصوت.»
لتصور المفهوم الأساسي لنظرية الاكتساح البسيط، فكر في جناح مستقيم غير مائل بطول لانهائي يلتقي بتدفق الهواء بزاوية عمودية. يساوي توزيع ضغط الهواء الناتج طول وتر الجناح (المسافة من الحافة الأمامية إلى الحافة الخلفية). إذا بدأنا في تحريك الجناح جانبياً (على امتداد اتجاهه)، ستتم إضافة الحركة الجانبية للجناح بالنسبة للهواء إلى تدفق الهواء العمودي السابق، مما يؤدي إلى تدفق الهواء فوق الجناح بزاوية إلى الحافة الأمامية. تؤدي هذه الزاوية إلى انتقال تدفق الهواء لمسافة أكبر من الحافة الأمامية إلى الحافة الخلفية، وبالتالي يتم توزيع ضغط الهواء على مسافة أكبر (وبالتالي يتم تقليله عند أي نقطة معينة على السطح).
هذا السيناريو مماثل لتدفق الهواء الذي يمر به الجناح المندفع أثناء انتقاله عبر الهواء. يقابل تدفق الهواء فوق الجناح المنفلت الجناح بزاوية. يمكن تقسيم هذه الزاوية إلى متجهين، أحدهما عمودي على الجناح والآخر موازي للجناح. لا يؤثر التدفق الموازي للجناح عليه، وبما أن المتجه العمودي أقصر (بمعنى أبطأ) من تدفق الهواء الفعلي، فإنه بالتالي يمارس ضغطًا أقل على الجناح. بعبارة أخرى، يتعرض الجناح لتدفق هواء أبطأ - وعند ضغوط أقل - من السرعة الفعلية للطائرة.
من العوامل التي يجب مراعاتها عند تصميم جناح عالي السرعة قابلية الانضغاط، وهو التأثير الذي يؤثر على الجناح عند اقترابه من سرعة الصوت وعبوره. جعلت الآثار السلبية الكبيرة للانضغاطية مشكلة رئيسية مع مهندسي الطيران. تساعد نظرية الاجتياح على التخفيف من آثار الانضغاط في الطائرات العابرة للصوت والأسرع من الصوت بسبب الضغوط المنخفضة. هذا يسمح لعدد ماخ للطائرة أن يكون أعلى من العدد الفعلي للجناح.
هناك أيضًا جانب سلبي لنظرية الاكتساح. يرتبط الرفع الذي ينتجه الجناح ارتباطًا مباشرًا بسرعة الهواء فوق الجناح. نظرًا لأن سرعة تدفق الهواء التي يواجهها الجناح المكسور أقل من السرعة الفعلية للطائرة، تصبح هذه مشكلة أثناء مراحل الطيران البطيء، مثل الإقلاع والهبوط. كانت هناك طرق مختلفة لمعالجة المشكلة، بما في ذلك تصميم الجناح متغير الوقوع على (Vought F-8 Crusader)، والأجنحة المتأرجحة على الطائرات مثل إف-14 وإف-111 وبانفيا تورنادو.